用于传质塔的蒸气分配器及涉及该传质塔的方法与流程

用于传质塔的蒸气分配器及涉及该传质塔的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于2019年3月22日提交的美国临时专利申请第62/822,397号和2019年9月23日提交的美国临时专利申请第62/903,942号。在此要求前述申请的优先权，并通过参考将其公开内容全部纳入本文。
技术领域
3.本发明总体上涉及传质塔，且更具体地，本发明涉及用于接收和再分配从径向入口引入到传质塔中的蒸气流的蒸气分配器和使用蒸气分配器再分配蒸气流的方法。


背景技术：

4.传质塔构造为接触至少两种流体流以提供特定组成和/或特定温度的产物流。如本文中所用的，术语“传质塔”旨在包含以传质和/或传热为主要目标的塔。一些传质塔，比如那些用于多组分的蒸馏和吸收应用的传质塔，将气相流与液相流接触，而其他传质塔，比如萃取塔，可以设计成促进两种不同密度的液相之间的接触。时常地，传质塔构造成通常沿着位于塔的内部区域中传质结构的表面或在位于塔的内部区域中传质结构的表面的上方用下降的液体流接触上升的蒸气流或液体流，以促进两种流体相之间的紧密接触。这些传质结构提高了两相之间传质和/或传热的速率和/或程度，这些传质结构可以是各种类型的托盘、规整填料、散堆填料或网格填料的形式。
5.蒸气流通常通过位于传质塔的外壳中的、在包含传质结构的区域下方的径向或切向入口引入传质塔，而液体流通过传质结构上方的入口引入传质塔。然后蒸气流和液体流以逆流关系流过该区域，托盘或填料用于将逆流流动的蒸气流和液体流分配在更大的表面区域上以增强它们的相互作用。
6.为了提高蒸气和液体流之间发生的传质或热交换的效率，重要的是，蒸气流在通过入口引入传质塔后且在其进入包含传质结构的区域之前均匀地分配在传质塔的水平的横截面上。因为蒸气流的速度，尤其是当蒸气流径向引入传质塔时，会妨碍蒸气流的期望的水平分配，因此采用了各种类型的蒸气分配器来降低速度并将进入的蒸气流再分配。
7.虽然这些类型的蒸气分配器在许多应用中都能令人满意地发挥作用，但它们可能不适用于精炼分离、石化、化学和其他处理应用，在这些应用中，比如结垢、焦化、侵蚀和腐蚀等严酷的条件是一个问题。为在这些类型的严酷条件下的径向入口设计的一种蒸气分配器使用了以梯状类型的结构布置的细长偏转器的阵列。偏转器是具有圆形的横截面并横向延伸至蒸气流的径向入流的管。偏转器定位在远离径向入口的方向上的连续的较低的高度，并且每个偏转器具有面向径向入口的凸形的偏转表面，其将蒸气流的径向流在向上方向和向下方向上重定向。尽管偏转器的圆形的横截面在抑制材料从蒸气流到偏转器上的沉积方面是有利的，但它也是不利的，因为它倾向于使蒸气流相当大的部分在向下的方向上偏转，而不是在期望的向上的方向上偏转。偏转器的圆形的横截面的另一个缺点是，受蒸气流影响下的凸形的偏转表面保持不变，并且该凸形的偏转表面不能通过在蒸气分配器构造
期间变化的部分或全部的单个偏转器的旋转位置进行变化从而改善蒸气再分配。因此，仍然需要适合在严酷的工作条件下使用并且能够更有效地在向上的方向上再分配蒸气流的蒸气分配器。


技术实现要素：

8.在一个方面，本发明涉及一种蒸气分配器，该蒸气分配器放置在传质塔的内部区域中，以在蒸气流通过传质塔外壳中的径向入口引入内部区域时接收并再分配蒸气流。蒸气分配器包括布置成阵列的多个细长偏转器，并且每个偏转器都具有非圆形的横截面和至少一个撑杆，该至少一个撑杆纵向延伸穿过偏转器阵列并将偏转器保持为彼此间隔开且并排的关系。每个偏转器都包括偏转表面，并且其中，当蒸气分配器放置在传质塔的内部区域中时，偏转表面面对朝向径向入口的共同方向。
9.在另一方面，本发明涉及一种传质塔，该传质塔包括：直立的外壳，该外壳限定了敞开的内部区域；径向入口，该径向入口定位于外壳的某个高度处，用于将蒸气流引入敞开的内部区域；以及蒸气分配器，该蒸气分配器定位于敞开的内部区域中的至少部分地与径向入口的高度重叠的高度处。蒸气分配器包括：以下降的阵列布置的多个细长偏转器，在该阵列中定位在离径向入口最近的偏转器比定位在离径向入口最远的偏转器处于更高的高度；以及至少一个撑杆，该至少一个撑杆纵向延伸穿过偏转器的阵列并将该偏转器保持为彼此间隔开且并排的关系。每个偏转器都具有非圆形的横截面和偏转表面。偏转器的偏转表面面朝径向入口且定位在不同高度处。
10.在又一方面，本发明涉及一种在上述传质塔内分配蒸气流的方法，该传质塔附加地包括一对撑杆，该对撑杆延伸穿过细长偏转器的阵列，并在离径向入口的假想中心线有共同距离处以彼此间隔开的关系定位。该方法包括以下步骤：将蒸气流以径向速度在径向方向上通过径向入口引入外壳的敞开的内部区域，以及通过用偏转器阵列中的偏转器的偏转表面使蒸气流的连续部分从径向方向向上重定向，来降低径向速度并向上地再分配蒸气流。
附图说明
11.在构成说明书的一部分的附图中，在不同视图中使用相同的附图标记表示相同的部件：
12.图1是传质塔的侧视立体图，该传质塔的外壳的部分被剖去以示出蒸气分配器，该蒸气分配器定位成当蒸气流从径向入口引入传质塔时接收并再分配蒸气流；
13.图2是图1所示出的传质塔的局部放大侧视图，示意性地示出了接收并再分配从径向入口引入传质塔的蒸气流的蒸气分配器；
14.图3是在传质塔的局部部分内的蒸气分配器的后视图；
15.图4是在传质塔的局部部分内的蒸气分配器的后视立体图，并在箭头的方向上沿图2的线4－4剖取以示出径向入口；
16.图5是传质塔的侧视立体图，该传质塔外壳的部分被剖去以示出蒸气分配器的另一实施例，该蒸气分配器定位为当蒸气流从径向入口引入到塔中时接收并再分配蒸气流；
17.图6是蒸气分配器的又一实施例的俯视立体图；以及
18.图7是图6所示出的蒸气分配器的侧视图。
具体实施方式
19.现在更详细地转到附图，首先转到图1，传质塔通常用数字10表示并包括直立的圆筒形外壳12，该外壳12限定了敞开的内部区域14。外壳12具有任何合适的直径和高度，并且由合适的刚性材料构成，该刚性材料优选对存在于传质塔10内的流体和条件是呈惰性的或以其他方式兼容的。尽管传质塔10的外壳12示出为圆筒形的构造，但也可以使用其他形状，包括多边形。
20.传质塔10是包括在精炼分离、石化、化学和其他处理应用中用于处理流体流的类型，在这些应用中，比如结垢、焦化、侵蚀和腐蚀等严酷的条件是一个问题。流体流包括一股或多股上升的蒸气流和一股或多股下降的液体流。蒸气流之一通过径向入口16引导至传质塔10的敞开的内部区域14中，该径向入口16在沿着传质塔10高度的适当位置处延伸穿过外壳12。除了通过径向入口16引入传质塔10的蒸气流之外，还可以在传质塔10内生成一股或多股蒸气流。液体流可以通过位于将蒸气流引入敞开的内部区域14的径向入口16上方的另一径向入口18引导至敞开的内部区域14中。传质塔10通常还将包括用于除去蒸气产物或副产物的顶部管线20和用于从传质塔10中除去液体产物或副产物的底部流排出管线22。通常存在的诸如进料点、侧出料、回流管线、再沸器、冷凝器、液体分配器等其他塔构件未在图中说明，因为认为这些组件的说明对于理解本发明是不必要的。
21.本发明的蒸气分配器24位于传质塔10的内部区域14内的某个位置，当蒸气流通过传质塔10的外壳12中的径向入口16径向引入内部区域14时，该位置接收并再分配蒸气流。蒸气分配器24包括布置成阵列的多个细长偏转器26和至少一个撑杆28，该撑杆28纵向延伸穿过偏转器26的阵列并且将各个偏转器26保持为彼此隔开且并排的关系。偏转器26和撑杆28应构造成使得它们不具有允许从蒸气流沉积下来的材料预备堆积的表面。偏转器26以下降的阵列布置，其中最靠近径向入口16的偏转器26处于比其余的偏转器26更高的高度。偏转器26可以定位在阵列中使得相邻的偏转器26处于部分重叠的高度，或者它们可以定位成不存在重叠。偏转器26可以彼此垂直和/或彼此水平等距地间隔开，或者该偏转器26垂直和/或水平的间隔可以针对特定的应用而改变。
22.每个偏转器26都具有非圆形的横截面并且包括面向径向入口26的偏转表面30。偏转器26和偏转表面30定位成使得通过径向入口26引入内部区域14中的蒸气流的单独部分由各个偏转表面30以主要向上的方向重新引导。偏转表面30在面向径向入口26的方向上具有几何形状，使得偏转器26的旋转位置的变化会导致偏转表面30重新引导蒸气流的部分的方式的变化。
23.偏转器26可以是具有多边的横截面的管26a的形式，该多边的横截面在图1－5中是包括偏转表面30和两个邻接表面32的三角形的横截面，每个该邻接表面32都从偏转表面30的相对端以锐角延伸。在如图6和图7所示的另一实施例中，偏转器26可以是叶片26b的形式，其中偏转表面30在面向径向入口16的方向上具有凹形的几何形状。每个偏转器26可以具有相同的几何构造，或者它们可以具有不同的几何构造。例如，一些偏转器26可以具有如图1－5所示出的三角形的横截面，而其他的偏转器26可以具有如图6和图7中所示出的凹形的横截面。偏转器的其他形状组合也是可能的。
24.偏转表面30可以是平面的或曲线的，并且可以包括单个表面段或多个表面段。在蒸气分配器24的一个实施例中，偏转器26的偏转表面30彼此平行并且面对朝向径向入口16的共同方向。在其他的实施例中，偏转表面30不需要彼此平行，只要它们面朝径向入口16即可。在下降的阵列中的偏转器26的偏转表面30定位成使得它们操作成以主要向上的方向重新引导从径向入口16流入传质塔10的敞开的内部区域14中的蒸气流的连续部分。因此偏转表面30降低了蒸气流的径向速度，使该蒸气流向上重定向，并且将该蒸气流更均匀地再分配在传质塔10的敞开的内部区域14的横截面上。偏转器26的非圆形的横截面的优点在于，通过将偏转器26固定在预定的旋转位置以获得期望的(一个或多个)入射角，该非圆形的横截面允许在构造期间优化蒸气分配器24以用于特定应用，蒸气流的部分由偏转表面30以该入射角重定向。每个偏转表面30的入射角可以相同或不同。例如，连续的偏转表面30的入射角可以在远离径向入口16的方向上增大或减小。
25.偏转器26阵列中的偏转器26具有纵向长度并且可以布置成使得它们的相对端沿着假想圆布置，该假想圆可以与外壳12的内表面重合或径内地向向地间隔开。偏转器26可以每个都为线性地、曲线地延伸，或者它们可以具有多个线性段或曲线段，该多个线性段或曲线段结合在一起以形成每个偏转器26的长度。
26.每个撑杆28通过焊接、螺栓连接或其他合适的方式结合至偏转器26。为了促进将撑杆28结合至偏转器26，撑杆28可包括成形为符合偏转器26侧面的突片34。在图1－4所示出的实施例中，用一对撑杆28将偏转器26保持在阵列中。该对撑杆28延伸穿过偏转器26的阵列，并且在距离径向入口16的假想中心线的共同距离处以彼此间隔开的关系定位。在图5和图6和7所示出的实施例中，还使用了另一对撑杆28。在其他实施例中，可以使用附加的成对的撑杆28，或者撑杆28不需要成对地布置。例如，撑杆28之一可以沿着径向入口16的假想中心线定位。撑杆28可以在彼此平行的方向上纵向延伸，或者它们可以以彼此不平行的关系延伸，该不平行的关系比如是通过在朝向或远离径向入口16的方向上朝向彼此会聚。撑杆28的纵向方向可以垂直于偏转器26的纵向方向，或者它们可以以相对于偏转器26的其他角度延伸。
27.每个撑杆28包括向上延伸至偏转器26阵列的上方的支柱36。在另一实施例中，一些或所有的支柱36可以向下延伸至偏转器26阵列的下方。支柱36可用于重新引导已经通过径向入口16进入敞开的内部区域14的蒸气流的部分，以使蒸气流的部分在敞开的内部区域14的横截面上再分配。支柱36可以在彼此平行、分叉或朝向彼此会聚的方向上向上延伸。在一个示例中，两个或多个撑杆28位于径向入口16的假想中心线的每一侧，并且撑杆28的支柱36是弯曲的，使得撑杆28从径向入口16的假想中心线向外倾斜以进一步加强蒸气分配器24并促进蒸气流的期望的再分配。支柱36可以在垂直于偏转器26纵向方向的方向上纵向延伸，或者支柱36可以在最靠近径向入口16的端部处分叉或朝向彼此会聚的方向上延伸，以促进所期望的蒸气再分配。在另一实施例中，支柱36可以在彼此分叉的方向上向上延伸。支柱36可以用各种其他的方式加强，包括通过沿着一条或多条弯曲管线弯曲支柱36以产生加强凸缘38或接合部，该加强凸缘38如图3、图4和图6中最佳所见。
28.蒸气分配器24可以用各种方式固定于传质塔10的外壳12，比如通过焊接、螺栓连接或以其他的方式将偏转器26和/或撑杆28的端部固定到外壳12的内表面、或固定到安装支架(未示出)上，该安装支架以焊接或以其他的方式固定到外壳12的内表面。
29.在传质塔10内分配蒸气流的方法中，使用蒸气分配器24，该方法通过将蒸气流以径向速度在径向方向上穿过径向入口16引入外壳12的敞开的内部区域14，然后通过使从蒸气流的连续部分被偏转器26的下降阵列中的偏转器26的偏转表面30从径向方向上向上重定向而降低径向速度并向上再分配蒸气流。该方法还包括：通过使蒸气流的其他部分由支柱36横向重定向来再分配蒸气流的其他部分，支柱36从撑杆28向上延伸。当蒸气流上升到径向入口16上方的传质区时，蒸气分配器24能有效地促进蒸气流更均匀地水平分配，而间隔开的偏转器26能够抵抗严酷的条件，比如可能存在于精炼分离、石化、化学和其他处理应用中的结垢、焦化、侵蚀和腐蚀。
30.从前述内容将见到，本发明是一个非常适合于实现上述所有目的和目标的发明，同时还有该结构所固有的其他优点。
31.应当理解，某些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下使用。这可由本发明所设想且在本发明的范围内。
32.由于可作出本发明的许多可能的实施例而不脱离其范围，故而要理解到，本文中提出或在附图中示出的所有主题要被解释为示意性的而非限制性的。