CN1275673C - 板式塔 - Google Patents

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Abstract

板式塔(1)具有在相邻塔板(2)之间输送液体的下导管(3)。在每个下导管中液体穿过多个排放孔(32)输送到载荷板。以射流(60)形式从排放孔流出的液体在冲击载荷板的同时混合到局部发散的流场(6)内,所述流场具有相对纵向主流向(61)的横向流速分量。在排放孔下面布置有导向元件(4),导向元件与载荷板有一定距离,这些导向元件对应于发散流场分别引导液体冲击。导向元件有助于形成横向速度分量,使得流速的纵向分量在每个垂直于主流向的平面上具有基本恒定的剖面。排放孔最好是做成不同尺寸的,从中心区域到相邻的侧面区域逐渐变大。

Description

板式塔
技术领域
本发明涉及一种板式塔,其带有流动的液体并具有在相邻塔板之间输送液体的下导管,在每个下导管中液体穿过多个排放孔输送到载荷板,以射流形式从排放孔流出的液体在冲击载荷板的同时混合到局部发散的流场内,所述流场具有相对纵向主流向的横向流速分量。
背景技术
板式塔包含多孔塔板(也称为分隔板),在所有的情况下,在多孔塔板上以交叉流从下向上的气态流动与塔板上的液态流动接触,以进行材料交换。在每个分隔板上安装了至少一个下导管以在该塔板和其下方的塔板之间输送液体,以下将位于下方的塔板称为“载荷板”。在US-A 5 454 989中描述了一种塔板,其下导管做成特殊的形式:在底板上布置了许多排放孔,底板构成下导管的下终端。底板布置在一个水平面上方的一定距离处,该水平面由载荷板上的液/气混合物的上边界层给出。排放孔限制在一个区域上,从该区域以射流形式分散的液体在载荷板上相对主流动方向部分横向地扩散。从US-A-6 250611中可获知另一种带有类似下导管的板式塔。
液体在载荷板上的扩散发生在非均匀流场内,该流场中心区域流速高,侧面区域流速低。流场的非均匀性意味着液体以不同的停留时间穿过材料交换容积。为获得改善的材料交换,必须影响流场以实现停留时间的匹配。
发明内容
本发明的目的是进一步改进所述板式塔,以通过影响流场为每个分隔板获得改善的材料交换。
该目的是通过以下所限定的板式塔实现的。
本发明提供一种板式塔,带有流动的液体并具有在相邻塔板之间输送液体的下导管,在每个下导管中液体穿过多个排放孔输送到载荷板,以射流形式从排放孔流出的液体在冲击载荷板的同时混合到局部发散的流场内,所述流场具有相对纵向主流向的横向流速分量,其特征在于,导向元件布置在:
a)排放孔下方并与载荷板有一定距离,或
b)在排放孔上及上方,或
c)在排放孔之后,
所述导向元件对应于发散流场分别引导液体的冲击并从而有助于形成横向速度分量,使得流速的纵向分量在每个垂直于主流向的平面上具有基本恒定的剖面;其特征还在于,排放孔最好是不同尺寸的,从中心区域到相邻的侧面区域逐渐变大。
板式塔具有在相邻塔板之间输送液体的下导管。在每个下导管中,液体通过许多排放孔输送到载荷板上。以射流形式从排放孔中流出的液体在冲击载荷板的同时混合到局部发散的流场中,所述流场具有相对纵向主流向的横向流速分量。在排放孔下面布置有导向元件,导向元件与载荷板有一定距离。这些导向元件分别以与发散流场相应的方式引导液体冲击。横向速度分量是通过导向元件这样形成的,即在每个平面内,流速的纵向分量在垂直于主流速的方向上具有基本恒定的剖面。排放孔最好是不同尺寸的,从中心区域到相邻的侧面区域逐渐变大。
附图说明
下面参考附图解释本发明。其中:
图1为根据本发明板式塔的纵向剖面图,其包括两个相邻的分隔板;
图2为图1所示板式塔的分隔板上及其上方的流量比;
图3为分隔板的格栅元件;
图4为格栅元件的格形布置;
图5为根据本发明板式塔下导管的一排排放孔;
图6,7为排放孔的不同实施例;
图8为排放孔设计的介绍;
图9为布置在分隔板上的下导管下方的带有导向元件的流体分离器;
图10根据本发明下导管的两个变型。
图11示出了与图9所示实施例类似的实施例。
具体实施方式
图1和2中所示板式塔1包括分隔板2。液相51(箭头51’)从下导管3中流出,并以液/气混合物5的形式沿塔板2流到另一个下导管3,借此将液体进一步输送到相邻的载荷板2-同时将气态部分分离出去。气相52(箭头52’)穿过塔板2的小孔23从下向上流动,并以气泡形式以交叉流穿过液/气混合物5。在共存的相51和52之间发生了材料和/或热交换。
液/气混合物5由液体成份多的下部区域和气体成份多的泡沫组成,其中下部区域的上边界位于水平面50,泡沫位于水平面50上方。在图1和2中未示出泡沫。带有许多排放孔32的底板构成下导管3的终端。底板位于水平面50上方的一定距离处。
排放孔32局限在区域32’,从这里以射流60形式分散的液体51沿载荷板扩散。从排放孔32流出的射流60在冲击载荷板2的同时混合到局部发散的流场6内,所述流场具有相对纵向主流向61的横向速度分量。排放孔32-至少部分-备有导向元件4,导向元件对应于希望形成的发散流场6分别引导射流60的冲击,并特别有助于使流速的横向分量足够大。
排放孔32布置在与一个塔壁10相邻的环形部分32’内。射流60一方面通过塔壁10引导,另一方面至少部分通过分别位于排放孔32边缘的叶片形导向元件4引导。每个导向元件4是这样设计的,即其位置和其倾角对应于要产生的横向速度分量。由于导向元件4,在流场6的侧向区域速度与内部区域的速度相匹配,借此实现了停留时间的匹配并改善交换过程的结果。
塔板2的孔例如通过如图3和4中所示的多个格栅元件20提供。(塔板2也可做成例如筛底板)。格栅元件20分别具有梯形形状,梯形的不平行的侧边21a和21b比底边22长。底边22相对主流向是横向布置的。格栅元件20的侧边形成槽23。格栅元件20在主流向6上逐渐变小,使得通过槽23排出的气体52对液体51的输送具有运送作用。所有的格栅元件20都具有同样的定向并布置在规则网格25的交叉点25a上。
所述板式塔1具有圆形横截面。下导管3安装在每个塔板2内。相邻塔板2的下导管3布置为在直径方向上彼此相对。
由于倾斜的壁部分30b,就在底板30上方占据内壁30和塔壁10之间的空间区域的下导管3部分具有向下逐渐变小的形状。通过溢流堰流入到下导管的液/气混合物5在逐渐变小的部分内被控制在固定的水平面50’。气相52(箭头52”)从混合物5中沉淀。形成了液体辊53,其由流入的液体51驱动。一部分液体51从液体辊53被连续输送穿过排放孔32。由于形成了液体辊53,液流的动能仅部分消散。剩余的动能在输送到载荷板2上后用于影响发散的流场6。
所以在液体51从排放孔32流出时没有产生可避免的动能消散,排放孔32布置成一排。第一个实例展示在图5中。排放孔32通过部分切掉的内表面(切边33)和围绕边34向外弯曲的内表面产生。向外弯曲的内表面构成叶片形导向元件4。
导向元件4具有不同的倾角φ。相对于一排排放孔32的中心Z,随着与中心Z距离的增加,倾角φ逐渐增加;它特别从0°增加到60°,最好是45°。
在参考图1,2和5所述的实施例中,排放孔32做成不同尺寸。对于排成一排的布置,排放孔32在一排的中心区域35比在与中间区域相邻的两个侧面36区域小,并的确使得相对于排的长度,更多的液体通过更大的排放孔32排出。这是必要的,因为对于发散流场61的侧向区域,在载荷板2上需要更多量的液体51,所述液体量必须通过下导管3的侧面区域36分配到侧向区域中。
在图6所示排放孔32的实施例中,这些排放孔具有不同的方向。弯曲边34不再垂直于塔壁10。为简单起见,所有的排放孔32都画成一样大。但是,这里也有必要将排放孔32在侧边区域做得大些。弯曲边34和塔壁10之间的角度也可以是可变参数。
在图7的实施例中,一排排放孔32布置在用点划线表示的窄条32’内,排放孔在中心具有槽形孔37,在该区域只有塔壁10用于引导液体51。
可以根据下面的方法设计排放孔32:如图8所示,在下导管3(以平面图示出)的底板31和下一个下导管3的排放溢流堰30a之间的区域,分隔板2通过椭圆65分割成2N个窄条Sn(n=1,...N;在示例中,N=4)。椭圆的长轴与位于主流向61上的塔直径d重合。短轴分别相差恒定的量b(=d/N);最小的椭圆退化成直径d上的一条。窄条Sn的中心长度由(n=1,...N)指定。
底板31被分割成带有相同大小角α/2N的2N个扇形部分S’n(n=1,...N),角α是在塔中心由底板31限定的中心角。每个扇形部分S’n具有与其相关的面积为An的排放孔32。射流60以容积流量Vn穿过这种排放孔32。Vn与An的比值是流出数值μn。该数值是取决于排放孔32设计的流出减速的量度。流出数值μn取决于导向元件4的形状,特别取决于其倾角φ。代替一个排放孔32,在每个扇形部分S’n上还可以提供一个以上的排放孔。下面,只讨论一个扇形部分S’n上仅有一个排放孔32的情况。
这样在整个流场上停留时间的匹配导致an与Vn的比值必须在每个窄条Sn上都相等,该比值与在相应窄条Sn上的停留时间成比例。这样就获得了在图8中为每个面积An提出的关系。通过预设全部体积流量(=2V1+2V2+...+2Vn),就可以进行An的设计,但必须已知流出数值μn(例如由于已经进行的试验)。
在图9中,示出了溢流堰形的流体分离器7,该流体分离器布置在分隔板2上,分隔板位于下导管3下方并且位于窄条32’上的排放孔32(未示出)的下方。在展示了,去掉了板式塔1的外壁,仅用点划线表示。在流体分离器7的流出边70上提供了至少某些导向元件4。
在各种情况下,流体分离器7有利的是用板形金属条制造。可通过切割并向外弯曲部分区域从板形金属条上制造出导向元件4。流体分离器7可由多个零件组成。它可以-如图9所示-是弯曲的;但是,它也可以具有带许多直线段的多边形序列。
当使用流体分离器7时,在排放孔32可以不布置导向元件。在这种情况下,导向元件4不是下导管3的零件,而是流体分离器7的零件。排放孔32可以都具有相同的尺寸。
除了所述实施例外,还可以有下导管3的其它变型,即至少下面的对应于根据权利要求1的替代方案b)和c)的变型:
通过图1和5中所示实施例变型,替代方案b),导向元件4不是向下弯曲,而是向上弯曲,以影响在排放孔32之前的上游入流比。还可能通过布置在上游的导向元件4影响流体,以获得均匀流场需要的横向冲击分量。
通过另外的变型,替代方案c,代替底板31,垂直壁段31’构成下导管3下终端的一部分:见图10和11。图10示出了与图1和5的实施例对应的实施例。图11示出了与图9所示实施例类似的实施例。这里流体分离器7布置在导向元件4之前。在图11中只能看到流体分离器7的导向元件4中的一个。但是,和图9的实例一样,存在多个导向元件4。

Claims (11)

1.板式塔(1),带有流动的液体(51)并具有在相邻塔板(2)之间输送液体的下导管(3),在每个下导管中液体穿过多个排放孔(32)输送到载荷板,以射流(60)形式从排放孔流出的液体在冲击载荷板的同时混合到局部发散的流场(6)内,所述流场具有相对纵向主流向(61)的横向流速分量,其特征在于,导向元件(4)布置在:
a)排放孔下方并与载荷板有一定距离,或
b)在排放孔上及上方,或
c)在排放孔之后,
所述导向元件(4)对应于发散流场分别引导液体的冲击并从而有助于形成横向速度分量,使得流速的纵向分量在每个垂直于主流向的平面上具有基本恒定的剖面;其特征还在于,排放孔是不同尺寸的,从中心区域到相邻的侧面区域逐渐变大。
2.根据权利要求1中所述的板式塔,其特征在于,排放孔(32)布置成一排;其特征还在于,导向元件(4)分别与排放孔之一相关;其特征还在于,每个导向元件与相关排放孔的边缘(33,34)邻接,导向元件焊接在这些边缘上。
3.根据权利要求2中所述的板式塔,其特征在于,排放孔(32)布置在与塔壁(10)相邻的环形部分(32’)内;其特征还在于,从排放孔流出的液体(51)一方面通过塔壁引导,另一方面,至少部分由导向元件(4)引导,或者其特征还在于,排放孔(32)布置在垂直壁段(31’)上,每个导向元件做成叶片形,其位置和倾角对应于所产生的横向速度分量。
4.根据权利要求3中所述的板式塔,其特征在于,排放孔(32)至少部分通过部分切除的内表面和围绕边缘(34)弯曲的内表面产生;其特征还在于,弯曲内表面形成叶片形导向元件(4),导向元件具有不同的倾角φ;其特征还在于,随着与中心Z距离的增加,相对中心区域的中心Z的倾角逐渐增加,从0°到60°。
5.根据权利要求4中所述的板式塔,其特征在于,所述相对中心区域的中心Z的倾角为45°。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的板式塔,其特征在于,在每种情况下,一溢流堰形的流体分离器(7)被布置在各个或所有下导管(3)的排放孔(32)的下方或前方;其特征还在于,至少一部分导向元件(4)布置在流体分离器的流出边缘(70)上,导向元件焊接在这些边缘上。
7.根据权利要求6中所述的板式塔,其特征在于,流体分离器(7)分别用金属窄条制造;其特征还在于,导向元件(4)通过切割和弯曲部分区域从板形金属窄条上制造出来。
8.根据权利要求6中所述的板式塔,其特征在于,导向元件(4)仅是流体分离器(7)的一部分。
9.根据权利要求1所述的板式塔,其特征在于,排放孔(32)分别布置在构成下导管(3)下终端或下终端一部分的壁段内,壁段是水平底板(31)或垂直壁段(31’);其特征还在于,占据底板正上方内壁(30,30b)与塔壁(10)之间的空间区域的下导管部分向下逐渐变小。
10.根据权利要求1所述的板式塔,其特征在于,塔板(2)具有多个格栅元件(20),格栅元件分别具有梯形形状,其中梯形的非平行侧边(21a,21b)比底边(22)长;其特征还在于,底边相对于主流向(61)横向定向,格栅元件的侧边构成槽(23),格栅元件在主流向上逐渐变小,并且有利的是所有的格栅元件具有相同的方向并布置在规则控制网(25)上。
11.根据权利要求1所述的板式塔,其特征在于,其具有圆形横截面;其特征还在于,下导管(3)安装在每个塔板(2)内;其特征还在于,相邻塔板的下导管布置为在直径方向上彼此相对。
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