專利名稱：熱量和/或質量交換的填充塔的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在下降液體和上升氣體之間進行熱量和/或質量交換的填充塔，該類填充塔包括至少一個限定在一個相鄰的上液體分配器和一個下液體進口/出口或一個相鄰的下液體分配器之間的交換部，該交換部包括一個上部，以及在上部下方的另一個部分。它尤其可應用于常壓蒸餾塔。
每一個填充部包括至少一個組件或“組合件”或“填充裝置”。這些組件可以是任意型式的，也就是說，每一個組件包括一個離散顆粒的空間，但已知優選的是結構型式。在該類別中，尤其會出現下面的術語(1)交叉波紋填充裝置，它通常包括波紋條，波紋條包括在垂直的普通平面內彼此布置成平行交替的波紋，且一個緊靠另一個，波紋從一條到下一條在相反方向傾斜下降。這些交叉波紋的填充裝置的穿孔比率一般是大約10％。
英國專利文獻GB-A-1004046公開了一種交叉波紋型的填充裝置，而CA-A-1095827提出了一種該類填充裝置的改進型式，通過加入一個小直徑穿孔的致密結構，以便允許液體剛好經過交叉波紋條。
這種填充裝置一般由平面產品制成，也就是說金屬板條。板條首先折疊(或彎曲)以便形成一種所謂的波紋金屬板條，這種波紋相對于板條的軸線傾斜。然后將折疊的板條切成多個部分并疊置，間隔地將板條旋轉，以形成組件或“組合件”。
(2)通風的填充裝置，每一通風填充裝置的組件包括許多偏轉板，偏轉板限定了一組用來攪動上升氣體的固定通風孔的水平層面。
這些通風填充裝置具有相對于塔中上升氣體的三維效果的結構。它們通過使氣體進行多次旋轉，保證在氣體中有相當大的紊流，攪動的結果可改善與下降液體的熱量和/或質量的交換。
這種填充裝置的實例在文獻WO-A-86/06296、WO-A-90/10497和EP-A-0845293中有描述。
為此，本發明的主題是如前所述類型的填充塔，其特征在于，至少一個交換部的上填充部至少包括一個填充組件，填充組件具有若干交換單元，交換單元的數量比同一交換部的另一填充部的至少一個填充組件的交換單元要少。
在已有技術中眾所周知，在氣相中填充組件的交換單元的數量(NTU)是組件高度(HM)與在氣相中交換單元高度(HTU)的比。
HTU通常用來表示填充裝置的內在效率，它與同一填充裝置的理論板等同高度(HETP)有關，公式是HETP=HTUmU/L-1ln(mV/L)]]>其中L摩爾液體流速(摩爾/秒)V摩爾氣體流速(摩爾/秒)M將氣體摩爾分數表示為液體摩爾分數的函數的圖中的平衡線的斜率。
填充組件的HTU和NTU在某種程度上取決于蒸餾的液體和蒸餾的條件。但是，當兩個填充組件的NTU在本文中進行比較時，可以理解在每一種情況下，這兩個組件被放置在相同的蒸餾條件下，另外，為了簡化起見，在本文中氣相交換單元的數量將被稱為交換單元的數量。
按照本發明的填充塔可包括一個或多個下面的特征，一個或所有技術上可能的組合所述上部的所述組件與同一交換部的所述另一個部分的所述組件不同，至少是下面的因素之一-其內在的密度；-其結構；-其在塔的橫截面上的平均密度，以及-其高度；-所述的因素是平均密度，所述上部(5A)僅僅占據塔橫截面的一小部分，位于來自所述上分配器的液體的噴嘴下方；-所述填充部是結構填充部；-所述上填充部是一個交叉波紋的填充部，而另一個填充部是通風填充部；-所述上填充部是相對低密度的交叉波紋填充部，而另一個填充部是高密度的交叉波紋填充部，填充組件可以圍繞塔的中心垂直軸一個相對另一個成角度地傾斜，尤其是成90°傾斜；-所述的上填充部包括一個單獨填充組件；-所述單一組件的高度低于同一交換部的另一部分組件的高度；-在每一交換部中，填充組件是一個在另一個上面疊置，直接地或與插入元件形成間隙；-塔是雙層常壓蒸餾塔的一部分；以及-另一部分是一個標準部。


下面結合附圖對本發明的一個實施例進行描述，唯一的附圖示意地示出本發明雙層常壓蒸餾塔的軸向剖視圖。
塔2包括一個上液體分配器4和一個在液體分配器4下部的單獨的常壓蒸餾部5。
塔3包括一個上液體分配器6；一個上中間液體分配器7；一個下中間液體分配器8；一個位于分配器6和7之間的上蒸餾部9；一個位于分配器7和8之間的中間蒸餾部10；以及一個在分配器8下方的下蒸餾部11。
操作中，要蒸餾的氣體被壓縮成具有中等壓力，一般是大約5巴(絕對值)，被引入塔2的底部，收集在該塔底部的“含量高的液體”(富氧)通過管道12引出，在膨脹閥13處膨脹成大約為1.2巴(絕對值)的低壓力，并被引入分配器7中。
來自塔2頂部的包括液態氮的“含量低的液體”通過管道14引出，在膨脹閥15處膨脹成低壓，并被引入分配器6中。在再蒸餾器-冷凝器V中冷凝的剩余的液態氮向下落入分配器4中，分配器4將其分散在蒸餾部5上，在蒸餾部5中進入的空氣上升與冷凝的液態氮進行熱量和質量的交換，因而含氧量漸漸地降低。
在塔2中，上升的氣體是氣態氧，氣態氧與冷凝的液體進行熱量和質量的交換。分配器6將液態氮分配到蒸餾部9上。分配器7將來自閥13的含量高的液體與基本上是相同組分的從蒸餾部9落下的液體分配到蒸餾部10上。分配器8用于將離開蒸餾部10的冷凝液體再分配到塔3的整個橫截面上，以便提高分餾效率，防止在液體中出現墻壁效應，在經過填充塔的某個高度以后，使之滴在塔體的內壁上。
當然，作為一種變型，可以提供其它用于再分配的分配器，例如分配器8，這取決于填充裝置的類型和塔的高度。
每一個液體分配器4、6、7、8包括一個周邊導管16和幾個具有U形部17的平行導管，該U形部在每一端通向導管16內。平行通道18被限定在作為上升氣體通道的導管16之間，通道被水平的上壁19關閉，在該壁的正下方，制成數排窗口20，導管17的底部穿有孔，該孔在每一個導管的下方限定了若干垂直的液體噴嘴。
雙層塔1還至少包括一個產品出口，例如管道21，以將來自塔2底部的氣態氧引出，管道21位于蒸餾部11的正下方，而管道22用于將離開塔3上部的廢氣(不純的氮)引出。在塔2底部的進氣管道用23表示。
每一個蒸餾部5、9、10、11由一疊結構填充件組成。上部組件構成上部5A、9A、10A、11A，而另一些組件形成標準部5B、9B、10B、11B。組件一個在另一個的上方直接疊置，或與插入元件形成間隙。
每一個上部由填充組件或組合件構成，尤其適合于在塔的整個橫截面上統一分配來自分配器的液體，而所有其它的組件更適合在液體和上升液體之間進行高效率的熱量和/或質量交換。
因而，可以給出下面的例子(1)上部可以是與另一部分相同的類型，但具有較低的內在密度(每平方米金屬/立方米)。由于使用的金屬量很少，潑灑液體的功能完成得更容易。
(2)上部可以是與另一部分不同的類型，也就是說蒸餾的效率越低越便宜。上部尤其可以是具有較低密度的交叉波紋形式，而標準部是具有通氣孔型式。
(3)上部可以是填充組件，其高度小于較低部分組件的高度，這樣塔的高度降低而基本沒有使整個蒸餾效率降低，這是由于上部不是充分地有效。
(4)上部有可能不在塔的整個上部的橫截面上延伸。尤其是可以將其限制在接受來自相鄰分配器液體的噴嘴的區域。在這種情況下，對于相同的類型來說，上部具有低于標準部密度的平均密度。
這些各種的可能可以組合在一起。另外，在情況(1)和(2)中，上部可以由多于一個的填充組件構成。
在上述的每一情況中，對于每一個組件來說，上部具有若干交換單元，其數量少于另一部分每一組件的交換單元的數量。
這是因為在情況(1)中內在密度的降低使已知高度的組件的交換單元數量減少；在情況(2)中通過限定，低的蒸餾效率對應著少的交換單元數量。
在情況(3)中組件高度的降低減少了交換單元的數量。
在情況(4)中組件有效部分的去除事實上減少了交換單元的數量。
在圖中示出的例子中，每一蒸餾部的上部是一個單獨交叉波紋的填充組件。
蒸餾部5的上部5A是不連續的。它包括若干平行的帶材，每一個帶材位于分配器4相應導管17的下方，另一部分5B是包括一疊交叉波紋填充組件的標準部分。蒸餾部5的組件是圍繞X-X軸一個相對另一個呈90°傾斜。
蒸餾部9的部分9B是一個標準部分，它包括一疊交叉波紋的填充組件，其密度大于上部9A的密度。蒸餾部9的組件是圍繞X-X軸一個相對另一個呈90°傾斜。
蒸餾部10的部分10B是一個標準部分，它包括一疊具有透氣孔型的填充組件，這些組件圍繞X-X軸一個相對另一個呈90°傾斜。
蒸餾部11的部分11B是一個標準部分，它包括一疊與上部11A相同密度的交叉波紋的填充組件，但是比后者具有更高的高度，蒸餾部11的組件也是圍繞X-X軸一個相對另一個呈90°傾斜。
權利要求
1.一種填充塔，用于在下降液體和上升氣體之間進行熱量和/或質量的交換，它包括至少一個限定在一個相鄰的上液體分配器(4，6，7，8)和一個下液體進口/出口(21，23)或一個相鄰的下液體分配器(7，8)之間的交換部(5，9，10，11)，該交換部包括一個上部(5A，9A，10A，11A)，以及在上部下方的另一個部分(5B，9B，10B，11B)，其特征在于至少一個交換部(5，9，10，11)的上填充部(5A，9A，10A，11A)包括至少一個填充組件，填充組件具有若干交換單元，交換單元的數量比同一交換部的另一填充部(5B，9B，10B，11B)的至少一個填充組件的交換單元數量要少。
2.如權利要求1所述的塔，其特征在于所述上部(5A，9A，10A，11A)的所述組件與同一交換部的所述另一個部分(5B，9B，10B，11B)的所述組件不同，至少是下面的因素之一-其內在的密度；-其結構；-其在塔的橫截面上的平均密度，以及-其高度。
3.如權利要求2所述的塔，其特征在于所述的因素是平均密度，所述上部(5A)僅僅占據塔橫截面的一小部分，位于來自所述上分配器(4)液體的噴嘴下方。
4.如權利要求1至3中任何一項的塔，其特征在于所述填充部(5A，5B，9A，9B，10A，10B，11A，11B)是結構填充部。
5.如權利要求4所述的塔，其特征在于所述上填充部(10A)是一個交叉波紋的填充部，而另一個填充部是通風填充部(10B)。
6.如權利要求4所述的塔，其特征在于所述上填充部(9A)是相對低密度的交叉波紋的填充部，而另一個填充部是高密度的交叉波紋的填充部，填充組件可以是圍繞塔的中心垂直軸(X-X)一個相對另一個成角度地傾斜，尤其是呈90°傾斜。
7.如權利要求1至6中任何一項的塔，其特征在于所述上填充部(5A，9A，10A，11B)包括一個單獨的填充組件。
8.如權利要求2和7組合在一起的所述塔，其特征在于所述單獨組件(11A)的高度低于同一交換部(11)的另一部分(11B)組件的高度。
9.如權利要求1至8中任何一項的塔，其特征在于在每一交換部(5，10，11)中，填充組件是一個在另一個上面直接疊置，或其間插入形成間隙的元件。
10.如權利要求1至9中任何一項的塔，其特征在于它是雙層常壓蒸餾塔(1)的一部分。
11.如權利要求1至10中任何一項的塔，其特征在于另一部分(5B，9B，10B，11B)是一個標準部。
全文摘要
該塔包括至少一個限定在一個比鄰的上液體分配器(4,6,7,8)和一個下液體進口/出口(21,23)或一個相鄰的下液體分配器(7,8)之間的交換部(5,9,10,11),該交換部包括一個上部(5A,9A),以及在其下方的另一個優選的普通型式的部分(5B,9B,10B,11B),至少一個填充部的上填充部包括一個比同一部分的普通填充部的填充組件具有較少交換單元的填充組件。
文檔編號F25J3/02GK1347743SQ0113291
公開日2002年5月8日 申請日期2001年9月11日 優先權日2000年9月11日
發明者艾蒂安·韋爾朗 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司