本发明涉及汽液接触塔用的液体分配器，更具体地说，涉及到有逆流汽液流通过其中的交换柱内所用的一种均衡流量之液体分配器。 在先有工艺中，已知可利用其中有气体与液体相互接触、且最好呈逆流形式的各类交换柱，对原料组分进行质量传递或热传递、精密分馏和/或分离、以及其它单元操作。对于一种有效的操作来说，需要进行质量传递、热传递、流体蒸发和/或冷凝，由此，使其中的一种流体能够在一特定区域内或在限定其面积与体积而具有最小尺寸的区域中，以最低的压降充分冷却。这些乃是有效操作的先决条件，同时是精密分馏所必须的。为此，在这类交换柱中的蒸汽与液体的逆向流动，业已成了先有技术中进行汽液接触地确认方法。实际的汽液界面需要在交换柱内利用填充床形成。因此液体以最适宜的方式分配在此填充床的上方，而蒸汽则分配于塔之下部区域中填充床的下方。在这样的方式中，待缓向下通过填充床的液体即面临经过其中上升的蒸汽，进行着汽液接触与相互作用。
业已周知，填充床的构型决定着作业塔中所发生的压降、汽液界面的效率与伴生的物质以及能量传输。用来在填充床相对的端面上有效和均匀地分配蒸汽与液体以及保持此种分配的装置，对于一种有效的操作过程来说至为关键。只要有效的进行初始的蒸汽与液体分配并在整个填充床上保持此种分配，就会由此建立起均匀的混合区而于其中获得最高效率。效率本身易于转换为操作费用与产品质量。由于这一理由，众多的先有技术中的填充设计已普遍采用传统的交换柱。但是，填充料的效率在很大程度上取决于蒸汽与液体通过填充料进行分配的效率。例如，蒸汽或液体二者中之一在此填充床的横剖面上不能有效地均匀分配时，就会使分配差的或无分配的此部分填充床失去其效益，而效益本身则是正比于操作的效率与其成本效果的。填充床的深度密切地关系到生产准则与操作费用的确定，而在填充床内不能均匀地分配蒸汽-液体和/或保持均匀性时，就能导致严重的后果，在石油加工工业中则尤其如此。
撇开填充床本身，液体分配器实是填充塔内最重要的设备。填充塔在性能上的缺陷有时是起因于堵塞或分配不均之类的液体分配问题，因而选择正确的液体分配器是使设备运转不致中断的关键因素。因此，在操作方面也应考虑此种分配器的功能问题，例如怎样保持住分配槽内的液面、如何恰当地来均衡流过其中的液流、以及使液体恰当地从这种槽分配到其下填充床的手段。同时还应考虑上升蒸汽对分配的液体所起的作用。当此蒸汽的流通空间受到限制时，能使其流速升高到使下降的液流达到中断的程度。此种液体在实质上是朝周围“吹送”的，而这样的状态会导致不均匀的分配与低效率。
传统的液体分配器一般包括有多种形式的多孔喷头，适合将液体以喷雾形式分散到填充床的上方。在采用在交换柱内堆放有许多不规则取向的填充体的堆积充填形式时，上述这种液体分配器技术有时是有效的。特别是在高效率参数并不具有关键意义时确实如此。但是在高效率填充床的情况下，例如转让给本发明代理人的4604247号美国专利中所公布的那种情况下，用来使液体与气体分配均匀的手段却至关重要。
上述专利中所公布的这种高效率填充床的费用促使人们注意进行恰当的汽液分配。在蒸汽与液体之间，那怕是小区域内不均匀的相互作用，也是一种代价高昂的和不必要的浪费，这与利用高效率的填充床是不相容的，在高效率填充床的情况下，为了进行正常的操作，要求汽液界面具有足够的空间与均匀性。公布并表述于上述美国专利中的当前工艺水平下的高效率填充床，要求逆流的汽液流通过相对置波纹板形成的通道。要是初始的液体或气体不能得到分配而进入特定的波纹结构中，则在填充床中就会损失掉宝贵的表面面积，直到液体与蒸气受迫迁移入此填充床中未填充的区域并在其中相互作用为止。只有利用适当的蒸汽与液体分配手段，才能确保积极而有效地利用高效率填充床与常规的堆积填充床。
如上所述，用在作业塔中进行合适的液体分配系统在发展上已受到了限制。大体上说，已知在排送与分配液体方面利用喷雾孔、管、多孔板、带孔的槽与喷嘴等。用上升的紊流气体伴随蒸汽以形成合适的蒸汽分配。尽管许多先有的系统一般可有效的将一些蒸汽与液体分配到填充床中的绝大部分，但要是不采用较为复杂的分配设备，通常是不能在填充床中获得均匀分配的。例如，除非是将气体喷入填充床下方众多的毗邻区域内，而且各区域内的压力都要相等，否则向上通过此填充床的整个蒸汽流是不能够均匀的。不规则的蒸汽排送只能分配不等量的蒸汽通过填充床的下部区域，而怎么也不能确保分配的均匀性。同样，仅仅把液体喷到填充床的上方时，尽管谋求湿润整个表面区域，但常会在填充床的某些区域形成高度集中的液体流，而在其它区域中则又使液流很少。自然，这要取决于喷雾装置。小孔分配器比起其它类型的分配器一般更易发生堵塞，而堵塞常会是不均一的，从而导致在塔内出现不匀称地灌注。制造过程中在分配器板面上出现的表面不规则性，同样会增大某些孔眼的流动阻力或是沿着该板的底部引起液流，显然这是一个缺点。使液流集中到一个区域中而使其它区域中液流减少的任何这种液流不规则性，都是有害的。
业已发现，采用由带孔或带喷嘴的支管及集管组成的管式分配器来喷液时，液体的分配通常过细。此时，这种细粒的液珠会因逆流的气流而驱至塔外。这就阻碍了液体与填充床作均匀的接触。由于与液体接触乃是下方所设填充床的目的所在，此种结果完全破坏了采用液体分配器的原意。在20磅/平方英寸（PSC）压降下，流过喷嘴的液体有多达5%的数量会转变为雾状体。已经知道，喷嘴装配成的管式分配器能够产生搭接的喷雾构型，其结果会在某些区域内增大液流而在其它的区域内使液流减少。此外，集管还会以一定的速度放出液体，这取决于密封件的类型，在液体未及沿水平方向散布出去之前，即垂直地通过密封件流出集管。
以上这些问题，以及在各种塔的直径、填充层、高度、材料与系统所要求的液体分配点的数量方面的关键问题，都是很重要的。关键的是填充床的高度不能过大以致使填充床的重量就会压坏它本身。但是，在各填充床之间的液体再分配器是昂贵的，而且要占据原来可用作质量传递的高度。需要考虑的一个方面是所用填充床的类型的问题。结构型填充床只能允许很小程度的分配不均，而堆积的填充床则能经受住较大液体分配上的波动。
不幸的是，所出现的不均匀之液体分配一般却发生在最匀称或最均一的蒸汽分配的邻区，反之也然。这是由于蒸汽在接触到液体分配流之前，就能通过填充床而较均匀地分配。因此，下述这种想法是有其优越之处的，即提供一种装置，在蒸汽与液体进入填充床之前使之均匀分配，并处于这样的一种方式下，使蒸汽与液体既能均匀地散布又有一致的容积分配。
本发明提供了一种通过锥形槽来进行汽液分配的高效率分配器，在此种高效率的分配器中，各个槽均经由一流量均衡系统来保持均匀的液面。此系统配置有一系列相互连通的流通管，它们通入那种狭窄的锥形槽内的最低部分以均衡液面，同时让液体与残渣由此排出。这种流通管有助于使多相液体流过装配有排放豁口或孔之开口式锥形槽的网状系统，要是锥形槽不能保持完全水平就会影响正常工作，要是残渣堆积就会造成堵塞。在锥形槽的外面设有倾斜的挡板，可以防止液体因上升的蒸汽而被向周围“吹散”，同时使流体均匀分散。也可将液体分散的网屏或丝网用于此种挡板。通过尽量加大塔内的流通空间，可将通过分配器的压降减至最小。这样便可用更经济有效的可靠构型来为液流效率提供可靠保证。
本发明涉及适用于均匀分配通过操作塔之液流的液体分配系统。更具体地说，本发明的一个方面是：用于作业柱之改进了的液体分配器，其中：蒸汽喷射到该柱内并通过其中上升，而液体则在此柱内分散而向下流动。填充部分或填充床配置在柱内，用来促进以逆流方式通过其中的蒸汽与液体进行相互作用。所改进之处在于，包括有一台液流分配器，设在填充床的上方和/或下方，用来均匀地分配经此下流的液体。上述分配器包括一个槽，它有一朝下倾斜的下体，后者具有设置在外侧的挡板。这种挡板与此倾斜的下体分隔一段选定的距离，以便接受来自该槽的喷出物或液体流。还可将分流板安装到挡板之上并从其上挂下，以改进液流的分配特性。在挡板内液体可以均匀地分散而通过挡板的内部区域，偏离开上升的蒸汽流，而得以均匀地分布与排送到下面的填充床。挡板包括有滴液中断器，后者由介于挡板与槽子之间的一些凹口组成。这些凹口还起到将挡板固定到槽上的作用。当槽子的某些部分发生倾斜时，设置有一些可用来中断液流的流通区。槽子中形成有单孔或多孔的结构，第一孔设置于挡板之内而第二孔设于其上，用来将液体朝外喷流至下方之填充床上。有流量均衡管相互连通着各个槽的侧部和/或端部，得以排空整个的容积、保证结构的稳定性和均衡其中之流体。
本发明的另一个方面是：此种液体分配器包括一大致呈V形的槽下部，在其外面配置有：一倾斜挡板，后者包括一冲击表面;在槽下部的表面上设有一些孔，用来将液体排放在挡板上。流量均衡管安装在槽子的下壁部或其末端，因而可用作结构支承件，也可作为流体的导管。邻接槽底装设的这些导管可以使流体在相邻槽子之间流通，从而使其中的液面均衡。通过这种管，还可按“自行清洁”方式除去残渣与固体物料。这样一种结构显著地优于先有技术中的灌注系统，后者产生灌注的堵塞、不均以及局部的或集中的灌注现象，这是与高效的塔内操作要求相违背的。
在本发明的另一个方面是：前述的倾斜挡板阻止了上升的蒸汽流，会以干扰从槽子排出的均匀液流的方式去接触此种液体。这样，围绕此槽子以显著量上升的蒸汽，将因倾斜挡板的作用而朝外偏转。在此种方式下，它就不会直接地干扰从V形槽喷出的液体。在挡板之内，某些蒸汽的上升速率增大得很显著，这在实际上就改进了喷射到挡板上之液体流的横向分布。于是，散布开的液体便得以在此倾斜挡板的充分保护下，在挡板的内壁上扩张开。而且，蒸汽是以一个有助于上升流均匀化的角度偏转的。由于液体的分配得到了改进，这些槽子可以在取得相同的液体分配效果下进一步分开设置。较宽的槽子间距使塔内形成了较高程度的“流通空间”。较大的流通空间减少了对上升蒸汽流的阻力，从而降低了对下行液流不利的蒸汽速度。降低了的蒸汽速度自然就可导致更好的液体散布与流体分配，结果便大大减少了为逆流蒸汽夹带向上的液体量。依此方式，显著地提高效率并节省费用。
为了更全面地理解本发明以及它的进一步之目的与优点，现在可以参考结合附图所作的以下描述，在附图中：
图1为一填充柱的透视图，切开了各不同部分，用以阐明依据本发明原理构成的液流分配器实施例中塔的内部情况;
图2为依据本发明原理构成的液体分配槽与均衡管阵列的放大、侧视横剖面图;
图3为图2中之槽沿3-3线截取的放大、顶视横剖面图，示明此槽的挡板与壁部;
图4示意性地说明图2中槽的挡板上液体的分配与灌注;
图5为本发明之流体分配管阵列的放大透视图，示明V形槽与流量均衡管的结构;
图6为一顶视图，局部地表明图5中的槽子支承件与均衡系统;
图7为本发明流体挡板另一实施例的放大侧视图，同时示意性地表明加大了的蒸汽流“流通空间”。
首先参看图1，其中示明了一填充交换塔的透视图，切开了不同部分，用来说明各内部情况及本发明所用液体分配器的一个实施例。图1的交换柱10包括一柱形塔12，其中装有许多层状填充床14。还设有许多人行通道16，以便进入塔12的内部来布置填充床14。此外还设有侧面排流管20、侧面供液管18、以及侧面蒸汽供给管或重沸器的回流管32。在塔10的上方设有回流管34。
操作中，液体通过回流管34与侧面供液管18供给塔10。此液体向下流过该塔，最后在侧面排流管20或在底部排流管30处离开该塔。液体在其下流过程中，当它通过填充床时，从中蒸发掉一些物料，并有自蒸汽流中冷凝出的物料加进流体中。
继续参看图1，交换柱10在塔12的上方还包括一蒸汽出口的高架管26，而在该塔的下部区域，围绕连接到重沸器（未示明）的底部排流管30配置有一下部套筒28。位于套筒28上面的重沸器回流管32，用来使其中的循环蒸汽向上通过各填充层14。在塔的上部区段23内通过入口导管34引入冷凝器的回流，在上部区段23中回流经液体分配器36均匀地通过上部填充床38。可以看到，此上部填充床38呈结构填充式。交换柱10在上部填充床38以下的区域如图所示，可说明如下，在此区域中于用来支承上部填充床38的支承格栅41之下，设有液体收集器40，还设有液体再分配器42以及取另一种结构形式的中间支承板44，后者适用来支承图中所示有代表性的环形或鞍形的不规则填充料14A。下部结构式格栅46设在液体之配器48之下，后者包括许多槽49，分配器48用来散布通过的液体并使液体通过下方逆流上升的蒸汽。从这里可以看到，上升蒸汽与下降液体之间的逆流构型乃是包括液体/蒸汽比、液体冷却、发泡与在此是否出现固体物料或残渣等在内的许多关键设计因素的主题。侵蚀问题同样是对填充塔的各种构件所需考虑到的，而在许多情形中，在制造塔内的部件时需据此来选择材料。图1中所示填充柱的结构也在前述Gilbert Chen的论文中有过较详细的描述，现综合于此作为参考。
下面参看图2，其中示明了槽49的放大侧视横剖面图。此槽具有一般为V形体的下体50，此下部由倾斜的外壁52与54组成，后者分别从槽壁56与58向下延伸。底表面60连接着此倾斜的壁52与54，通过侧壁上所开的孔62与一列均衡导管64对准并与之连通。导管64由焊接或类似方法在槽49的开孔62处固定到侧壁54上，有助于让液体在各槽之间流过（如图5所示），以使其中的液面均衡并从槽底60除去残渣。
继续参看图2，第一挡板66与第二挡板68相对于槽的下体50作斜向装配，并处在斜壁52与54之外。挡板66与68分别相对于斜壁52与54一般呈平行分隔开的关系。在挡板66与68之内，于各斜壁52与54之下部区域中形成有第一个孔口70，用来将流体喷到上述挡板的内表面上。依此方式，沿箭头72方向上行的蒸汽即沿箭头74所示的液体喷射方向朝外偏转，由此保护上述液体不因上升的蒸汽而分散。这样，在各个槽中，即可以均衡的状态在各槽内形成液面，并由此，在不受上升蒸汽流的影响而分散的控制与保护方式将液体排出。在壁52与54上孔口70-70的上方形成有第二排出口71-71，用来将液体喷到挡板66与68的顶上。这种直接排送，当槽49的液面到达充分高度时，就同有挡板的排送共同起作用。由于本发明使得槽49之间的空间加大（下面会对此作更详细的讨论），上升的蒸汽速度常会充分地降低，只会对从孔口71-71进行的直接喷送产生最小的影响。
现在参看图3，其中所示为图2中槽49的局部横剖面放大顶视图，在其外面安装有挡板68与68。槽49在带矩形孔口70的下部斜壁52与54之上设有大致垂直的壁56与58。在斜壁52与54之下有底部60，流量均衡孔62则开在与之相邻处。
继续参看图3，在斜壁52与54外部所构成的挡板66与68与之相对地成平行分开关系。挡板66与68包括有细长的板件75，上面设有许多凹口77。各凹口都大致取V形构型，它的顶角78则焊接在斜壁52与54的外表面上。于是在各个凹口77之间就形成了许多分隔的流通区80。这些凹口77在槽子中出现不均匀情形时还起到液滴中断器的作用。
参看图4，其中示意性地给出了本发明的挡板68，并以虚线描出了相邻之斜壁54上形成的孔口70。经孔口70喷出的液体在上述挡板的表面75上大致呈抛物线状。这种抛物线状的液体分布构型82构成一个被湿润的表面区，保证从槽49喷出的液体在滴落之前沿侧向散布且经挡板68之下表面83排出。在下部边缘83之下，示出了液滴的图形84。下方所示出的尺寸箭头85表示出灌注区，它可以是配置在槽49下的填充床灌注区。此填充床的灌注区有足够宽度，得以有效地分配来自槽49中再分配装置的流体。从图中可以看到，依据本发明的原理，相互之间的距离不大于灌注区85的这些孔口70，是可以允许在下方的填充床作邻接和/或搭接的。上述填充床的灌注乃是取得合适的流量再分配之一个关键因素，而且正如以前所说，流出的液滴84由于倾斜式挡板66与68的作用，基本上不受上升蒸汽流72的影响。此外，由于槽49的有效结构，可使相邻的槽间有较宽的间距。如以下所述还可看到，这样较宽的间距会增加槽与槽间的空间，同时减少了对蒸汽流72的限制，因而减缓了蒸汽速度，且上升蒸汽速度的下降还消除了蒸汽提升液滴84的倾向，而后者则是流体分配系统中的一种严重的降低效率的现象。尽管在填充床内是极其希望汽液相互作用的，而且这种作用是会产生积极效果的，但这种效果对于要在各高效填充床之间实现均匀的汽液相互作用之液体分配器来说，并不是它的追求目标。
下面参看图5，其中示明了依据本发明原理构制成的一些槽49，它们通过一些设置于某间的均衡管彼此固定住。这些管子也可横过某些槽49的端部装配，正如图5中的管子64A的情形。在此透视图中还可看到，倾斜的槽体部分50是构制在挡板66与68之内方。槽端90呈较短的纵向结构，包括一斜的端面92，以便安装在图1所示那种圆柱形的作业塔内。图中所示的均衡管64，既用于使相邻的槽49之间的液体均衡，也提供了侧向固定槽子的手段。
现在参看图6，其中示明了依据本发明之原理构成的一些槽子49组成的阵列100。在每个槽的相对侧面上设有挡板66与68，用来建立前面所定义的预先选定的连续灌注区。如上面所述，在具有足够空间的情况下流量均衡管64也可横向设置在槽子49的末端，（图0中未示明）。在本结构中，各槽的末端103为倾斜的，得以装在图1所示的那种圆柱形塔内。特别是在外侧的槽107之端部105，基本上要倾斜到得以安装在作业塔的圆形空间内。
同时参看图5与图6，其中所示的槽子支承系统110包括一些沿各个槽49顶部装设的支承槽钢112。这些支承管112由可调的安装架114支承着它的相对端部，使槽子阵列100得以装定和调平。重要的是应注意到，尽管本发明为槽子之间提供了使流量均衡的条件，但为了进行合适的操作，槽子阵列100必须一开始就在加工成的塔内按水平构型定位。安装架114的可调性为塔在操作期间或之后的例行保养中，进一步方便了液面均衡的调整作业。
下面参看图7，其中示明了设于各槽49之下的液体分散屏或板120之侧视局部图，作为本发明的另一实施例。应该注意到，也可采用以一端固定在挡板66与68之上并向下悬挂的丝网结构，来取代上述的屏120。这些丝网件，可以类似于下述另一种带有凸缘的液体分散板120之实施例，朝外与向内弯曲以改善分配。这种液体分散板120是沿着挡板66与68的下部边沿装在槽49上。喷射到挡板上且分散成前述抛物状构型82的液体，于是便能继续朝下进入下方的填充床124内，且不受上升蒸汽流的不利干扰。在这一图中，由箭头122所示的液体，分配到板120的侧边且不受箭头123所示之上升蒸汽的影响。由于上升的蒸汽123，能将滴液吹入其他不合适的区域内，故它的上升速度能对均匀的液体分配构成显著的不良影响。当蒸汽123触及分散到板120上的液体时，便不大会引起先有技术中常见的那种分布上的问题。但它将导致液体在板120上散开，而这却是有利的。液体的散开还会由同一槽49的板120之间如箭头123A与123B所示蒸汽的上升速率引起。挡板66与68后方的上升蒸汽123B会由于受限制的流通区而加速，使得从孔口70与71喷出的液体在这一区域内散开，从而改进了侧向分布。结果在此区域内，液体流是在某一压力之下，与通常由高速蒸汽流所引起之问题不同，它可因高速的蒸汽流而加强其分配程度。
继续参看图7，分散板120可由通常用于逆流汽液作业柱中的那种固体的、穿孔的、编织的或类似的薄层构件形成。板的下边还可带有“凸缘状的”或向外弯曲部分120A与120b，如图7左侧槽49内所示，这可以进一步改善分配。分散板120特别适用于遇有蒸汽流速与不均匀液体分配等方面问题的柱。这种问题已由本发明之原理指出了解决方向，它体现在一种带挡板的槽子结构中，其中结合采用了上面挂装有分配屏120的均衡管64。在这样的形式下，可使相邻槽间的空间尽量加大，而减小蒸汽的上升阻力与速度。通过槽49之间的液体均匀分配，保证了汽液相互作用的均一性。如上所述，本发明的另一个优点是，能够利用配置在各个槽49侧壁部分上的流体导管64而使流量均衡。将这种流体导管安装在槽子的侧壁上要比安装在槽底上较为经济。在这种安装系统中的优点是多方面的。其中最显著的优点是在此种分配器相对于柱10的高度问题上。除了汽液相互作用所必需的高度外，柱10中用于其他方面的任何高度都会降低工作效率和此柱的有效性。通过将导管安排在相邻槽49之间而不是它们之下，就不会损失此系统中有价值的高度。此外，将流量均衡管64设置于槽49之下而不是与之相邻，就会导致本应通过此流量均衡管予以消除的残渣发生聚积。如果这类残渣仅仅是从槽子的底板向下流出，则配置于槽49下方的流体导管只能提供一种接收器来集中残渣，而不是把它们除去。在本发明所提出的结构中，各个导管64的底部是与各个槽49的底部毗连的，借此可由这里“洗净”掉残渣。由于提高了操作柱10的效益，从而就改进了生产效果，提高了工作效率和降低了成本。本发明的分配器由于在液流进入填充床之前所形成有效的液流分配，就便于最大限度地利用高效的填充床。在取得这些所需结果的同时塔内的高度损失最小并能在相邻槽间进行自行调节的流量均衡。