专利名称：用于制造分壁式塔的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造分壁式塔的方法。
背景技术：
当然，蒸馏塔已被广泛应用于在不同的工业应用中执行各种类型的分离。五十多 年前，提出了用在塔内具有竖直分隔物(分壁式塔)的单个蒸馏塔来替代两个独立的蒸馏 塔。该单个分壁式塔可实现将塔给料分离成三种组成馏分。于是认为，分隔壁塔可使产生 塔顶、塔底和侧取产物所需的设备的尺寸或成本减小或最小化。至少自1980年US-A-4230533描述了一种分壁式蒸馏塔及其控制系统时起，就已 公知用于分壁式蒸馏塔的控制系统。在二十世纪九十年代后期，研究人员已更详细地研究 用于分壁式蒸馏塔的控制系统。尽管分壁式塔具有优点并且已对其进行了许多调查和研究，但加工工业长期以来 在工业化生产过程中不愿使用分隔壁塔。这种普遍的不情愿归因于各种考虑，包括控制问 题、操作问题、复杂性、模拟困难及设计经验不足。已确立当用分壁式塔替代常规塔时的总 体方针和考虑。然而，鲜有记载分壁式塔在工业化设备中的实际应用。例如，已知在这种塔内提供一分隔物，从而将塔内部分为进入区域和排放区域。该 系统中的分隔物用于防止液体和/或蒸气流在塔的有限高度上横向混合。该设备减少了分 离多组分给料所需的蒸馏塔的数目。分隔物可在塔的相对壁之间延伸并且可具有通常大于塔直径且可至少等于塔的 各水平底部之间的间距的高度。然而，使用连续的分隔物具有许多缺陷并且塔的直径越大 这些缺陷就越严重。由于单件式分隔物的重量和需要将分隔物紧密配合在塔内而使得在塔内加入单 件式分隔物十分困难。由于具有一定尺寸，这些分隔物的规格使得它们只能在使用会引起 额外成本的机械辅助的情况下才能够被处理。此外，随着重量增加，分隔物会对安装分隔物 所需的工人造成更大的危险。已在实践中发现，该分隔物在塔内安装期间会容易变倾斜并 从而会损坏塔的内壁或导致塔与分隔物之间的不良密封。塔的不规则形状也会限制密封效 力。然后，由于可能必须通过额外的方案来密封可能的未密封区域，因此塔和分隔物的成本 会是难以承受的。因此，本发明的一个目的是提出适用于包括用于转移气体/液体材料的分壁式塔 的当前的和将来的工艺的制造方法，所述分壁式塔用于将多个塔集成在同一壳体内，以减 少制造成本。本发明的又一个目的是提出用于转移气体/液体材料的分壁式塔的制造方法，该 分壁式塔用于将多个塔集成在同一壳体内，以减少所需的分离能量。
发明内容
为此，本发明涉及一种生产间壁式(被分隔开的，partitioned)塔区段的方法，所述塔区段包括第一金属薄板区段、第二金属薄板区段和第三金属薄板区段。第一金属薄板 区段包括第一边缘和第二边缘。第二金属薄板区段包括第三边缘和第四边缘。第三金属薄 板区段包括第五边缘和第六边缘。所述第二边缘被附接至所述第三边缘，且所述第四边缘 被附接至所述第五边缘。该方法包括沿第一方向将所述第一区段成形为第一弧形弯曲件， 其中在所述第一边缘附近包括第一远端区域。该方法包括将所述第二区段成形为ζ形形状 的弯曲件，其中所述ζ形形状包括第一近端区域、中间区域和第二近端区域。该方法包括沿 第二方向将所述第三区段成形为第二弧形弯曲件，其中在所述第六边缘附近包括第四远端 区域。该方法包括将所述第一远端区域附接至所述第二近端区域，从而产生第一大致柱形 区段，所述第一大致柱形区段具有大致半圆形的截面。并且该方法包括将所述第二远端区 域附接至所述第一近端区域，从而产生第二大致柱形区段，所述第二大致柱形区段具有大 致半圆形的截面。 在另一实施例中，所述弧形弯曲件通过轧制产生。在又一实施例中，所述第二边缘 与所述第三边缘通过由相同薄板制成而被附接在一起，且所述第四边缘与所述第五边缘通 过由相同薄板制成而被附接在一起。在另一实施例中，所述第二边缘通过焊接被附接至所 述第三边缘；且所述第四边缘通过焊接被附接至所述第五边缘。在又一实施例中，至少一焊 接为对接焊。在另一实施例中，至少一焊接为搭接焊。在又一实施例中，所述第二金属薄板 区段与所述第一金属薄板区段和/或所述第三金属薄板区段相比包括较厚的金属厚度。在另一实施例中，所述第一远端区域通过焊接被附接至所述第二近端区域，且所 述第二远端区域通过焊接被附接至所述第一近端区域。在又一实施例中，从所述间壁式塔 的外部执行所有焊接。在另一实施例中，所述ζ形形状的弯曲件在所述第一近端区域与所 述中间区域之间具有角度α，且所述ζ形形状的弯曲件在所述第二近端区域与所述中间区 域之间具有角度β。在又一实施例中，所述角度α约为90°，且所述角度β约为90°。 在另一实施例中，所述第一近端区域具有约30mm的长度，且所述第二近端区域具有约30mm 的长度。在另一实施例中，所述第二区段包括通过对接焊附接在一起的两个金属薄板区 段。在又一实施例中，所述第二区段包括通过搭接焊附接在一起的两个金属薄板区段。在另 一实施例中，所述第二区段包括具有相等长度的两个金属薄板区段。在又一实施例中，所述 两个金属薄板区段被隔开以形成绝缘腔。在另一实施例中，所述绝缘腔填充有绝缘介质。在 又一实施例中，所述第一大致柱形区段和所述第二大致柱形区段形成具有一平面的大致柱 形形状，所述平面形成共用楞条(cord)，该共用楞条由所述第二金属薄板区段部分地形成， 并且形成共用楞条的所述平面从所述大致柱形形式轴向地偏离，以避免在接合连续的间壁 式塔区段期间的焊缝相交。另一实施例包括一种通过接合权利要求17中的类型的连续的 间壁式塔来产生间壁式塔的方法。另一实施例包括如通过前述权利要求中任一项所产生的 间壁式塔。在另一实施例中，第一金属薄板区段、第二金属薄板区段和第三金属薄板区段可 由不同材料制成。该差别可包括但不限于不同的金属成分或具有相同的金属成分但厚度、 表面质地或处理不同的材料。在另一实施例中，第二金属薄板区段可具有诸如肋或其等同 物的机械加强件。
通过阅读以下说明，本发明的其它特征和优点将显而易见。本发明的实施例作为 非限制性的示例提供。图1是本发明的一个实施例的示意图。图2是本发明的一个实施例的示意性截面图。图3是本发明的一个实施例的示意性截面图。图4是示出为ζ形轮廓的第二金属薄板区段的示意性截面图。图5是示出了可用于第二金属薄板区段的各种实施例中的一些的示意性截面图。图6是示出了带有绝缘腔的一个实施例的示意性截面图。图7是示出了第二金属薄板区段相对于第一金属薄板区段和第三金属薄板区段 偏移的一个实施例的示意性截面图。图8是示出了可如何连续地接合完整的塔区段以形成间壁式塔的示意图。图9是示出了可以装配和焊接的一个实施例的示意性截面图。图10是示出了可能的焊接技术的其它实施例的示意性细部图。
具体实施例方式分壁式塔用于节省包括多个塔的工艺、特别是包括并联操作的塔——氩塔(混合 物和脱氮塔)、Etierme塔或混合物塔——的空气蒸馏工艺的制造成本。事实上，集成两个 塔特别是获得壳体的经济性，冷箱体积的缩小(在低温蒸馏的情况下)，以及某些情况下 塔之间的连接管道的经济性。但是，制造这种类型的塔的方法比制造常规塔的方法更复杂。本发明描述了一种用于制造分壁式塔的方法，该方法主要允许更简单地制造壳 体(特别是通过限制内部焊接的数目)、由分隔物分开的两个部分之间更好地密封以及利 用这两个部分之间的高压力差的操作。本发明包括一种通过接合一系列主模块来制造分壁 式塔的方法。这些主模块具有如下特征各主模块包括本身弯曲的单个元件，以形成壳体和 分隔壁的外包壳。可增设二级模块以补充分壁式塔(端部、分支、特定加强肋等)以及塔内 容物(填料、塔盘、分配器等)和其操作所需的任何其它部分或设备。这些增设可在主模块 的接合之前、期间或之后进行。制造主模块的方法的一个示例在图1、图2和图3中示出。首先参照图1，其示出 了由金属板组成的元件。该元件包括第一金属薄板区段101、第二金属薄板区段102和第 三金属薄板区段103。基于图示的目的，这三个金属薄板区段101、102、103被图示为独立 构件，在本发明的各种实施例中，全部三个区段可包括单一整体金属件。第二金属薄板区段 102可由不同的金属厚度、优选地与第一金属薄板区段101和/或第三金属薄板区段103相 比较厚的厚度制成。第一金属薄板区段101还包括第一边缘104、1 二边缘105和第一远端区域110。 第二金属薄板区段102还包括第三边缘106、第四边缘107、第一近端区域111和第二近端 区域113。第三金属薄板区段103还包括第五边缘108、1六边缘109和第二远端区域112。现参照图2，图2为了清楚仍采用以上元件标号，第一金属薄板区段101弯曲成 1 一弧形区段201，其一端包括1 一远端区域110。第二金属薄板区段102弯曲成ζ形或s 形形式，其具有包括第一近端区域111和第二近端区域113的两个臂。第三金属薄板区段103弯曲成第二弧形区段203，其一端包括第二远端区域112。弧形区段201、203可通过轧 制形成。第二边缘105被附接至第三边缘106。第二边缘105可通过焊接被附接至第三边 缘106。该焊接可为对接焊或搭接焊。第二边缘105和第三边缘106可通过由相同薄板制 成而被附接在一起。第四边缘107被附接至第五边缘108。第四边缘107可通过焊接被附 接至第五边缘108。该焊接可为对接焊或搭接焊。第四边缘107和第五边缘108可通过由 相同薄板制成而被附接在一起。现参照图3，其为了清楚也采用以上标号，第一弧形区段201的1 一远端区域110 被附接至第二近端区域113，从而形成具有大致半圆形截面的第一大致柱形区段301。第二 远端区域112同样地被附接至第一近端区域111，从而形成具有大致半圆形截面的第二大 致柱形区段302。第一远端区域110可通过焊接被附接至第二近端区域113。第二远端区 域112可通过焊接被附接至1 一近端区域111。优选地，从间壁式塔的外部执行所有焊接。现参照图如和图4b，其为了清楚也采用以上标号，第二金属薄板区段102的ζ形 形状包括弯曲成第一臂401的第一近端区域111、弯曲成第二臂402的1 二近端区域113 和未弯曲的中间区域114。在此实施例中，第一臂401和1 二臂402以顺时针定向弯曲，但 也可以采用逆时针定向。也可以采用结合有逆时针和顺时针定向的弯曲组合(即，c形弯 曲)。第一臂401和1 二臂402可以以被赋予与整个塔的曲率半径大致相等的曲率半径的 方式被弯曲。第一臂401和1 二臂402可以以保持线性ζ形截面的方式被弯曲。第二金属薄板区段102的ζ形形状可被弯曲成在1 一臂401 (第一近端区域111) 与中间区域114之间具有角度a。该角度α可小于90°。该角度α可为约90°。该角 度α可大于90°。第二金属薄板区段102的ζ形形状可被弯曲成在1 二臂402(第二近 端区域113)与中间区域114之间具有角度β。该角度β可小于90°。该角度α可为约 90°。该角度β可大于90°。第一臂401可具有约30mm的长度。第一臂401可具有约等 于成形设备中的轧辊的直径的长度。第二臂402可具有约30mm的长度。第二臂402可具 有约等于成形设备中的轧辊的直径的长度。现参照图5^图恥和图5c，其为了清楚也采用以上标号，1 二金属薄板区段102 可包括随后被连接在一起的两块独立的金属板。如图如所示，包括第二金属薄板区段102 的两块薄板可通过对接焊在它们的边缘处被附接在一起。如图恥所示，包括第二金属薄 板区段102的两块薄板可通过搭接焊被搭接和连接在一起。搭接程度根据设计进行选择， 但搭接程度通常小于中间区域114的总长度的1/2，优选地小于中间区域114的总长度的 1/4。优选地，该搭接小于20cm，更优选地，该搭接小于10cm。这种技术通过该搭接对接焊 所形成的肋提供了额外的结构刚性。如图5c所示，包括第二金属薄板区段102的两块薄板可被完全搭接，各搭接区段 大致跨越中间区域114的整个宽度。如图6所示，这两个搭接区段可由一空间分隔以形成 绝缘腔501。该绝缘腔可填充有环境空气，其可被排出以形成局部真空，或其可填充有绝缘 介质。现参照图7a和图7b，其为了清楚也采用以上标号，第二金属薄板区段102可相对 于第一金属薄板区段101和第三金属薄板区段103轴向地偏移Y。如可从图7b看出的，一 旦第一大致柱形区段301和第二大致柱形区段302形成大致柱形形状，第二金属薄板区段 102就呈在该大致柱形形状内形成共用楞条的平面的性质。该楞条可为直径。该楞条可为
7小楞条，从而使1 一大致柱形区段301和1 二大致柱形区段302具有不相等的截面积。第 二金属薄板区段102的轴向偏移Y在所形成的大致柱形区段的一端处形成突出部701而在 另一端处形成槽702。现参照图8a和图8b，当根据本发明制造的多个子组件被堆叠在一起时，上面的单 元的突出部701嵌入下面的单元的槽702内，从而允许在没有任何接头的相交焊接的情况 下进行焊接。可通过接合上述类型的连续的分隔物来制造间壁式塔。在本发明的一个备选方案中，主模块可由多个元件组成。这些零件的机械接合具 有通过经由零件外部接近而执行的特殊特征。该备选方案因此由于外部接近和元件容易成 形而允许容易地装配主模块。其还用于保证主模块与外部的良好密封，以及塔的零件之间 的良好密封。可采用同样的方法将塔分隔为两个或多个部分。在另一备选方案中，本发明从单 个或多个元件接合主模块，但至少一个机械接头通过从元件内部接近而形成。在另一备选 方案中，可以对具有不均勻机械特征、特别是金属板的厚度或非均质材料(以更好地耐受 压力差)的元件使用上述方法。现参照图9和图10 (a-d)，其公开了关于上述焊接的说明性实施例的更多细节。注 意到，与上文一样，为了清楚，这里的实施例仍采用以上标号。图9示出未弯曲的中间区域 114可如何具有有效地呈线性的(S卩，有效地不弯曲的)第一近端区域111和有效地呈线性 的第二近端区域113。这些线性第一近端区域111和线性第二近端区域114然后可起到常 规衬带的作用，以允许将第一金属薄板区段101和第二金属薄板区段102更容易地焊接在 一起。图10 (a-d)示出一备选实施例，其中有效地呈线性的第一近端区域111和有效地 呈线性的第二近端区域113可用作常规的衬带。
权利要求
1.一种生产间壁式塔区段的方法，包括 第一金属薄板区段(101)、第二金属薄板区段(10 和第三金属薄板区段(103)， 其中所述第一金属薄板区段(101)包括第一边缘(104)和第二边缘(105)， 所述第二金属薄板区段(10 包括第三边缘(106)和第四边缘(107)， 所述第三金属薄板区段(10 包括第五边缘(108)和第六边缘(109)， 所述第二边缘(10 被附接至所述第三边缘(106)， 所述第四边缘(107)被附接至所述第五边缘(108)， 将所述第一区段(101)沿第一方向成形为第一弧形弯曲件，其中在所述第一边缘 (104)附近包括第一远端区域(110)， 将所述第二区段(10 成形为ζ形形状的弯曲件，其中所述ζ形形状由第一近端区域 (111)、中间区域(114)和第二近端区域(113)组成， 将所述第三区段(10 沿第二方向成形为第二弧形弯曲件，其中在所述第六边缘 (109)附近包括第二远端区域(112)， 将所述第一远端区域(110)附接至所述第二近端区域(113)，从而产生第一大致柱形 区段，所述第一大致柱形区段具有大致半圆形截面，和 将所述第二远端区域(112)附接至所述第一近端区域(111)，从而产生第二大致柱形 区段，所述第二大致柱形区段具有大致半圆形截面。
2.根据权利要求1所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于 所述第二边缘(10 通过与所述第三边缘(106)由相同薄板制成而被附接至所述第 三边缘(106)，并且 所述第四边缘(107)通过与所述第五边缘(108)由相同薄板制成而被附接至所述第 五边缘(108)。
3.根据权利要求1或2所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于 将所述第二边缘(10 通过焊接附接至所述第三边缘(106)；并且 将所述第四边缘(107)通过焊接附接至所述第五边缘(108)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于，所述 第二金属薄板区段(10 与所述第一金属薄板区段(101)和/或所述第三金属薄板区段 (103)相比包括较厚的金属厚度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一金属薄板区段(101)、所述第二 金属薄板区段(10 和所述第三金属薄板区段(103)由不同材料制成。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，能够通过钎焊、铆钉或粘合附接所述 边缘(104，105，106，107，108，109)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于 将所述第一远端区域(110)通过焊接附接至所述第二近端区域(113)，和 将所述第二远端区域(11 通过焊接附接至所述第一近端区域(111)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于，从所述 间壁式塔外部执行所有焊接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于 所述ζ形弯曲件在所述第一近端区域(111)与所述中间区域(114)之间具有角度α， 所述ζ形弯曲件在所述第二近端区域(113)与所述中间区域(114)之间具有角度β。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述近端区域(111，113)为直的并形成 常规的衬带。
11.根据权利要求9所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于， 所述角度α为90°，并且 所述角度β为90°。
12.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于，所述第 二区段(10 包括通过对接焊或搭接焊附接在一起的两个金属薄板区段。
13.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于，所述第 二区段(10 包括具有相等长度的两个金属薄板区段(114a，114b)。
14.根据权利要求13所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于，所述两个金属薄 板区段(114a，114b)被分隔以形成绝缘腔。
15.根据前述权利要求中任一项所述的生产间壁式塔区段的方法，其特征在于 所述第一大致柱形区段和所述第二大致柱形区段形成具有一平面的大致柱形形状， 该平面形成共用楞条，所述共用楞条由所述第二金属薄板区段(10 部分地形成， 其中形成共用楞条的所述平面相对于所述大致柱形形式轴向地偏移，以避免在接合 连续的间壁式塔区段期间的焊缝相交。
16.一种通过接合根据权利要求15中所述的类型的连续的间壁式塔来生产间壁式塔 的方法。
17.一种通过前述权利要求中任一项所生产的间壁式塔。
全文摘要
本发明涉及一种制造间壁式塔的方法，该方法通过将第一区段和第三区段成形为弧形区段，并将这些弧形区段附接至第二z形区段，以形成具有大致半圆形截面的两个相邻的空间，这两个相邻的空间组合在一起形成间壁式的大致柱形区段。
文档编号F25J3/04GK102143787SQ200980134317
公开日2011年8月3日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年9月3日
发明者科索 F·戴尔, G·齐克 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司