专利名称：塔盘阀连接用的装置和方法
相关申请本申请是在1997年10月10日提出的临时专利申请60/061,573的基础上作出的正式专利申请。
背景技术：
本发明涉及一种用于将一流体扩散装置连接于分馏塔盘的装置和方法。特别是涉及一种能使用于分馏塔或其它用于分离两种流体的相关设备的、带有阀装置的分馏塔盘的组装时间和成本大大节省的装置。
所谓分馏是这样一种过程，即，通过加热或去热，将由两种或多种物质组成的蒸气或液体混合物分离成所需纯度的组份。分馏塔是为了高效地实现这种分离而设计的。用于分馏的一种类型的塔柱是塔板式的，其中多个各种设计的塔盘可接纳液体，使得被处理蒸气和被处理液体更好地接触，进而更好地分离。
基本的分馏是从塔柱的顶部开始进行，一直往下到塔柱的底部。较重的处理液体在塔柱内从上向下流动，而较轻的蒸气在塔柱内从下向上升。分馏塔的主要构件包括一竖直的壳体，被处理蒸气和液体物质在其中进行分离；若干个塔柱内部构件，例如分馏塔盘或塔盘组。塔柱内部构件可以提高和加强被处理蒸气与液体之间的分离作用。塔柱内部元件的各种内部结构，例如塔盘间隔、塔柱直径、加强流动用组件的安置等，可以提高效率，进而降低能耗。
在典型的分馏塔柱中，是在众所周知的分馏柱或塔等竖直取向的密封容器内安装多个水平取向的分馏面板或塔盘。每个塔盘可以包括若干开口，以加强蒸气与液体的分离。这些简单的开口允许较轻的气体从分馏塔盘下方向上流过塔盘，与塔盘上方的较重流体相互作用。然而，这些简单的开口或孔会使蒸气以较低的流速穿过塔盘向上直射，使塔盘产生泛滥现象。这将使流体交换和分离不充分，从而降低整个分馏塔的效率和处理能力。
为了防止分馏塔盘部分的泛滥现象，可将各开口设计成在其上方具有一局部的盖子或筛板。由于可对较轻的蒸气加以横向引导，用这种方法设计的筛型塔盘可以防止泛滥现象。然而，筛型塔盘又导致了一个新的塔盘横向射流问题，即，蒸气会沿着塔盘横向地射出。这同样会降低塔盘和塔柱的效率。此外，筛型塔盘的制造成本比较昂贵，这是因为筛型塔盘的开口通过冲孔或模压而成形在分馏塔盘的同一表面上。在建造成筛型塔盘之后，就不易做任何改变了。因此，如果筛型塔盘的某一部分发生损坏，就需要更换整个塔盘。
另一种用来加强蒸气和流体相互作用的已有技术的分馏装置是泡罩。一泡罩型塔盘具有一位于每个开口上方的支承升气管和一覆盖该升气管的泡罩。泡罩是安装成使其与升气管之间具有一空隙，以允许被处理蒸气从塔盘下方向上经过泡罩而通过，与被处理液体相互反应。蒸气通过升气管上升，又被泡罩强迫向下。泡罩上的许多槽口允许蒸气与横流过塔盘的液体相互反应，或是以“气泡”形式从其中通过。然而，泡罩型塔盘的效率较低，并且维修和运行费用较高。这种复杂的结构还会增加更换和制造的成本。
为了提供一种替代筛板或泡罩的改进结构，有人研制出了阀型塔盘，以实现更有效的流体交换和分离。这种分馏塔盘上的开口由可升起的盖板所覆盖。盖板将在每个塔盘开口的上方“浮动”。来自塔盘下方的较轻流体使盖板向上滑动而升起，从而产生一用于让蒸气通过的流动区域。升起的盖板引导蒸气水平地流过在分馏塔板表面上流动的液体。由于蒸气与液体的接触增加，可以使两种被处理流体达到更好的相互反应和分离。这些盖板通常被称为阀。
已经有人研制出用于插入到分馏塔盘开口内的各种各样的阀结构。盖板连接于向下伸的突起或称为腿部，并且以腿部插入到塔盘开口内。在安装过程中，需由一个熟悉本技术的人员将阀装置插入到塔盘开口内。还需要另一个人在分馏塔盘的下方或附近来弯折腿部，以便使阀在蒸气的顶升或浮动作用下不会从开口内脱出。其它已有技术的装置利用诸如挡环之类的锁定机构来限制在塔盘上方的阀的升高。
然而，在典型的阀型塔盘中，需要在分馏塔盘的数百个开口内安装数百个阀。这是一个非常费时的过程，以致需要两个安装者来插设每个阀，然后再借助机械的力或装置将其锁定到位。另外，已有技术阀的盖板可能在由于不均匀的机械弯折和自由运动的挡环造成的真空压力下，在一关闭位置上被吸附于分馏塔盘表面。这种非均匀的弯折还会使阀被粘滞阻在开启位置上，从而将盖板锁定在分馏塔盘上方。可能发生流体渗漏或渗透向塔盘下表面的情况，从而大大降低塔柱的效率。
因此，需要有一种能很方便地插入到分馏塔盘开口内的分馏阀。这种分馏阀应构造起来非常方便和简单，同时，当其在高压蒸气和液体环境下工作时应具有足够的强度。该分馏阀还应该能在塔盘开口内自由移动，以便让来自塔盘下方的蒸气能以较低的蒸气压力很方便地将阀顶起，同时又能防止阀受吸力作用而关闭。
发明概要本发明涉及一种用于在两种不同质量的流体之间进行质量交换的分馏或吸收系统内使流体相互接触的装置。根据本发明，设置了一个具有多个阀用开口的分馏塔盘面板。可将一单件式的阀插入到分馏塔盘上的各开口内。该阀包括一盖板和至少两个腿部。盖板的板面面积大于开口的面积，借以使阀能覆盖整个开口。所述腿部从盖板向下伸入每个开口。每个腿部均可滑动地保持在开口内，这样就使阀盖板可定位在分馏塔盘的开口上方。一柔性卡钩件从每个腿部以及从阀的中心向外伸出。卡钩件末端所形成的圆周平面大于所述开口。在通过对盖板施压而将阀插入开口的过程中，每个卡钩件弹性地受压而向内朝着阀的中心方向弯曲，从而滑过开口。在插入之后，各卡钩件又重新张开成为或接近其原来的圆周平面。
卡钩件可以从腿部的中部伸出，也可以从腿部的侧部伸出。在其末端张开为较大圆周平面的过程中，卡钩件接触分馏塔盘的下部，从而限定该分馏阀在所述开口内的上下运动幅度。
较佳的是，盖板具有至少一个向下突伸的突耳。这样就可以防止分馏阀被真空度吸附于分馏塔盘的表面。
本发明的分馏塔盘和阀可以由一个人快速而方便地插设。由于减少了构件数量和劳动时间，这种单件式的阀结构可以将阀的制造和安装成本减至最低。
附图简要说明
图1是根据本发明构造而成的、位于分馏塔盘开口上方的一分馏塔盘阀的立体图；图2是示出图1之塔盘阀的腿部和卡钩件的侧视图；图3是示出图1之塔盘阀的盖板、腿部和抗粘突耳的俯视图。
对较佳实施例的详细描述下面将结合图1至3来描述本发明的一较佳实施例。本发明的塔盘阀是通过该实施例来描述，但并不限于该实施例。说明书和权利要求书中所采用的各种描述性语言仅仅是为了描述清楚和方便，并不在任何程度上隐含地局限于质量交换技术或者是局限于质量交换塔内常见的部件垂向配置。
术语“流体”是取自质量交换领域的专门术语，以便在不局限于质量交换技术的情况下来总地描述流过本发明之阀的颗粒类型。质量交换作业中的颗粒通常包括分子级的或显微尺度的液滴或气泡。通常，“蒸气”或“气体”是较轻的流体，而“液体”是较重的流体。本发明的塔盘用阀可以较为理想地应用于高压流体环境，例如分层分馏塔柱。这种高压流体环境允许蒸气和液体分离。
术语“塔盘”和“塔板”意指用于质量交换的塔柱内的面板。也可以将塔盘描述成流体接触的分馏塔盘。在典型的塔盘装置中，塔盘的上表面朝着塔柱的顶端，而其下表面朝着塔柱的底端。在分层的或分馏的塔柱内可以设置多个不同的塔盘。在塔板上可以有若干个塔盘开口。通常，阀或其它装置位于塔盘开口的上方，用以调节流过液体的蒸气流量。然而，这里的术语塔盘指的就是可通过其安装例如本发明的阀的任何面板。
本发明的塔盘阀可以构造成能装配在质量交换分馏塔盘内。本申请以具体的较佳实施例图示、描述并要求保护这种塔盘阀。
本发明的塔盘阀最好是插设在用于塔柱和流体环境的塔盘的开口内。然而，并不是要将本发明的应用限制于仅用在流体环境或塔柱内的阀。
在说明书和权利要求书中，“可动的”一般是用来描述塔盘阀被插入塔板开口内之后的运动。一般地说，本发明的塔盘阀最好可以相对于塔板向上和向下运动。这种运动可以让流体从塔板一侧流向另一侧，从而藉助质量交换技术来实现所需的流体分馏。
请详见各附图，其中相同的标号表示相同的构件。图1示出了安装有本发明塔盘阀装置20的塔板1。塔盘1包括一开口10，用以让流体从塔盘的一侧流向另一侧。一般来说，塔盘阀20的直径大于开口10的直径，因而塔盘阀不能自由地通过开口。
更具体地说，塔盘阀20的一个圆形盖板21的直径大于开口10的直径。盖板21大致为传统的平面结构。至少有两个与盖板成一体的阀腿部22从盖板21延伸出来。较佳的是，本发明的塔盘阀20有三个阀腿部22来将阀保持在开口10内。阀腿部22穿过开口10向下伸出，将盖板21留在塔板1的上方。这样就可以防止阀装置横向移动，或从塔盘开口10内脱出。阀腿部22通常是在特定的位置上相对于盖板底面成90度地向下延伸。由各腿部形成的不连续环的圆周直径大致等于塔盘开口10的直径。这样就使得在将阀20插入开口10内时达到紧密的配合。
通常，塔盘开口10有至少一个防转突耳1A。突耳1A从塔盘开口10的边缘沿径向略微向内伸出。当把塔盘阀20的腿部22插入开口时，突耳1A可限制阀装置20在开口内的转动。这样，由于塔盘阀的移动保持相当一致，所以能让流体均匀地流过塔盘和开口，从而可以为流体流动速率计算提供可预测的流体流量以及更高的效率。
参见图2，塔盘阀20的三个腿22从盖板21大致与之成90度地向下延伸。塔盘阀最好是用金属制成，但也可以采用适于在塔盘式分馏塔柱内进行质量交换场合的其它任何材料制成。与盖板21成一体的腿部22从盖板21以90度向下延伸，并且当从上往下看时(图3)各腿成120度的间隔。
各腿的一部分向外伸出。这一向外突伸的突起是一卡钩件23。较佳的是，如图2所示，每个腿部具有一卡钩件。然而，在一变化型实施例中，可以仅在一个腿部上设置卡钩件，而其余腿部则保持传统设计。美国专利3,815,880和4,344,900中详细描述了这样的腿部设计，可将该两专利的全部内容援引在此以作参考。卡钩件23的突起部在腿部与盖板21之间形成了一个小于45度的锐角。较佳的是，卡钩件23从腿部的末端附近或更靠近腿部22的中部或上端位置伸出或突出。类似地，卡钩件23也只是腿部22的一部分，既可以是腿部22的侧部，例如23，也可以是其中部，例如23A，但不是整个腿部。
应该理解，卡钩件23和23A是从由各腿部22的末端形成的直径较小的圆向着在靠近阀装置顶部由盖板21形成的直径较大的近端部分延伸。借助这种设计，只需由安装者用手施加极小的或中等的压力，就能将整个阀装置快速地嵌入塔盘开口。卡钩件23/23a的近端所形成的圆周的直径大于塔板1的开口10的直径。因此，当把阀装置20插入塔盘开口时，其在开口内保持可滑动地固定，但又保持在开口内。由卡钩件23/23A的近端所形成的圆周略微覆盖流体接触塔盘的开口，因而可充当防止塔盘阀装置20从塔盘1的开口10内脱出的“掣子”。卡钩件23的近端与盖板21之间距离限制着当阀装置20被安装到一塔盘内时，其在使用过程中在塔板上方向上和向下移动的一个预定的最大极限值。这种“浮动”允许在质量交换过程中发生流体分馏。由于卡钩件的这种取向和定位从本质上便于阀装置的安装和卡配，因而只需一个人用很小的力就可以高工效地安装这种阀装置。卡钩件的这种取向还有助于现场人员更快速地更换损坏的阀。这样就可以降低将阀装置安装到分馏塔盘内时所需的人力和材料成本。
如图3所示，与盖板20成一体的腿部22与盖板成90度地向下延伸，并且当从上往下看时，各腿部大约间隔120度地布置。或者，如果塔盘阀只采用两个腿部，则从上往下看时，这两个腿部在盖板21上大致互相成180度。各腿部是从腿部凹口25向下延伸，这些凹口在塔盘1与盖板21之间形成了一敞开区域。从上往下看，卡钩件23和23A只是作为腿部22的一部分伸出。因此，卡钩件不会完全阻塞塔盘的开口10和塔盘阀的凹口25，从而使较轻和较重的流体可以自由地流动，并使分馏作业更加高效。
此外，如图2和图3所示，抗粘突耳24从盖板21伸出。突耳24从盖板21的平面略微向下突伸。这样就可以防止盖板平面在分馏过程中被完全吸附于塔板。于是，当把塔盘阀20安装到塔板上时，可以使其保持为可动的，不会阻挡各塔盘之间的流体流动。
虽然上面已结合较佳实施例对本发明进行了描述，但其它变型结构也是可行的。例如，可以按照阀将要插入的塔盘的设计来调整每个腿部上的卡钩件的尺寸和形状。各腿部和卡钩件还可适合于方形或其它任何形状的阀盖板，还可适合于例如方形、矩形、三角形或具有相同效用的其它形状的泡罩。还有，该阀装置可以应用于除流体环境之外的其它盘板设计，其中包括需要将阀可调整和可移动地同时紧固地安装于盘板件的情况。
其它改进包括，可以将本发明的塔盘阀安装到分馏塔板的传统开口内。在这种塔盘阀的制造过程中，可以将腿部和卡钩件改制成可使阀在分馏塔盘开口内转动。这种单件式的阀可适于作为更换件插入传统的分馏塔盘开口内。
在不偏离本发明之主题的基础上，可以对所述的或其它实施例作出这些和其它各种变型。
权利要求
1.一种具有多个开口的分馏塔盘面板，以及一单件式分馏阀，其构造成可以插入到所述分馏塔盘的所述开口内，所述阀包括一盖板，所述盖板的板面面积大于所述开口的面积；至少两个从所述盖板向下延伸的腿部，每个所述腿部均可滑动地保持在所述开口内，借以使所述盖板可以改变位置地定位在所述分馏塔板开口的上方，每个所述腿部均具有一从其向外伸出的柔性卡钩件，这些卡钩件所形成的圆周大于所述开口，在将阀插入开口的过程中，各卡钩件均可因施加于盖板的压力而弹性地受压变形为较小的圆周平面，而在插入之后又张开为所述较大的圆周平面，这样就使每个卡钩件与分馏塔盘的下侧部分接触，从而限定所述分馏塔盘阀在所述开口内的上下运动范围。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述盖板具有至少一个向下突伸的突耳，因而可以防止盖板被真空吸附于分馏塔盘表面。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，有至少一个卡钩件是从所述腿部的中间部分伸出的。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述卡钩件从是所述腿部的侧部伸出的。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个具有固定尺寸的开口均匀地分布在分馏塔盘的表面上。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀包括至少三个腿部。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开口基本上是圆的。
全文摘要
一种用于将分配阀连接于分馏塔盘的装置和方法。该阀插设在一塔盘阀开口内。至少两个腿部从一盖板向下延伸,所述盖板的板面面积大于开口的面积。每个腿部均位于或靠近塔盘开口的内周面。每个腿部均具有一向外凸伸的卡钩件。当通过对盖板施加压力而将阀插入到分馏塔盘开口内时,卡钩件略向内弯曲而成为一个小于塔盘开口的圆周平面。在插入之后,弹性的腿部重新张开而恢复其原来的向外凸伸状态。每个卡钩件的上升会使其与分馏塔盘的底面接触,从而可限制阀的向上运动。盖板的至少一个向下的凸起可限制阀向下运动而进入塔盘开口。
文档编号B01F3/04GK1246806SQ98802382
公开日2000年3月8日 申请日期1998年10月9日 优先权日1997年10月10日
发明者潘国昌, 卡尔·T·庄 申请人:Amt国际股份有限公司