КОЛЛЕКТОР ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТИ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B01D3/20 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленное изобретение относится к жидкостному коллектору-смесителю для сбора и перемешивания жидкости, опускающейся из вышележащей зоны в массообменной или теплообменной колонне. Представленное изобретение также относится к массообменной или теплообменной колонне, содержащей указанный коллектор, применению указанного коллектора в массообменной или теплообменной колонне и способу сбора и перемешивания опускающейся жидкости в массообменной или теплообменной колонне.

Массообменные колонны, включая теплообменные колонны, обычно содержат корпус и множество зон внутри корпуса, в которых для облегчения массопередачи или теплопередачи между потоками текучих сред, следующими внутри колонны, используют насадку и/или тарелки. Потоками текучих сред обычно являются один или более следующих вниз потоков жидкости и один или более восходящих потоков пара, хотя могут быть возможны другие комбинации потоков текучих сред. Жидкость, выходящая из нижней части зоны, может иметь различные концентрации и составы в различных местах по горизонтальному поперечному сечению зоны. Для того, чтобы уменьшить данные неравномерные распределения концентрации и составa, жидкость часто собирают и перемешивают перед ее последующим распределением в нижележащую зону. Чтобы избежать негативного влияния неравномерного распределения, насадка может быть разделена на множество слоев, и опускающаяся жидкость тогда может скапливаться и перераспределяться по поперечному сечению колонны в каждом участке между двумя слоями. Часто для осуществления требуемого сбора, перемешивания и распределения жидкости по мере того, как она опускается из одной зоны в другую, используют отдельные собирающие, перемешивающие и распределяющие составные элементы.

Например, перераспределение классически достигается посредством смесительного барабана. Однако, применение отдельных составных элементов может быть нежелательным потому что вертикальное расстояние, занимаемое каждым из данных составных элементов, уменьшает доступную площадь внутри колонны для другой обработки потоков текучих сред, такой как массопередача или теплопередача, и для обеспечения расстояния, необходимого для осуществления требуемых обрабатывающих операций, может потребоваться применение более высокой и таким образом более дорогой колонны.

В частности, для того, чтобы добиться наилучшей эффективности, слои структурированного наполнителя не должны превышать определенной высоты. Увеличение высоты слоя или увеличение количества теоретических стадий делает слой подверженным воздействию неравномерного распределения. Как обсуждалось ранее, неравномерное распределение оказывает отрицательное воздействие на эффективность разделения и достижимую чистоту потоки дистиллята, который втягивается в верхней части колонны. Данный аспект имеет очень большую важность при перегонке смесей с очень близкокипящими компонентами, потому что подобная задача может быть выполнена только с большим количеством стадий. Примеры подобной перегонки включают отделение стиролового мономера от этилбензена.

Полуглухие тарелки представляют собой хорошо известный тип жидкостного коллектора, который в колоннах описанного выше типа помещают ниже слоев насадки. Они используются для сбора жидкости, которая вытекает из слоя насадки, и для ее дальнейшей передачи в следующий слой насадки. Подобные полуглухие тарелки состоят из плоского горизонтального участка для помещения жидкости. Жидкость скапливается в сливном стакане, который направляет ее в трубу. Горизонтальный участок содержит отверстия в форме патрубков для прохода газа, через которые имеет возможность подниматься пар. Патрубки для прохода газа имеют отличительный признак в виде «крышки» или «крыши», которая собирает опускающуюся жидкость и ведет жидкость на горизонтальный участок тарелки.

Существует альтернативный тип жидкостного коллектора, а именно лопастной коллектор. Лопастной коллектор имеет значительно более простую конструкцию, чем полуглухая тарелка, но она подходит только для низких количеств жидкости. Для применения с большим количеством жидкости (обычно выше 25-30 м³/м²ч), предпочтительной является полуглухая тарелка вследствие ее более гибкой регулировки. Например, увеличение высоты патрубков для прохода газа предусматривает более высокий уровень жидкости на тарелке, а гибкое расстояние между патрубками для прохода газа обеспечивает возможность увеличения данного расстояния для предоставления более большой площади, которую тогда может занимать жидкость на тарелке.

Таким образом, полуглухие тарелки можно гибко разрабатывать для приспосабливания к различным типам нагрузок жидкости и пара. Однако, данная гибкость имеет недостаток увеличения сложности конструкции. Например, тарелки должны быть плотными для того, чтобы жидкость не проникала через швы между патрубками для прохода газов и горизонтальным участком тарелки. Вследствие этого, патрубки для прохода газов встраивают в виде сварных деталей, которые затем также приваривают к горизонтальному участку полуглухих тарелок. Таким образом, полуглухие тарелки представляют собой довольно дорогую в изготовлении конструкцию жидкостного коллектора.

Как обсуждалось ранее, жидкостные коллекторы как полуглухого, так и лопастного типа могут использоваться со смесительными барабанами; однако, применение данных отдельных собирающих и перемешивающих жидкость составных элементов тогда требует сложной конструкции, которая невыгодно занимает много дополнительного пространства между слоями и увеличивает высоту колонны. В качестве альтернативы вместо использования отдельного смесительного барабана из EP 0 879626 A2 известна полуглухая тарелка, объединенная со смесительной камерой, установленной сверху полуглухой тарелки. Однако, применение смесительной камеры тем не менее все-таки требует значительного вертикального расстояния в межслойной секции, недостатки чего обсуждались ранее. Необходимо заметить, что из US 7114709 B2 известен специальный лопастной коллектор, в котором объединены функции как сбора, так и перемешивания жидкости; однако, данный специальный лопастной коллектор все-таки страдает от недостатков лопастных коллекторов, например, в вариантах использования, имеющих большие загрузки.

В заключение, было бы желательно иметь полуглухую тарелку, имеющую объединенные функции сбора и перемешивания жидкости, особенно тарелку, которая является менее дорогой и требует для изготовления меньше сварки, а конкретно тарелку для применения в вариантах использования, имеющих большие загрузки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Начиная с данного состояния области техники, целью изобретения является предоставление объединенного коллектора для перемешивания жидкости, который не страдает от упомянутых ранее недостатков, в частности от сложной и дорогой конструкции, требующей значительного вертикального пространства, и недостатка эффективности при высоких количествах жидкости. Дополнительные цели изобретения включают предоставление массообменной или теплообменной колонны, содержащей указанный коллектор для перемешивания жидкости, применение указанного коллектора в массообменной или теплообменной колонне и способ сбора и перемешивания опускающейся жидкости в массообменной или теплообменной колонне.

Согласно изобретению данные цели достигаются посредством жидкостного коллектора-смесителя для сбора и перемешивания жидкости, опускающейся из вышележащей зоны в массообменной или теплообменной колонне, при этом коллектор содержит:

- по меньшей мере первую и вторую зону сборников, по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное в каждой из указанных первой и второй зон сборников, через которое жидкость может стекать при наличии в указанной первой и второй зонах сборника;

- по меньшей мере первую и необязательно вторую область сбора жидкости, каждая из которых по меньшей мере частично ограничена одной из указанных первой и второй зон сборников;

- по меньшей мере первое и второе множество разделенных промежутком каналов для сбора жидкости, расположенных по меньшей мере в первой области сбора жидкости; при этом указанное первое множество каналов для сбора жидкости реализован таким образом, чтобы указанные каналы (80) для сбора жидкости были по существу параллельны и перемежались с указанным вторым множеством каналов для сбора жидкости в первой области сбора жидкости; дренажные отверстия, расположенные в указанных каналах сбора жидкости, позволяющие жидкости стекать из указанных каналов для сбора жидкости, при наличии в них, в указанные первую и вторую зоны сборников;

- при этом указанное первое множество каналов для сбора жидкости в первой области сбора жидкости связан с указанной первой зоной сборников таким образом, что жидкость при наличии в указанном первом множестве каналов для сбора жидкости предпочтительно протекает через дренажные отверстия первого множества каналов для сбора жидкости в указанную первую зону сборников;

- при этом указанное второе множество каналов для сбора жидкости в первой области сбора жидкости связан с указанной второй зоной сборников таким образом, что жидкость при наличии в указанном втором множестве каналов для сбора жидкости предпочтительно протекает через дренажные отверстия второго множества каналов для сбора жидкости в указанную вторую зону сборников;

- каналы прохождения поднимающегося пара, расположенные в промежутке между каналами сбора жидкости в областях сбора жидкости;

- при этом соседние каналы для сбора жидкости из первого и второго множеств каналов для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в одной из по меньшей мере двух-четырех параллельных горизонтальных плоскостей.

Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что указанные коллекторы для перемешивания жидкости могут быть относительно простыми и недорогими по конструкции по сравнению с общепринятыми полуглухими тарелками, потому что при создании коллекторов для перемешивания жидкости изобретения требуется относительно немного сварки. Данное отсутствие необходимой обширной сварки является результатом применения системы каналов для сбора жидкости и расположенных ниже связанных с ними направляющих пластин и/или установочных пластин и/или поддерживающих пластин и/или поддерживающих решеток и/или поддерживающих стенок, на которых установлены каналы. В данной системе каналы могут просто располагаться на расположенных ниже пластинах, опорах, решетках и/или стенках и крепиться в желательном для них положении зажимами или винтами. Тогда использование подобных зажимных или винтовых установочных систем минимизирует потребность в сварке.

Кроме того испытания с использованием цветных индикаторов демонстрируют, что коллекторы перемешивания жидкости представленного изобретения являются эффективными при перемешивании в качестве общепринятых тарелок, объединенных либо со смесительными барабанами, либо со смесительной камерой. Довольно важно, что коллекторы для перемешивания жидкости представленного изобретения являются более компактными и требуют значительно меньше вертикального пространства в межслойных секциях колонн, чем комбинации отдельных составных элементов для сбора и перемешивания.

По сравнению с основанными на лопастях коллекторах для перемешивания жидкости, раскрытыми в US 7114709 B2, коллектор для перемешивания жидкости представленного изобретения является более простым по дизайну и конструкции, потому что он требует только одной единственной области сбора жидкости, тогда как коллектор для перемешивания жидкости US 709 требует по меньшей мере двух областей сбора жидкости. Кроме того коллектор для перемешивания жидкости US 709 требует множества сложных по конструкции проходящих вверх дефлекторов для направления опускающейся жидкости в канал для сбора жидкости. В отличие от этого коллектор для перемешивания жидкости представленного изобретения и его каналы для сбора жидкости не требуют данного признака для того, чтобы иметь направленный поток жидкости в каналы, и таким образом они являются более простыми и менее дорогими в изготовлении. Конечно, как обсуждалось ранее, конструкция тарелки полуглухого типа представленного изобретения может быть выполнена гибкой для применения в вариантах использования с привлечением больших количеств жидкости, тогда как тарелки лопастного типа US 709 не могут.

Согласно изобретению данные дополнительные цели достигаются во-первых посредством массообменной или теплообменной колонны, содержащей один или более коллекторов для перемешивания жидкости (жидкостей) представленного изобретения, и во-вторых посредством применения коллектора для перемешивания жидкости представленного изобретения в массообменной или теплообменной колонне для скоростей протекания жидкости выше чем 10, предпочтительно 15, более предпочтительно 20 м³/м²ч.

Третья дополнительная цель достигается посредством способа сбора и перемешивания опускающейся жидкости в массообменной или теплообменной колонне, при этом указанный способ включает стадии:

- скапливания опускающейся жидкости по меньшей мере в первом и втором множестве каналов для сбора жидкости, расположенных внутри каждой из по меньшей мере первой области сбора жидкости и необязательной второй области сбора жидкости, при этом указанное первое множество каналов для сбора жидкости реализован таким образом, чтобы указанные каналы (80) для сбора жидкости были по существу параллельны указанному второму множеству каналов для сбора жидкости по меньшей мере в указанной первой области сбора жидкости и указанной второй области сбора жидкости, если имеется, и перемежались с ним, при этом соседние каналы для сбора жидкости первого и второго множества каналов для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в одной из по меньшей мере от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей;

- предпочтительно направления первого количества жидкости из указанного первого множества каналов для сбора жидкости как в указанной первой области сбора жидкости, так и в указанной второй области сбора жидкости, если имеется, в первую зону сборников и предпочтительно направления второго количества жидкости из указанного второго множества указанных каналов для сбора жидкости по меньшей мере в указанной первой области сбора жидкости и указанной второй области сбора жидкости во вторую зону сборников;

- дренирования указанной жидкости из указанных первой и второй зон сборников.

Данные дополнительные цели изобретения разделяют преимущества, полученные за счет коллектора для перемешивания жидкости изобретения, а именно полуглухой тарелки, имеющей объединенные функции сбора и перемешивания жидкости и таким образом требующей меньшего вертикального пространства, в частности полуглухой тарелки, которая является менее дорогой и требует меньше сварки для изготовления, а конкретно коллектора для перемешивания жидкости для применения в вариантах использования, имеющих большие загрузки.

В одном варианте осуществления коллектора для перемешивания жидкости и в одном варианте осуществления способа изобретения имеется вторая область сбора жидкости. В других вариантах осуществления могут быть представлены другие дополнительные области сбора жидкости.

В одном варианте осуществления коллектора для перемешивания жидкости изобретения он содержит кольцевой сборник и предпочтительно один или более хордальных сборников. Кольцевые сборники преимущественно могут использоваться только для сбора жидкости в коллекторах небольшого диаметра, и кольцевой сборник помогает собирать и распределять жидкость в единственной системе гидравлического сообщения. Кроме того кольцевые сборники преимущественно могут быть вварены в коллектор, минимизируя посредством этого риск протекания. Однако, хордальные сборники требуются для передачи и распределения жидкости в коллекторах более большого диаметра. Хордальные сборники преимущественно предоставляют возможность применения пластин разумного размера для разделения сборника на зоны сборников. Для препятствования протеканию жидкости могут использоваться блокирующие или концевые пластины, и могут использоваться перфорированные пластины, сетки, проволочные ткани или водосливы, допускающие регулированное протекание жидкости. Поэтому, таким образом возможно разделить сборники на части и обеспечить создание зон сборников и разделенные сборники.

Согласно специальному варианту осуществления коллектора для перемешивания жидкости, имеющего четное количество хордальных сборников, первая зона сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника и одну часть одного или более хордальных сборников, и предпочтительно по меньшей мере одну часть каждого хордального сборника, более предпочтительно все четные хордальные сборники, а вторая зона сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника и одну часть одного или более хордальных сборников, предпочтительно по меньшей мере одну часть каждого хордального сборника, или более предпочтительно все нечетные хордальные сборники. Квалифицированному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что выбор, с какого внешнего края начать нумерацию хордальных сборников для того, чтобы определить, являются ли они четными или нечетными, будет зависеть от того, какая зона сборников была произвольно маркирована первой, а какая второй зоной сборников. Маркировка сборников и зон сборников должна быть проделана таким образом, чтобы любые неразделенные четные хордальные сборники были преимущественно связаны с зоной сборников, маркированной как первая, а любые неразделенные нечетные хордальные сборники были преимущественно связаны с зоной сборников, маркированной как вторая. Более предпочтительные конструкции, имеющие четное количество хордальных сборников, не будут иметь разделенные хордальные сборники (сборники, в которых одна часть является частью одной зоны сборников и другая часть является частью другой зоны сборников). Подобные конструкции, не имеющие разделенных хордальных сборников, являются более легкими и более простыми и более дешевыми для изготовления, так как они требуют меньше материала, инженерного искусства и сварки и т.д.

Согласно специальному варианту осуществления коллектора для перемешивания жидкости, имеющего нечетное количество хордальных сборников, первая зона сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника и по меньшей мере одну часть одного хордального сборника, предпочтительно по меньшей мере часть только одного разделенного хордального сборника и половину оставшихся неразделенных хордальных сборников, при этом вторая зона сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника и по меньшей мере одну часть одного хордального сборника, предпочтительно по меньшей мере часть только одного разделенного хордального сборника и половину оставшихся неразделенных хордальных сборников, и при этом хордальные сборники, связанные с первой зоной сборников, предпочтительно чередуются с хордальными сборниками, связанными со второй зоной сборников. Подобные конструкции будут минимизировать количество разделенных хордальных сборников, обеспечивая таким образом более простую и менее дорогую конструкцию, как обсуждалось ранее.

В одном специальном варианте осуществления коллектора для перемешивания жидкости, имеющего хордальные сборники, коллектор подходит для сбора жидкости, подлежащей выпуску посредством одного-четырех выпускных отверстий на зону сборников, и коллектор содержит от двух до десяти хордальных сборников. В подобных вариантах осуществления предпочтительно минимизировать количество хордальных сборников для того, чтобы упростить конструкцию, не затрагивая негативным образом необходимое применение и желательные перемешивающие и собирающие свойства коллектора.

В другом специальном варианте осуществления коллектора для перемешивания жидкости, имеющего хордальные сборники, коллектор подходит для сбора жидкости, подлежащей распределению в секцию колонны, расположенную ниже коллектора, и коллектор содержит от одного до двадцати, предпочтительно 5-10 хордальных сборников на метр при измерении по диаметру коллектора в ориентации, перпендикулярной хордальным сборникам. В данном специальном варианте осуществления предпочтительно увеличить количество хордальных сборников для того, чтобы оптимизировать плотность распределения, не затрагивая негативным образом необходимое применение коллектора. В данном случае хордальные сборники функционируют в качестве перераспределителей. В данном варианте осуществления, а также в других, одна или более или все области сборников могут иметь множество выпускных отверстий.

В еще одном варианте осуществления коллектор не имеет кольцевого сборника, и он содержит либо по меньшей мере один разделенный хордальный сборник, либо два хордальных сборника, при этом первая область сбора жидкости и вторая область сбора жидкости, при наличии, и первое и второе множества каналов для сбора жидкости предпочтительно реализованы таким образом, чтобы каждый из хордальных сборников получал по существу одинаковое количество собираемой жидкости из каждой из первой и второй областей сбора. Кольцевые сборники обычно вваривают в коллектор, тогда как хордальные сборники могут быть сконструированы посредством вертикальных перегородок, установленных посредством зажимов или болтов; вследствие этого, при создании данного варианта осуществления сварка может быть преимущественно минимизирована.

В еще одном варианте осуществления, имеющем аналогичные преимущества, что и в предшествующем варианте осуществления, первая зона сборников и вторая зона сборников отделены друг от друга вертикальными перегородками. Применение вертикальных перегородок представляет собой простой и низкозатратный способ изготовления отдельных зон сборников.

В еще одном варианте осуществления высота (h) коллектора составляет менее чем 2, предпочтительно 1,5, более предпочтительно 1 метр. Конструкция коллектора представленного изобретения обеспечивает компактную конструкцию, которая тогда является полезной для вариантов применения в колоннах, имеющих ограниченную высоту или доступное вертикальное пространство.

В еще одном варианте осуществления коллектора каналы для сбора жидкости в каждой из указанный от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей реализованы таким образом, чтобы собирать по существу одинаковое количество жидкости в каждой из горизонтальных плоскостей. «По существу одинаковое количество» означает количества в пределах приблизительно 10% друг от друга в расчете на массу, предпочтительно количества, которые являются одинаковыми с учетом ошибки измерения способа измерения. Количество жидкости может быть измерено на основании скоростей протекания жидкости через дренажные отверстия 82 коллектора 1, когда жидкость равномерно распределена по («разлита по») поперечному сечению коллектора 1 и при добавлении суммы скоростей протекания жидкости для каналов каждой горизонтальной плоскости. В случае вариантов осуществления на основании фиг. 8B, количество жидкости на горизонтальную плоскость часто можно измерять традиционным образом посредством сложения вместе скоростей протекания всех выпускных отверстий (30) для каждой зоны сборников. Данный вариант осуществления имеет преимущество улучшения качества перемешивания, получаемого с коллектором.

В дополнительном варианте осуществления коллектора каналы для сбора жидкости подразделены на подмножества каналов для сбора жидкости, при этом каждое подмножество состоит из одного канала для сбора жидкости в каждой из горизонтальных плоскостей, при этом соседние подмножества связаны чередующимся образом с первой и второй зонами сборника. Конструкция данного варианта осуществления уменьшает влияние потока пара обратного направления на качество перемешивания, и компенсируются неравенства количеств жидкости, собираемых каждой плоскостью.

В еще одном варианте осуществления коллектора имеется вторая область сбора жидкости, и первая и вторая области сбора жидкости реализованы таким образом, чтобы собирать по существу одинаковое количество жидкости в каждой области. По существу одинаковое количество жидкости можно собирать посредством изменения размера областей сбора жидкости и плотности, расположения и природы каналов для сбора жидкости в областях сбора жидкости, а также количества и положения сливных стаканов. Конструкция данного варианта осуществления облегчает равномерное перемешивание.

В еще одном варианте осуществления коллектора в указанном коллекторе отсутствует множество проходящих вверх дефлекторов, имеющих поверхности для направления жидкости при опускании из вышележащей зоны в указанные каналы для сбора жидкости. Как обсуждалось ранее, подобные дефлекторы предыдущего уровня техники добавляют сложность и стоимость коллектора, и таким образом предпочтительно удалить их, как может быть сделано в представленном изобретении. Кроме того подобные проходящие вверх дефлекторы невыгодно увеличивают риск захвата особенно для более высоких скоростей протекания. Данный риск захвата повышается, потому что поднимающийся вверх газ вынужден проходить через «ливень» жидкости, падающей из проходящих вверх дефлекторов в каналы ниже. В дополнение, полное поперечное сечение газовых отверстий используется неэффективно, потому что газ будет ускоряться по мере его прохождения по извилистому пути вокруг проходящего вверх дефлектора.

В еще одном варианте осуществления коллектора по меньшей мере часть, предпочтительно вся жидкость при наличии в указанном первом множестве каналов для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия первого множества каналов для сбора жидкости в указанную первую зону сборников. Конструкция данного варианта осуществления обеспечивает возможность применения конструкции классической полуглухой тарелки, в которой полуглухие «колпаки» осуществлены таким образом, чтобы они направляли или разделяли собираемую жидкость в специальные зоны сборников.

В еще одном варианте осуществления коллектора по меньшей мере часть, предпочтительно вся жидкость при наличии в указанном втором множестве каналов для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия второго множества каналов для сбора жидкости в указанную вторую зону сборников. Конструкция варианта осуществления обеспечивает возможность применения конструкции классической полуглухой тарелки, имеющей наклонную панель и в которой полуглухие «колпаки» осуществлены таким образом, чтобы направлять или разделять собираемую жидкость в специальные зоны сборников. В специальном варианте осуществления, в котором вся жидкость протекает таким образом, необходимо заметить, что коллектором больше не является классический тип полуглухой тарелки, так как теперь это в первую очередь ранжированное множество каналов.

Квалифицированный специалист в данной области должен понимать, что комбинация объектов изобретения из различных пунктов и вариантов осуществления изобретения возможна без ограничения изобретения в той степени, в которой подобные комбинации технически осуществимы. В данной комбинации объект изобретения по любому одному пункту может быть объединен с объектом изобретения одного или более других пунктов. В данной комбинации объектов изобретения объект изобретения в виде коллектора для перемешивания жидкости по любому одному пункту может быть объединен с объектом изобретения в виде коллектора для перемешивания жидкости по любому одному или более других пунктов или с объектом изобретения в виде способа по одному или более пунктов или с объектом изобретения в виде смеси из одного или более пунктов коллекторов для перемешивания жидкости и пунктов способов. По аналогии объект изобретения любого одного пункта способа может быть объединен с объектом изобретения в виде коллектора для перемешивания жидкости по любому одному или более других пунктов или с объектом изобретения в виде способа по одному или более пунктов или с объектом изобретения смеси из одного или более пунктов коллекторов для перемешивания жидкости и пунктов способа. В качестве примера, объект изобретения по любому одному пункту может быть объединен с объектами изобретения любого количества других пунктов без ограничения в той степени, в которой подобные комбинации технически осуществимы.

Квалифицированный специалист в данной области должен понимать, что комбинация объектов изобретения из различных вариантов осуществления изобретения возможна без ограничения изобретения. Например, объект изобретения из одного из упомянутых выше вариантов осуществления коллектора для перемешивания жидкости может быть объединен с объектом изобретения одного или более других упомянутых выше вариантов осуществления способа, применения или колонны или наоборот без ограничения при условии, что это технически возможно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на различные варианты осуществления изобретения, а также на чертежи. Схематичные чертежи показывают:

Фиг. 1 показывает схематичное изображение двух вариантов осуществления коллектора для перемешивания жидкости с конфигурацией сбора жидкости типа A, имеющей только первую область сбора жидкости.

Фиг. 2 показывает два схематичных повернутых изображения варианта осуществления коллектора для перемешивания жидкости конфигурации типа A, имеющей первую и вторую области сбора жидкости.

Фиг. 3 показывает схематичное изображение варианта осуществления коллектора для перемешивания жидкости с конфигурацией сбора жидкости типа B, имеющей первую и вторую области сбора жидкости.

Фиг. 4 показывает схематичное изображение варианта осуществления кольцевого сборника и разделенного хордального сборника в комбинации с конфигурацией сбора жидкости типа A или B.

Фиг. 5 показывает схематичное изображение варианта осуществления кольцевого сборника и двух хордальных сборников и в комбинации с конфигурацией сбора жидкости типа B, на которой: a. отсутствуют разделенные хордальные сборники, b. Оба хордальных сборника представляют собой разделенные хордальные сборники.

Фиг. 6 показывает схематичное изображение варианта осуществления кольцевого сборника и трех хордальных сборников в комбинации с конфигурацией сбора жидкости типа B, на которой: a. имеются только разделенные хордальные сборники, b. и c. имеется один разделенный хордальный сборник.

Фиг. 7 показывает схематичное изображение варианта осуществления кольцевого сборника и четырех хордальных сборников в комбинации с конфигурацией сбора жидкости типа B, на которой: a. отсутствуют разделенные хордальные сборники, b. имеется два разделенных хордальных сборника.

Фиг. 8 показывает схематичное изображение четырех вариантов осуществления конфигураций сбора жидкости, в которых первое и второе множества каналов для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в одной из А и B: двух параллельных горизонтальных плоскостей, C и D: трех параллельных горизонтальных плоскостей.

Фиг. 9 показывает схематичное изображение варианта осуществления коллектора для перемешивания жидкости, имеющего только первую область сбора жидкости и два хордальных сборника, но не имеющего кольцевого сборника.

Фиг. 10 показывает схематичное изображение области сбора жидкости, иллюстрирующее признак в виде зазора между соседними каналами для сбора жидкости и зубцеобразную систему поддержки каналов для сбора жидкости.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Как используется в описании и пунктах данной заявки, следует применять следующие определения:

Упоминание элементов в единственном числе не исключает использование их во множественном числе, если в контексте не указано иное.

Термин «предпочтительно протекает», как в «жидкость при наличии в указанном первом множестве каналов для сбора жидкости предпочтительно протекает через дренажные отверстия первого множества каналов для сбора жидкости в указанную первую зону сборников», означает, что данная картина протекания является предпочтительной. В одном варианте осуществления изобретения указанное протекание в первую очередь происходит предпочтительным образом (большая часть объема потока). В еще одном варианте осуществления по существу все протекание проходит предпочтительным образом (т.е. более чем 90% по объему), а в еще одном варианте осуществления все протекание проходит предпочтительным образом.

Термин «направление предпочтительно», как в «направление предпочтительно первого количества жидкости из указанного первого множества каналов для сбора жидкости как в указанной первой области сбора жидкости, так и в указанной второй области сбора жидкости, если имеется, в первую зону сборников» означает, что данное направление жидкости является предпочтительным. В одном варианте осуществления изобретения обозначенное направление в первую очередь происходит предпочтительным образом (большая часть объема потока). В еще одном варианте осуществления направления жидкости по существу все происходит предпочтительным образом (т.е. более чем 90% по объему), а в еще одном варианте осуществления вся жидкость направляется предпочтительным образом.

Численные значения в представленной заявке относятся к средним значениям. Кроме того, если не указано иное, должно быть понятно, что численные значения включают численные значения, которые являются одинаковыми при уменьшении на одинаковое количество значащих цифр, и численные значения, которые отличаются от объявленного значения менее чем на ошибку эксперимента общепринятой методики измерения типа, описанного в представленной заявке для определения значения.

ФИГ. 1 показывает схематичное изображение двух вариантов осуществления жидкостного коллектора-смесителя 1 для сбора и перемешивания жидкости, опускающейся из вышележащей зоны в массообменной или теплообменной колонне. Данные конкретные варианты осуществления содержат только первую область 40 сбора жидкости, а необязательная вторая область 50 сбора жидкости отсутствует. В дополнение, вариант осуществления на фиг. 1a содержит кольцевой сборник 110, а вариант осуществления на фиг. 1b содержит кольцевой сборник 110 и один хордальный сборник 120. Кроме того варианты осуществления фиг. 1 имеют конфигурацию сбора жидкости типа A, как на фиг. 4A, в которой пары соседних каналов 80 для сбора жидкости связаны с одним и тем же множеством (60 или 70) каналов 80 и зоной сборников (10 или 20). Можно видеть, что пары соседних каналов 80 связаны с одним и тем же множеством и зоной сборников, потому что их дренажные отверстия 82 находятся на одной и той же стороне фигуры (т.е. левой или правой). Данная конкретная конфигурация сбора жидкости дополнительно проиллюстрирована на фиг. 8A.

Как видно в двух вариантах осуществления фиг. 1, имеется нижняя группа каналов 80 и верхняя группа каналов 80. Нижняя группа каналов 80 перемежается между верхней группой каналов в двух параллельных горизонтальных плоскостях 100 (см. фиг. 8A) согласно конфигурации сбора жидкости типа A, имеющей картину с попарным соседним чередованием направлений потоков в каналах. Каналы 80 в верхней плоскости 100 образуют «колпаки» или «крыши» патрубков для прохода газа, тогда как каналы 80 в нижней плоскости 100 обеспечивают горизонтальные участки сбора жидкости между патрубками для прохода газов. Оба множества каналов ведут собранную жидкость в кольцевой сборник 110 на фиг. 1a и в кольцевой сборник 110 и хордальный сборник 120 на фиг. 1b. Кольцевой сборник 110 на фиг. 1a и кольцевой сборник 110 и хордальный сборник 120 на фиг. 1b разделены на части, которые связаны вместе посредством гидравлического сообщения для обмена жидкости для того, чтобы обеспечить первую и вторую зоны (10, 20) сборников. Жидкость, собираемая в зонах (10, 20) сборников, может выходить из зон (10, 20) сборников посредством выпускного отверстия (отверстий) (30) сборников и переправляться в распределитель следующей секции ниже с помощью общепринятого средства, например, с помощью одной или более труб.

Форма поперечного сечения каналов 80 специально не ограничивается, и, например, она может быть прямоугольной, изогнутой или треугольной. Квалифицированному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что геометрия и количество каналов 80 будут зависеть от количества жидкости, подлежащей сбору. Например, большие количества жидкости могут требовать каналы с более высокими стенками. Оптимальная форма каналов 80 может быть выбрана на основании таких соображений, как механическая устойчивость, простота конструкции, минимизация сопротивления газовому потоку и стоимость. Каналы 80 могут быть закрыты с одной стороны для стимулирования протекания жидкости на другую сторону. В некоторых вариантах осуществления, каналы 80 могут быть наклонены относительно горизонтальной плоскости для того, чтобы направлять собираемую жидкость в предпочтительном направлении. Данные признаки могут использоваться для достижения перемешивания жидкости посредством направления жидкости специальных каналов 80 в направлении либо первой, либо второй зон (10, 20) сборников. Легким подходом получения хорошего перемешивания является выбор пар каналов 80 в нижней и верхней плоскостях 100 и обеспечение закрытия данных пар на чередующихся сторонах, например, левой или правой в коллекторе 1 для перемешивания жидкости фиг. 1, имеющем конфигурацию, как на фиг. 8A.

В пределах по меньшей мере первой и необязательно второй области 40, 50 сбора жидкости, геометрическое расположение первого множества 60 каналов для сбора жидкости и второго множества 70 каналов для сбора жидкости таково, чтобы они были по существу параллельны друг другу. В одном варианте осуществления все каналы 70 для сбора жидкости внутри каждой отдельной области сбора жидкости (напр., 40, 50) расположены по существу параллельно друг другу; однако, в некоторых вариантах осуществления различные области сбора могут иметь относительные ориентации 70 каналов для сбора жидкости, которые отличаются друг от друга. Первый и второй множества (60, 70) каналов для сбора жидкости расположены по существу параллельно друг другу, как на фиг. 1-7; было обнаружено, что подобные расположения упрощают конструкцию и таким образом уменьшают стоимость коллектора 1 для перемешивания жидкости.

Необходимо заметить, что в варианте осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости, показанном на фиг. 1b, для физического разделения и создания первой и второй зон (10, 20) сборников используются вертикальные перегородки 130. В отличие от этого, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1a, для создания зон сборников не требуется применение вертикальных перегородок. В данном варианте осуществления выпускные отверстия 30 сборников расположены на противоположных сторонах кольцевого сборника 110 (Примечание: только одно выпускное отверстие 30 сборника видно на каждой из фиг. 1a и фиг. 1b), и таким образом, собираемая жидкость в кольцевом сборнике 110 будет протекать в общем в ближайшее выпускное отверстие 30 сборника.

Другой пример чередующейся попарной конфигурации каналов 80 показан на фиг. 2 для варианта осуществления жидкостного коллектора-смесителя 1 конфигурации сбора жидкости типа A, имеющей первую и вторую области (40, 50) сбора жидкости и кольцевой сборник и хордальный сборник 120. В данной конфигурации каналов 80 и их дренажных отверстий 82 пары в качестве альтернативы имеют сток в кольцевой сборник 110 или в хордальные сборники 120, как схематично показано в конфигурации сбора и протекания жидкости фиг. 4A.

Необходимо заметить, что два варианта осуществления, показанных на фиг. 2, оба имеют первую и вторую области (40, 50) сбора жидкости. Необходимо заметить, что в данных вариантах осуществления хордальные сборники 120 в общем создают две отдельные области сбора жидкости за счет создания непрерывных каналов 80 для сбора жидкости таким образом, что они оканчиваются на краю хордального сборника 120 либо дренажным отверстием 82, которое обеспечивает возможность их дренажа в хордальный сборник 120, либо вертикальной перегородкой 130, которая предотвращает их дренирование в хордальный сборник 120. Другими словами, данные варианты осуществления не имеют каких-либо каналов для сбора жидкости, которые перекрывают хордальный сборник 120.

В нескольких вариантах осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости изобретения могут быть созданы другие дополнительные области сбора жидкости за счет наличия хордальных сборников 120, которые могут действовать так, чтобы сделать непрерывными все каналы 80 для сбора жидкости через хордальный сборник 120. Как упоминалось ранее, хордальные сборники 120 требуются для передачи и распределения жидкости в коллекторах 1 более большого диаметра для перемешивания жидкости, вследствие этого коллекторы 1 для перемешивания жидкости более большого диаметра часто будут иметь многочисленные области сбора жидкости. В вариантах осуществления, в которых не представлены каналы 80 для сбора жидкости, перекрывающие хордальные сборники 120, количество областей сбора жидкости будет в общем равно количеству хордальных сборников 120 плюс один.

В варианте осуществления, альтернативном варианту фиг. 2, коллектор 1 для перемешивания жидкости, имеющий первую и вторую области (40, 50) сбора жидкости и кольцевой сборник и хордальный сборник 120, может быть сконструирован с конфигурацией сбора жидкости типа B (ФИГ. 8B), как схематично показано на фиг. 3. В данном иллюстративном варианте осуществления каналы 80 в нижней плоскости 100 закрыты с внешней стороны кольцевого сборника для того, чтобы позволить жидкости протекать в центральном хордальном сборнике 120. В отличие от этого, каналы 80 верхней плоскости закрыты на внутренней стороне центрального хордального сборника, обеспечивая таким образом протекание жидкости в кольцевой сборник 110. Данная особая конфигурация сбора и протекания жидкость схематично показана на фиг. 4B. Однако, следует заметить, что при данном расположении имеется риск, что каналы 80 в нижней плоскости 100 получают меньше жидкости несмотря на наличие каналов равной ширины, как у каналов в верхней плоскости 100. Например, пар, выходящий из боковых отверстий между каналами 80, может заставлять жидкость стекать в каналы 80 верхней плоскости 100. Данный эффект может быть ослаблен за счет выбора более широких нижних каналов 80 (напр., с шириной верхних каналов 80 в 1,1-2 раза больше).

Однако, может быть трудно определить оптимальные параметры; и кроме того они могут зависеть от скорости прохождения пара. Вследствие этого, более легким подходом является выбор чередующихся пар каналов 80, имеющих сток в чередующиеся области сборников, как на фиг. 1 и 2.

Фигура 5 иллюстрирует два иллюстративных варианта осуществления первой и второй зон (10 и 20) сборников для варианта осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости изобретения, имеющего кольцевой сборник 110, два хордальных сборника 120 и конфигурации сбора и протекания жидкости типа B (ФИГ. 8B). В иллюстративном варианте осуществления a отсутствуют разделенные хордальные сборники 126 и имеются только неразделенные хордальные сборники 128. В иллюстративном варианте осуществления b оба хордальных сборника 120 представляют собой разделенные хордальные сборники 126. Необходимо заметить, что для коллекторов 1 для перемешивания жидкости, имеющих четное количество хордальных сборников 120, будет предпочтительно также четное количество разделенных хордальных сборников 126, наиболее предпочтительно отсутствие разделенных хордальных сборников 126 и наличие только неразделенных хордальных сборников 128.

Необходимо заметить, что разделенные хордальные сборники 126 и первая и вторая зоны (10 и 20) сборников могут быть созданы за счет закрытия сборников и их соединений в специальных местах вертикальными перегородками 130. Подобные вертикальные перегородки 130 могут использоваться также для направления потока в кольцевом и хордальных сборниках (110 и 120) в специальных направлениях для создания более эффективного перемешивания в коллекторе 1 для перемешивания жидкости.

Фигура 6 иллюстрирует три иллюстративных варианта осуществления первой и второй зон (10 и 20) сборников для варианта осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости изобретения, имеющего кольцевой сборник 110, три хордальных сборника 120 и конфигурацию сбора и протекания жидкости типа B (ФИГ. 8B). В иллюстративном варианте осуществления a имеются только разделенные хордальные сборники 126. В иллюстративном варианте осуществления b нижним хордальным сборником 120 являются разделенные хордальные сборники 126, а другие два представляют собой неразделенные хордальные сборники 128. Необходимо заметить, что для коллекторов 1 для перемешивания жидкости, имеющих нечетное количество хордальных сборников 120, предпочтительным будет также нечетное количество разделенных хордальных сборников 126, наиболее предпочтительным только один разделенный хордальный сборник 126, а остальные только неразделенные хордальные сборники 128. Как обсуждалось ранее, все каналы 80 для сбора жидкости сделаны непрерывными за счет наличия трех хордальных сборников 120. Вследствие этого, каждый из вариантов осуществления, показанных на фиг. 6, имеет всего четыре области сбора жидкости.

Фигура 7 иллюстрирует два иллюстративных варианта осуществления первой и второй зон (10 и 20) сборников для варианта осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости изобретения, имеющего кольцевой сборник 110, четыре хордальных сборника 120 и конфигурации сбора и протекания жидкости типа B (ФИГ. 8B). В иллюстративном варианте осуществления a отсутствуют разделенные хордальные сборники 126, и имеются только неразделенные хордальные сборники 128. В иллюстративном варианте осуществления b двумя верхними хордальными сборниками 120 являются разделенные хордальные сборники 126, а другими двумя нижними хордальными сборниками 120 являются неразделенные хордальные сборники 128. Вариант осуществления на фиг. 7a иллюстрирует разделение номеров хордальных сборников 120 на четные хордальные сборники 122 и нечетные хордальные сборники 124, при этом нумерация с 1 до 4 начинается с верхнего хордального сборника 120 и продолжается к нижнему хордальному сборнику 120. Все каналы 80 для сбора жидкости сделаны непрерывными за счет наличия на фиг. 7 четырех хордальных сборников 120 и, вследствие этого, каждый из данных вариантов осуществления имеет всего пять областей сбора жидкости.

Как можно видеть на Фигурах, конкретно на Фигурах 4-7, один аспект коллектора для перемешивания жидкости представленного изобретения состоит в том, что жидкость, собираемая в каждой отдельной области сбора жидкости (для вариантов осуществления, имеющих более чем одну область сбора жидкости), распределяется в каждую из различных зон сборников. Эффект данного признака заключается как в улучшении перемешивания в коллекторе для перемешивания жидкости, так и в избегании негативного влияния неравномерного распределения по горизонтальному поперечному сечению.

ФИГ. 8 показывает схематичное изображение четырех вариантов осуществления различных конфигураций сбора жидкости, в которых первый и второй множества (60, 70) каналов для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в разных параллельных горизонтальных плоскостях 100. Цифры 1 и 2 относятся к той зоне сборников (первой 10 или второй 20), с которой связаны каналы 80. Конфигурации A и B, основанные на двух параллельных горизонтальных плоскостях, уже подробно обсуждались, тогда как конфигурации C и D основаны на трех параллельных горизонтальных плоскостях. В конфигурациях C и D каналы 80 для сбора жидкости подразделены на подмножества 84 каналов 80 для сбора жидкости, при этом каждое подмножество 84 состоит из одного канала 80 для сбора жидкости в каждой из трех горизонтальных плоскостей 100, при этом соседние подмножества 84, 84' связаны чередующимся образом с первой и второй зонами (10, 20) сборников. В конфигурации C каждое из подмножеств 84 и 84' состоит из трех соседних каналов 80; тогда как в конфигурации D каналы 80 подмножеств 84 и 84' перемежаются друг с другом. Необходимо заметить, что конфигурация C может иметь самую простую конструкцию, но конфигурация D может обеспечивать более хорошее перемешивание.

Как можно видеть на фиг. 8, каналы 90 прохождения поднимающегося пара представляют собой отверстия для прохождения пара между соседними каналами 80 для сбора жидкости, расположенными в одной из от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей 100. В отличие от этого, зазорами 140 между соседними каналами 80 для сбора жидкости являются отверстия для прохождения пара между соседними каналами 80, вертикально смещенными друг от друга в одной из по меньшей мере от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей 100. Таким образом, пар поднимается через Коллектор для перемешивания жидкости посредством прохождения по путям, включая указанные каналы 90 прохождения поднимающегося пара и зазоры 140 в сообщении друг с другом с прохождением пара.

В некоторых вариантах осуществления каналы 90 прохождения поднимающегося пара осуществлены таким образом, чтобы объем между соседними каналами 80 для сбора жидкости, расположенными в одной из от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей 100, был по существу открыт для прохождения пара. В некоторых специальных вариантах осуществления каналы 90 прохождения поднимающегося пара осуществлены таким образом, чтобы по меньшей мере 50, предпочтительно 80, более предпочтительно 90, наиболее предпочтительно 100% площади, ограниченной краями соседних каналов 80 для сбора жидкости в плоскости, содержащей противоположные продольные края указанных соседних каналов 80 для сбора жидкости, расположенных в одной из от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей 100, было открыто для прохождения пара.

ФИГ. 9 показывает вариант осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости, имеющего два хордальных сборника 120, но без кольцевого сборника 110. Необходимо заметить, что несколько каналов 80 для сбора жидкости имеют перекрывающие сегменты 86, которые пересекают хордальный сборник 120, и непрерывные сегменты 88, которые не пересекают хордальный сборник 120. Как определялось ранее, отдельные области сбора жидкости созданы вследствие наличия хордальных сборников 120, которые не перекрываются какими-либо каналами 80 для сбора жидкости, как на фиг. 2. Вследствие этого, имеется только первая область сбора жидкости на фиг. 9 вследствие наличия перекрывающих сегментов через каждый из двух представленных хордальных сборников 120. В некоторых вариантах осуществления коллектора 1 для перемешивания жидкости изобретения все каналы 80 для сбора жидкости имеют только непрерывные сегменты 88, и таким образом они имеют две или более областей сбора жидкости. В других вариантах осуществления некоторые или все каналы 80 для сбора жидкости имеют перекрывающие сегменты 86, и таким образом имеется меньшее количество областей сбора жидкости, или даже только единственная первая область 40 сбора жидкости.

Фиг. 10 показывает схематичное изображение области сбора жидкости, иллюстрирующее признак в виде зазора 140 между соседними каналами 80 для сбора жидкости и зубцеобразной системы 150 поддержки каналов для сбора жидкости. В одном варианте осуществления зазоры 140 между соседними каналами 80 для сбора жидкости продолжаются по меньшей мере на 50, предпочтительно на 70, более предпочтительно на 80, наиболее предпочтительно на 90% длины канала 80. В некоторых вариантах осуществления зазор 140 осуществляют таким образом, чтобы объем между соседними каналами 80, вертикально смещенный друг от друга в двух-четырех параллельных горизонтальных плоскостях 100, был по существу открыт для прохождения пара. В некоторых специальных вариантах осуществления зазор 140 осуществлен таким образом, чтобы по меньшей мере 50, предпочтительно 80, более предпочтительно 90, наиболее предпочтительно 100% площади, ограниченной краями указанных соседних каналов 80 для сбора жидкости в плоскости, содержащей противоположные продольные края указанных соседних вертикально-смещенных каналов 80, было открыто для прохождения пара. Как можно видеть из фиг. 10, зазоры 140 обеспечивают простую и экономически эффективную конструкцию и сборку каналов с использованием небольшого количества материала. В дополнение зазоры 140 обеспечивают большие открытые площади для прохождения газа через коллектор 1, поэтому в коллекторе 1 изобретения минимизировано падение давления. В некоторых вариантах осуществления зубцеобразная система 150 поддержки каналов для сбора жидкости используется таким образом, чтобы обеспечивать простое и экономически эффективное средство позиционирования и закрепления каналов 80. Хотя получилось, что на фиг. 10 показаны и зазор 140 и зубцеобразная система 150 поддержки, вовсе необязательно, чтобы обе они были представлены в одних и тех же вариантах осуществления, однако подобные варианты осуществления могут быть предпочтительными. Например, чтобы избежать сварки или разъемных и поворотных соединений, может использоваться узел защелкивающегося типа.

Жидкостные коллекторы и их конструкция и работа хорошо известны в данной области, например, как раскрыто в Principles Of Mass Transfer and Separation Processes, by B.K. Dutta, опубликованных в 2007 by PHI Learning Initiatives (ISBN 978-8120329904), Fundamentals and modeling of separation Processes: absorption, distillation, evaporation and extraction, by CD. Holland, опубликованных в 1975 by Prentice-Hall (ISBN 0-13-344390-6). Если ранее не указано иное, для коллектора 1 для перемешивания жидкости могут использоваться общепринятые конструкционные материалы и средства, а также составные элементы и вспомогательное оборудование, и коллектор 1 для перемешивания жидкости может быть задействован общепринятым образом, как известно в данной области, в массообменной или теплообменной колонне или способе.

Колонны для массообмена или теплообмена и их конструкция и работа хорошо известны в данной области, например, как раскрыто в Chemical Engineering Design, Vol. 6, Coulson & Richardson's Chemical Engineering Series, by R. K. Sinnott, John Metcalfe Coulson, и John Francis Richardson, 4th Ed., опубликованное в 2005 by Elsevier (ISBN 0 7506 6538 6). Если не указано иное, общепринятые конструкционные материалы и средства, а также составные элементы и вспомогательное оборудование могут использоваться общепринятым образом для массообменной или теплообменной колонны, содержащей один или более коллекторов 1 для перемешивания жидкости, как известно в данной области, например, в приведенных ранее руководствах, если не указано иное. Например, вспомогательное оборудование колонн может содержать источники тока, источники и распределители охлаждающей и нагревающей жидкости, регуляторы уровня, насосы, клапаны, трубы и трубопроводы, резервуары, барабаны, баки и датчики для измерения таких параметров, как расход, температуры, давления и уровни. Колонну и способ изобретения можно регулировать общепринятым образом посредством интерфейса компьютера, оборудованного подходящими датчиками.

Хотя для простоты и не показано, квалифицированному специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в колонне изобретения без ограничения могут использоваться другие общепринятые внутренние компоненты разделительного устройства, такие как устройства подачи, наподобие подводящих труб, и/или сборники, теплообменники, опорные пластины и решетки, диспергаторы, пластины диспергаторов/опор, распределители непрерывной фазы, опорные и прижимные пластины, перегородки, дефлекторы, сепарирующие ловушки и фиксаторы/перераспределители. Массообменные внутренние компоненты, такие как неупорядоченные или структурированные насадки или тарелки могут быть с пользой использованы в колонне, способе и при применении изобретения.

Таким образом, коллектор 1 для перемешивания жидкости изобретения может использоваться в типе колонны, в которой потоки текучих сред обрабатываются для получения продуктов фракционирования и/или иным образом, чтобы вызвать массообмен и теплообмен между потоками текучих сред. Подобные колонны содержат жесткий вертикальный корпус, имеющий цилиндрическую, многоугольную или другую подходящую конфигурацию и сконструированы из металлических или других материалов, совместимых с текучими средами и условиями внутри колонны. Корпус имеет диаметр и высоту, выбранные для обеспечения необходимой обработки потоков текучих сред в открытой внутренней области, ограниченной корпусом. Коллектор 1 для перемешивания жидкости представленного изобретения установлен внутри корпуса колонны по существу в горизонтальной ориентации и имеет размер для заполнения по существу всего горизонтального поперечного сечения открытой внутренней области таким образом, чтобы коллектор 1 для перемешивания жидкости улавливал по существу всю жидкость, опускающуюся из вышележащей зоны. Вышележащая зона содержит какое-либо из различных устройств, обычно находящихся внутри массообменной или теплообменной колонн, которые вызывают боковое распределение жидкости. Например, вышележащая зона может содержать слой неупорядоченной или структурированной насадки. Как обсуждалось ранее, представленное изобретение может использоваться с различными компоновками и количествами сборников, а также с различными количествами и местоположениями впусков сливных стаканов.

Несмотря на то, что с целью пояснения были изложены различные варианты осуществления, изложенное выше описание не следует считать ограничением объема правовых притязаний настоящего документа. Соответственно, квалифицированному специалисту в данной области могут прийти на ум различные модификации, адаптации и альтернативы без выхода за пределы сущности и объема правовых притязаний представленного документа.

ССЫЛОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 Коллектор для перемешивания жидкости

10 первая зона сборников

20 вторая зона сборников

30 выпускное отверстие сборника

40 первая область сбора жидкости

50 вторая область сбора жидкости

60 первое множество каналов для сбора жидкости

70 второе множество каналов для сбора жидкости

80 каналы для сбора жидкости

82 дренажные отверстия каналов для сбора жидкости

84 подмножества каналов для сбора жидкости

86 перекрывающий сегмент канала для сбора жидкости

88 непрерывный сегмент канала для сбора жидкости

90 каналы прохождения поднимающегося пара

100 горизонтальная плоскость

110 кольцевой сборник

120 хордальный сборник

122 четный хордальный сборник

124 нечетный хордальный сборник

126 разделенный хордальный сборник

128 неразделенный хордальный сборник

130 вертикальная перегородка

140 зазор между соседними каналами для сбора жидкости

150 зубцеобразная система поддержки канала для сбора жидкости

Изобретение относится к жидкостному коллектору-смесителю для сбора и перемешивания жидкости, опускающейся из вышележащей зоны в массообменной или теплообменной колонне. Коллектор 1 для перемешивания жидкости содержит первую и вторую зоны 10, 20 сборников, первую 40 и необязательно вторую области сбора жидкости, первый и второй перемежающиеся множества 60, 70 разделенных промежутком каналов 80 для сбора жидкости, расположенных в первой области 40 сбора жидкости, при этом указанное первое множество 60 связано с указанной первой зоной 10 сборников, указанное второе множество 70 связано с указанной второй зоной 20 сборников, при этом соседние каналы 80 для сбора жидкости из первого и второго множеств 60, 70 вертикально смещены друг от друга в одной из по меньшей мере двух-четырех параллельных горизонтальных плоскостей. Изобретение обеспечивает тарелку, имеющую объединенные функции сбора и перемешивания жидкости, которая является менее дорогой и требует для изготовления меньше сварки, для применения в вариантах использования, имеющих большие загрузки. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Коллектор (1) для перемешивания жидкости, предназначенный для сбора и перемешивания жидкости, опускающейся из вышележащей зоны в массообменной или теплообменной колонне, при этом коллектор (1) содержит:

кольцевой сборник (110) и один или более хордальных сборников (120);

по меньшей мере первую и вторую зону (10, 20) сборников, отделенные друг от друга вертикальными перегородками (130);

по меньшей мере одно выпускное отверстие (30), расположенное в каждой из указанных первой и второй зон (10, 20) сборников, через которое жидкость может стекать при наличии в указанной первой и второй зонах (10, 20) сборников;

по меньшей мере первую и вторую область (40, 50) сбора жидкости, каждая из которых по меньшей мере частично ограничена одной из указанных первой и второй зон (10, 20) сбора;

причем каждая из указанных по меньшей мере первой и второй областей (40, 50) сбора жидкости имеет по меньшей мере первое и второе множество (60, 70) разделенных промежутком каналов (80) для сбора жидкости, расположенных внутри этих областей; при этом указанное первое множество (60) каналов (80) для сбора жидкости выполнено таким образом, что указанные каналы (80) для сбора жидкости по существу параллельны указанному второму множеству (70) каналов (80) для сбора жидкости в каждой из первой и второй областей (40, 50) сбора жидкости и расположены вперемежку с ним;

дренажные отверстия (82), расположенные в указанных каналах (80) для сбора жидкости, позволяющие жидкости стекать из указанных каналов (80) для сбора жидкости, при наличии в них, в указанные первую и вторую зоны (10, 20) сборников;

при этом указанное первое множество (60) каналов (80) для сбора жидкости в первой и второй областях (40, 50) сбора жидкости связано с указанной первой зоной (10) сборников таким образом, что жидкость при наличии в указанном первом множестве (60) каналов (80) для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия (82) первого множества (60) каналов (80) для сбора жидкости в указанную первую зону (10) сборников;

при этом указанное второе множество (70) каналов (80) для сбора жидкости в первой и второй областях (40, 50) сбора жидкости связано с указанной второй зоной (20) сборников таким образом, что жидкость при наличии в указанном втором множестве (70) каналов (80) для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия (82) второго множества (70) каналов (80) для сбора жидкости в указанную вторую зону (20) сборников;

каналы (90) прохождения поднимающегося пара, расположенные в промежутке между каналами (80) для сбора жидкости в областях (40, 50) сбора жидкости;

при этом соседние каналы (80) для сбора жидкости из первого и второго множества (60, 70) каналов (80) для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в одной из по меньшей мере от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей (100), при этом

(А) коллектор (1) содержит четное количество хордальных сборников (120),

при этом первая зона (10) сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника (110) и одну часть одного или более хордальных сборников (120), предпочтительно по меньшей мере одну часть каждого хордального сборника (120), более предпочтительно все четные хордальные сборники (122),

и при этом вторая зона (20) сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника (110) и одну часть одного или более хордальных сборников (120), а предпочтительно по меньшей мере одну часть каждого хордального сборника (120), более предпочтительно все нечетные хордальные сборники (124),

или

(Б) коллектор (1) содержит нечетное количество хордальных сборников (120), при этом первая зона (10) сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника (110) и по меньшей мере одну часть одного хордального сборника (120), предпочтительно по меньшей мере часть только одного разделенного хордального сборника (126) и половину оставшихся неразделенных хордальных сборников (128), при этом вторая зона (20) сборников содержит по меньшей мере одну часть кольцевого сборника (110) и по меньшей мере одну часть одного хордального сборника (120), предпочтительно по меньшей мере часть только одного разделенного хордального сборника (126) и половину оставшихся неразделенных хордальных сборников (128),

и при этом хордальные сборники (120), связанные с первой зоной (10) сборников, предпочтительно чередуются с хордальными сборниками (120), связанными со второй зоной (20) сборников.

2. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, при этом коллектор (1) подходит для сбора жидкости, подлежащей выпуску посредством от одного до четырех выпускных отверстий (30) на зону (10, 20) сборников, и при этом коллектор (1) содержит от двух до десяти хордальных сборников (120), или

коллектор (1) подходит для сбора жидкости, подлежащей распределению в секцию колонны, расположенную ниже коллектора (1), и при этом коллектор (1) содержит от одного до двадцати, предпочтительно 5-10 хордальных сборников (120) на метр при измерении по диаметру коллектора в ориентации, перпендикулярной хордальным сборникам (120).

3. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, в котором высота (h) коллектора (1) составляет менее чем 2, предпочтительно 1,5, более предпочтительно 1 метр.

4. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, в котором каналы (80) для сбора жидкости в каждой из указанных от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей (100) выполнены с возможностью собирать по существу одинаковое количество жидкости в каждой из горизонтальных плоскостей (100).

5. Коллектор для перемешивания жидкости по п. 1, в котором каналы (80) для сбора жидкости подразделены на подмножества (84) каналов для сбора жидкости, при этом каждое подмножество (84) состоит из одного канала (80) для сбора жидкости в каждой из горизонтальных плоскостей (100), при этом соседние подмножества (84, 84') связаны чередующимся образом с первой и второй зонами (10, 20) сборников.

6. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, в котором первая и вторая области (60, 70) сбора жидкости выполнены с возможностью собирать по существу одинаковое количество жидкости в каждой области (60, 70).

7. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, при этом в указанном коллекторе (1) отсутствует множество проходящих вверх дефлекторов, имеющих поверхности для направления жидкости при опускании из вышележащей зоны в указанные каналы (80) для сбора жидкости.

8. Коллектор (1) для перемешивания жидкости по п. 1, в котором по меньшей мере часть, предпочтительно вся жидкость при наличии в указанном первом множестве (60) каналов (80) для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия (82) первого множества (60) каналов (80) для сбора жидкости в указанную первую зону (10) сборников, причем предпочтительно

по меньшей мере часть, предпочтительно вся жидкость при наличии в указанном втором множестве (70) каналов (80) для сбора жидкости протекает через дренажные отверстия (82) второго множества (70) каналов (80) для сбора жидкости в указанную вторую зону (20) сборников.

9. Массообменная или теплообменная колонна, содержащая один или более коллекторов (1) для перемешивания жидкости по пп. 1-8.

10. Применение коллектора (1) для перемешивания жидкости по любому из пп. 1-8 в массообменной или теплообменной колонне для скорости протекания жидкости выше 10, предпочтительно 15, более предпочтительно 20 м³/м²ч.

11. Способ сбора и перемешивания опускающейся жидкости в массообменной или теплообменной колонне по п. 9, при этом указанный способ включает стадии:

- сбор опускающейся жидкости по меньшей мере в первом и втором множестве (60, 70) каналов для сбора жидкости, расположенных внутри каждой из по меньшей мере первой области (40) сбора жидкости и второй области (50) сбора жидкости, при этом указанное первое множество каналов (60) для сбора жидкости выполнено таким образом, что указанные каналы (80) для сбора жидкости по существу параллельны указанному второму множеству каналов (70) для сбора жидкости по меньшей мере в указанной первой области (40) сбора жидкости и указанной второй области (50) сбора жидкости и расположены вперемежку с ним, при этом соседние каналы (80’) для сбора жидкости первого и второго множества каналов (60, 70) для сбора жидкости вертикально смещены друг от друга в одной из по меньшей мере от двух до четырех параллельных горизонтальных плоскостей (100);

- направления первого количества жидкости из указанного первого множества каналов (60) для сбора жидкости как в указанной первой области (40) сбора жидкости, так и в указанной второй области (50) сбора жидкости в первую зону (10) сборников, и предпочтительно направления второго количества жидкости из указанного второго множества указанных каналов (70) для сбора жидкости по меньшей мере в указанной первой области (60) сбора жидкости и указанной второй области (50) сбора жидкости во вторую зону (20) сборников;

- дренирования указанной жидкости из указанных первой и второй зон (10, 20) сборников.