用于质量转移塔的混合接触托盘.pdf

提供了一种用于质量转移塔的混合接触托盘。接触托盘包括托盘台板，其用于液体沿着在其上的液体流动路径的传送。托盘台板具有：多个孔口，其用于上升的蒸汽通过托盘台板的传送；横流汽液混合段，其具有所述多个孔口的第一部分孔口；以及顺流汽液混合段，其包括与所述多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置。托盘台板还具有用来相对于所述多个孔口改变液体压头水平的装置，使得顺流汽液混合段内的液体压头水平大于横流汽液混合段内的液体压头水平。

权利要求书
1.  一种用于质量转移塔的混合接触托盘，所述接触托盘包括：
托盘台板，其用于液体沿着在其上的液体流动路径的传送，所述托盘台板具有多个孔口，所述多个孔口用于上升的蒸汽通过所述托盘台板的传送；
横流汽液混合段，其具有所述多个孔口的第一部分孔口；
顺流汽液混合段，其包括与所述多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置；以及
用来相对于所述多个孔口改变液体压头水平的装置，使得所述顺流汽液混合段内的液体压头水平大于所述横流汽液混合段内的液体压头水平。

2.  根据权利要求1所述的混合接触托盘，其中，所述顺流汽液混合装置包括导管，所述导管具有：蒸汽入口，其与所述第二部分孔口中的一个或多个孔口流体连通；泡沫入口，其与沿着所述托盘台板的所述液体流动路径流体连通；流体出口；以及所述导管内的蒸汽和液体的顺流流动路径，其设置在所述蒸汽入口和所述泡沫入口之后并在所述流体出口之前。

3.  根据权利要求2所述的混合接触托盘，其中，所述导管具有设置在蒸汽和液体的所述顺流流动路径内的填充材料。

4.  根据权利要求3所述的混合接触托盘，其中，所述填充材料被选择成增大所述导管中的蒸汽与液体之间的界面表面积。

5.  根据权利要求4所述的混合接触托盘，其中，所述填充材料选自包括如下材料组成的组：波纹金属片材、纺织金属纤维、编织金属纤维和随机捆绑金属纤维。

6.  根据权利要求2所述的混合接触托盘，其中，所述导管包括设置在所述导管内的蒸汽和液体的所述顺流流动路径内的惯性分离装置，其中，所述惯性分离装置朝着内壁偏置蒸汽和液体的所述顺流流动路径。

7.  根据权利要求6所述的混合接触托盘，其中，所述泡沫入口包括设置在所述导管内的管道或沟槽，所述管道或沟槽与沿着所述托盘台板的所述液体流动路径和所述蒸汽入口两者流体连通，以提供所述导管内的液体到所述蒸汽入口的流动路径。

8.  根据权利要求1至7中的任一项所述的混合接触托盘，其中，所述横流汽液段包括与所述多个孔口的所述第一部分孔口相关的横流混合装置。

9.  根据权利要求8所述的混合接触托盘，其中，所述横流混合装置是孔口罩，所述孔口罩以相对于所述托盘台板的固定高度或相对于所述托盘台板的变化高度被定位在所述液体流动路径内。

10.  根据权利要求1至10中的任一项所述的混合接触托盘，其中，用来改变液体压头水平的所述装置包括沿着所述液体流动路径在所述托盘台板中的台阶下降区域，其中，所述台阶下降区域包括所述顺流混合段。

11.  根据权利要求1至10中的任一项所述的混合接触托盘，其中，用来改变液体压头水平的所述装置包括沿着所述液体流动路径在所述托盘台板中的台阶升高区域，其中，所述台阶升高区域包括所述托盘台板的所述横流混合段。

12.  根据权利要求1至11中的任一项所述的混合接触托盘，其中，用来改变液体压头水平的所述装置包括横流混合装置，所述横流混合装置包括设置在第一多个孔口中的每个孔口内或围绕所述第一多个孔口中的每个孔口的孔口延伸管道，其中，在操作期间，孔口延伸部使所述孔口延伸至在所述托盘台板与所述托盘上的液面水平中间的位置。

13.  根据权利要求1至12中的任一项所述的混合接触托盘，其中，用来改变液体压头水平的所述装置包括设置在沿所述托盘台板的所述液体流动路径中的堰的组合，所述堰的组合包括设置在所述顺流混合段与横流混合段之间的中间堰和设置在所述最终混合段与出口降液管段之间的出口堰。

14.  根据权利要求13所述的混合接触托盘，其中，所述中间堰是实心的，其中，沿着所述液体流动路径行进的液体从所述中间堰上面流过，并且其中，所述出口堰包括孔隙和/或狭缝，其中，沿着所述液体流动路径行进的液体流过所述孔隙和/或所述狭缝。

15.  根据权利要求1至14中的任一项所述的混合接触托盘，其中，沿着所述托盘台板的所述液体流动路径是从入口降液管段到出口降液管段，其中，所述横流汽液混合段和所述顺流汽液混合段在所述入口降液管段与所述出口降液管段之间沿着所述液体流动路径设置。

16.  根据权利要求1至15中的任一项所述的混合接触托盘，其中，所述横流汽液混合段和所述顺流汽液混合段相对于沿着所述托盘台板的所述液体流动路径被定位成使得所述横流汽液混合段设置在所述顺流汽液混合段上游。

17.  一种质量转移塔，其包括根据权利要求1至16中的任一项所述的混合托盘。

18.  一种由一个或多个供给流来产生顶流和底流的方法，所述方法包括步骤：
(i) 将一个或多个供给流引入根据权利要求17所述的质量转移塔；
(ii) 在足以形成顶流和底流的操作条件下处理所述质量转移塔；
从而由一个或多个供给流来产生顶流和底流。

19.  根据权利要求18所述的方法，其中，在步骤(ii)中的所述操作条件包括高于大气压力的操作压力。

说明书用于质量转移塔的混合接触托盘
相关申请的交叉引用
本申请涉及名称为“HYBRID CONTACT TRAY FOR A MASS TRANSFER COLUMN”的同时提交的序列号为61/753,171的美国临时专利申请，所述美国临时专利申请通过引用被并入本文中，以便用于各种目的。
背景技术
诸如蒸馏塔、吸收塔和汽提塔之类的质量转移塔设置有用于汽液接触目的的各种类型的接触托盘。这些塔在用于多组分供给流的分离的领域中为人们所熟知，但是并不特别地局限于此。在美国专利No.4,750,975、5,120,474、5,453,222和8,066,264中描述了这样的塔和托盘的示例，所述美国专利通过引用被并入本文中。
典型地，质量转移塔具有在塔的高度上以间隔开的构造水平设置的多个接触托盘。典型的接触托盘具有台板，在所述台板上，液体流从入口降液管段传送到出口降液管段。典型的托盘台板具有孔口，上升的蒸汽可流过所述孔口，并且液体可在所述孔口上方流动，以便在横流流动中起泡或以另外的方式迫使蒸汽通过液体。
托盘被设计成接触液体和蒸汽，然后允许它们分离。在其最简单的设想形式中，蒸汽向上流过托盘台板中的孔并接触液体。两者分离，并且液体向下通过降液管流向托盘下方，并且蒸汽向上流向托盘上方。由于汽液接触是紧密的，所以几乎在托盘上的任何位置处都存在蒸汽与液体的混合物。当例如在诸如高压的某些条件下操作时，液体与蒸汽的混合可能导致托盘台板上泡沫(例如，蒸汽和液体的混合物)的存在。泡沫可能积累，并且可能流入到降液管中，从而通过降液管向下运送携带的蒸汽，和/或可能通过托盘的孔向上流动到上方，从而运送携带的液体。托盘的效率和容量以及因此塔的效率和容量可能由于任一情况的发生而降低。
蒸馏塔及它们相关内部的设计是总的材料吞吐量与托盘/塔效率的平衡。因此，本发明的目的是改善用于质量交换塔的托盘的容量和效率。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种用于质量转移塔的混合接触托盘。该接触托盘包括：
托盘台板，其用于液体沿着其上的液体流动路径的传送，托盘台板具有多个孔口，所述多个孔口用于上升的蒸汽通过该托盘台板的传送；
横流汽液混合段，其具有所述多个孔口的第一部分孔口；
顺流汽液混合段，其包括与所述多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置；以及
用来相对于所述多个孔口来改变液体压头水平的装置，其使得顺流汽液混合段内的液体压头水平大于横流汽液混合段内的液体压头水平。
在第二和第三方面中，本发明提供了一种包括至少一个上述混合托盘的质量转移塔和一种利用所述塔来分离至少一个供给流的方法。
附图说明
图1是根据本发明的混合托盘的顶视垂直投影图。
图2A-2C是根据本发明的顺流混合装置的侧视垂直投影图。
图3A-3B是根据本发明的另一顺流混合装置的侧视垂直投影图。
图4-6是根据本发明的混合托盘的不同实施例的侧视垂直投影图。
图7A-7B是根据本发明的混合托盘的不同实施例的侧视垂直投影图。
具体实施方式
本申请基于发明人的如下发现：在将一个或多个本发明的混合接触托盘用于质量转移塔的情况下，能增加质量转移塔的操作容量，同时维持或提高效率。混合接触托盘具有设置在托盘台板的液体流动路径内的横流混合段和顺流混合段。在不被特定的操作机制约束的情况下，本发明人认为，横流与顺流混合段的混合构造的使用，允许托盘上的液体与蒸汽的强力混合和密切接触，同时减少了由强力混合所产生的泡沫积累。此外，本混合托盘的使用，以及尤其是顺流混合段和装置的使用，在不降低托盘或塔的效率的情况下允许通过托盘和塔的增强的蒸汽流动。
在第一方面中，本发明提供了一种用于质量转移塔的混合接触托盘。参考图1所描绘的实施例，接触托盘100具有托盘台板103，托盘台板103用于液体沿着在其上的至少一个液体流动路径的传送。液体流动路径从入口降液管段105到出口降液管段107。如图1所示，出口降液管段107典型地是托盘的其中液体越过出口堰109(图1中示出在顺流混合段113与降液管段107之间)溢出到托盘下方的区域。托盘台板103还具有多个孔口，所述多个孔口用于上升的蒸汽通过托盘台板101的传送，所述多个孔口在图1中示出为与混合装置(115、117)相关。
托盘100在此被描述成“混合”接触托盘，其中，托盘台板103具有设置在沿着托盘台板103的液体流动路径内的横流混合段111和顺流混合段113。在其中托盘台板具有附加液体流动路径的实施例中，优选但非必需的是，每个附加的路径包含如在此所描述的横流混合段和顺流混合段。术语“顺流”和“横流”如在此相对于托盘台板的汽液混合段以及相对于设置在这些段内的混合装置所使用地，描述了液体和蒸汽在相应段内的相应装置中或相应装置上相对于彼此的流动方向。
横流混合段：
在横流混合段111中，在液体流动路径中行进的液体越过托盘台板中的多个孔口的第一部分孔口。横流混合装置可以与或可以不与横流汽液混合段111中的多个孔口的第一部分孔口相关。在没有混合装置与孔口相关的情况下，当液体在操作期间直接越过孔口时，孔口本身提供了段中的汽液界面。在有些优选的实施例中，例如如图1所示，横流汽液混合段111包括与托盘台板103中的多个孔口的第一部分孔口相关的横流混合装置115。术语“相关”如在此所使用地，意味着混合装置被设置在蒸汽的通过孔口的流动路径内，并且设置在沿着托盘台板103的液体流动路径内，以便使来自孔口的蒸汽分散在液体中或与液体接触。混合装置115优选地被选择成以便使从进入孔口沿着托盘台板103行进并落到托盘下方的液体最少。
在图1所示的托盘的操作期间，蒸汽穿过与混合装置115相关的孔口，并且然后在与液体流动路径不同(例如，横过、垂直或大致垂直)的方向上穿过液体。例如，来自托盘下方的上升蒸汽穿过孔口，与混合装置115相互作用，并且然后在越过混合装置115和孔口的液体中起泡。应指出的是，蒸汽到液体中的初始进入可在沿着托盘台板的流动路径的方向上。然而，在初始的汽液接触之后，蒸汽从托盘台板在与沿着托盘台板的液体路径的方向不同(例如，横过、垂直或大致垂直)的向上的方向上行进。
横流混合装置115在本领域中是熟知的，并且不特别地局限于此。例如，设置在横流混合段内的横流混合装置相对于托盘台板可以是静止的或固定的。静止或固定的混合装置包括孔口罩，所述孔口罩至少覆盖能在孔口的形成期间(例如，通过冲压和或弯曲)形成的孔口的一部分，和/或在已形成孔口之后被插入。在其他实施例中，横流混合装置115能包括动态或浮动的装置，例如取决于蒸汽流动速率和液体压头水平相对于托盘台板和孔口移动(例如，打开和关闭)的孔口罩。在附加的实施例中，横流混合装置被定位和/或具有下述结构特征，所述结构特征促进或以另外的方式控制或增强沿着托盘台板的液体流动和动量和/或使进入相关孔口并落到托盘下方的液体最少。在美国专利No.7,540,476、7,708,258、8,066,264和美国专利申请No.12/800,195中描述了优选的横流混合装置115的非限制性示例，所述美国专利和美国专利申请通过引用被并入本文，以便用于各种目的。在优选的实施例中，横流混合段111包括至少一个如美国专利申请No.12/800,195所描述的横流混合装置115。在其他优选的实施例中，横流混合装置115是选自包括下述各项的组的可商业获得的阀，所述各项为：Sulzer MVG阀、Sulzer V形栅型阀、Koch-Glitsch Provalve、标准圆阀和泡罩。
顺流混合段：
顺流汽液混合段113包括与托盘台板103中的多个孔口的第二部分孔口相关的至少一个顺流混合装置117。顺流汽液混合装置优选地包括：导管，其具有与孔口的第二部分孔口中的一个或多个孔口流体连通的蒸汽入口；泡沫入口，其与沿着托盘台板的液体流动路径流体连通；流体出口；以及用于导管内的蒸汽和液体/泡沫的顺流流动路径，其设置在蒸汽和泡沫入口之后并在流体出口之前。术语“流体连通”如在此参考蒸汽和泡沫入口所使用地，指的是它们相对于托盘台板203上的孔口和液体流动路径的定位。导管219的蒸汽入口221设置成使得蒸汽能从孔口流入导管219。在有些实施例中，蒸汽入口可以是孔口本身。导管219的泡沫入口223设置成使得液体和液体/蒸汽混合物(例如，泡沫)能从托盘台板203的液体流动路径流入导管219。在有些实施例中，顺流汽液混合段、一个或多个顺流汽液混合装置、一个或多个泡沫入口、用于改变液体压头水平的装置或它们的任何组合被选择和/或定位成以便要求沿着液体流动路径行进的液体的大部分、全部、或大致全部液体穿过顺流混合段中的顺流混合装置。
设置在顺流流动路径内的填充材料：
在本发明的一个实施例中，顺流汽液混合装置与名称为“Hybrid Contact Tray for a Mass Transfer Column”的同时提交的美国专利申请NO. 61/753,171中公开的顺流汽液混合装置相同，所述美国专利申请通过引用被并入本文中，以便用于各种目的。
参考图2A所示的实施例，顺流混合装置217包括导管219，其中，来自托盘台板203的液体/泡沫和来自孔口的第二部分孔口的蒸汽通过导管219的至少一部分在顺流路径218中行进。导管219的尺寸和形状不特别地受限制(例如，导管能具有例如矩形或梯形的任何特定的横截面形状)。在图2A所示的实施例中，导管被具有矩形横截面的外壁220(例如，填充盒)包围，外壁220具有用于液体/泡沫和蒸汽的进入和离开的开口。导管219的外壁220具有与孔口的第二部分孔口中的一个或多个孔口流体连通的蒸汽入口221。如图2A所示，导管219设置成使得蒸汽入口221是托盘台板203中的孔口。导管219还具有与沿着托盘台板203的液体流动路径流体连通的泡沫入口223，以及具有流体出口225。在优选的实施例中，液体和蒸汽通过流体出口225离开导管219。然而，导管可任选地包括附加的流体出口端口，以允许液体和/或蒸汽的离开。一个或多个流体出口能被尺寸化为控制离开导管的蒸汽和液体的速度(例如，较大的流体出口=较低的速度，并且反之亦然)。
导管219包含填充材料227，所述填充材料227设置在导管219的顺流汽液流动路径218中，其在蒸汽和泡沫入口221、223之后并在流体出口225之前。填充材料设置成完全贯穿导管内的流动路径218的横截面，使得要求蒸汽和液体穿过填充材料227。填充材料227增大导管219内的蒸汽和液体之间的界面表面积，并提供了液体与蒸汽之间的紧密接触或聚结的区域。适合用于导管219的填充材料227的非限制性示例包括：结构填料，诸如一片或多片波纹和/或分层金属片材(例如，多孔/穿孔或无孔/非穿孔的片材)或纺织和/或编织金属纤维；以及非结构填料，诸如捆绑或包装的金属纤维(例如，钢丝绒)或随意填充到导管219中的其他耐用材料。
图2B示出了质量转移塔内处于操作中的顺流混合装置217，其中液体/泡沫202在顺流混合段内存在于托盘台板203上。存在于托盘台板上的液体/泡沫的至少一部分流入224导管219的泡沫入口223。蒸汽222从托盘台板203下方穿过托盘台板203的孔口/导管219的蒸汽入口221。液体和蒸汽当它们通过设置在导管219内的填充材料227在顺流方向/流动路径218中行进时混合。液体和蒸汽然后分离，并在流体出口225处离开导管219。在液体228返回到托盘台板203上的液体202并且沿着液体流动路径朝托盘台板203的降液管段继续时，蒸汽226上升至托盘上方。
导管能与托盘台板中的一个或多个孔口、例如两个、三个或更多个孔口相关。在优选的实施例中，导管在直接覆盖相关的一个或多个孔口的位置处被固定至(例如，经由螺栓、焊接、铆钉和/或卡扣配合连接等)托盘台板。在该实施例中，导管具有朝着一个或多个孔口设置的开口或敞开侧，以允许来自孔口的蒸汽进入导管，或者孔口本身能用作导管的蒸汽入口。
现在参考图2C所描绘的实施例，液体在顺流混合段内在沿着托盘台板203的液体流动路径230中流动。顺流混合装置217设置在液体流动路径230中，使得导管219具有上游侧229和下游侧231。在该实施例中，泡沫入口223设置在导管219的上游侧229上，并且流体出口225设置在导管219的下游侧231上并且沿托盘台板的液体行进路径的方向指向。本实施例允许液体202沿着托盘台板203的液体流动路径230的分级运动(stepwise movement)。图2C示出了其中蒸汽入口221同样设置在导管219的上游侧229上的另一实施例。该实施例被认为促进液体/泡沫和蒸汽进入导管219的流动和通过装置217中的顺流流动路径的有效混合。
设置在顺流流动路径内的惯性分离装置：
在另一实施例中，顺流汽液混合装置能采用用于液体与蒸汽的界面接触的顺流混合段和用于其随后通过惯性力的分离的惯性分离段。现在参考图3A，顺流混合装置317包括导管319，其中，来自托盘台板303的液体和来自孔口321的第二部分孔口的蒸汽穿过导管319的至少一部分在顺流路径318中行进。在优选的实施例中，导管具有圆柱形外壁，并具有用于液体/泡沫和蒸汽的进入和离开的开口。导管319的外壁具有与孔口的第二部分孔口中的一个或多个孔口流体连通的蒸汽入口321。如图3A所示，导管319设置成使得蒸汽入口321是托盘台板303中的孔口。导管319还具有与沿着托盘台板303的液体流动路径流体连通的泡沫入口323，以及具有流体出口325。在分离实施例中，导管319具有超过一个的泡沫入口，例如2个、3个、4个或更多个泡沫入口，用于从托盘台板接收液体/泡沫。在优选的实施例中，液体和蒸汽通过流体出口325离开导管319。然而，导管可任选地包括附加的流体出口，以允许液体和/或蒸汽的离开。流体出口能被尺寸化为控制离开导管的蒸汽和液体的速度(例如，较大的流体出口=较低的速度，并且反之亦然)。
导管319包含惯性分离装置333，所述惯性分离装置333设置在导管319的在蒸汽和泡沫入口321、323之后并在流体出口325之前的顺流汽液流动路径318中。惯性分离装置333设置成使得其与沿着顺流汽液流动路径318行进的蒸汽和液体/泡沫相互作用，以便相对导管319的惯性部分或导管319内的结构(例如，如图3所示的导管壁319)来偏置流动路径318的流体动量。在流动路径318中行进的较重组分(例如，液体)具有比较轻组分（例如，蒸汽）更多的动量，并且将接触导管壁319，与较轻组分分离，并继续在朝着流体出口325的相同总方向上沿着导管壁在导管中向上移动，在所述流体出口325的位置处，它们溢出边缘并落回到托盘台板303上的液体302。在一个实施例中，导管319具有设置在导管319的壁的顶边缘的液体导向器339，用于将沿导管壁319向上行进并离开流体出口的被分离液体引导回到托盘台板303上的液体302。
惯性分离装置在用于帮助多组分流的分离的领域中是熟知的，并且不特别地局限于此。如图3A所示，惯性分离装置333优选地包括设置在顺流汽液流动路径318内的静止叶片335(例如，风扇或螺旋桨叶片)，所述静止叶片335朝着导管壁318偏置流体动量。在该实施例中，惯性分离装置形成遍及导管319余部的旋转流动(例如，螺旋或漩涡)，所述旋转流动促进液体与蒸汽的惯性分离。
在如图3B所述的另一实施例中，导管319包括与蒸汽入口321和两个、三个、四个或更多个泡沫入口323流体连通的泡沫入口分配器337。分配器337提供了用于液体/泡沫的封闭的(例如，管道)或敞开的(例如，沟槽)流动路径，以进入导管319到蒸汽入口321上方、附近或邻近的位置，从而接触上升的蒸汽。在本实施例中，在入口分配器附近由入口蒸汽压力引起的剪切力提供了蒸汽与液体的瞬时混合和聚结，并且是导管319内的顺流流动路径的开始。
沿着托盘台板改变液体压头水平：
本发明人已发现的是，沿着托盘台板的液体流动路径相对于不同段中的孔口改变液体和/或泡沫的压头水平促进了在单个托盘台板(例如，本发明的混合托盘)上的至少两种不同类型的混合装置(例如，顺流和横流)的使用。在大部分优选的实施例中，顺流混合装置的泡沫入口设置成使得在一个或多个顺流混合装置的泡沫入口处的液体/泡沫压头水平大于在孔口的第一部分孔口处的液体/泡沫压头水平(例如，大于横流混合段中的液体压头水平)。在大部分优选的实施例中，顺流混合装置的泡沫入口设置在液体流动路径内位于或靠近托盘台板的位置处，以使泡沫入口处的液体/泡沫压头压力最大。在有些实施例中，顺流与横流段之间的液体/泡沫压头水平被选择成使得顺流混合段中的液体/泡沫压头水平等于横流混合段中的压头水平，或者在横流混合段中的压头水平的105%与1000%之间(例如，大于或等于125%、150%、200%、300%、400%和/或500%)。
相对于多个孔口改变压头水平，使得顺流汽液混合段内的液体/泡沫压头水平大于横流汽液混合段内的液体/泡沫压头水平，这增加了压头压力和进入顺流混合装置的泡沫入口中的液体/泡沫流量。这具有的益处是，使在托盘上/通过托盘的液体和蒸汽的界面接触和容量最大，从而在维持或增加效率的同时增加操作容量。
此外，将横流混合段内的液体/泡沫压头水平维持在较低的水平允许对传统横流混合段、段内装置和设计的使用。在优选的实施例中，能与混合段之间的液体压头差结合起来选择蒸汽入口的定位、定尺寸、和/或通过蒸汽入口的蒸汽的流动速率、和/或顺流混合装置内或跨顺流混合装置的压降、和/或惯性分离装置的定位和/或选择、和/或填充材料，以便进一步促进液体/泡沫流动进入到顺流混合装置中。
存在相对于多个孔口的第一和第二部分孔口来改变液体/泡沫压头水平的若干不同的方式，并且这样做的这些方式在此不特别地局限于此。在第一非限制性实施例中，可相对于第二部分孔口来提高第一部分孔口，以在段之间提供高度差。在第二非限制性实施例中，可相对于第一部分孔口降低第二部分孔口，以在段之间提供高度差。在第三非限制性实施例中，孔口在托盘台板上相对于彼此可具有相同的高度，其中，存在诸如堰的装置以形成段和孔口之间的压头差。在第四非限制性实施例中，可采用第一、第二和/或第三实施例中的任何实施例的组合。
参考图4所描绘的实施例的混合托盘401，托盘台板403上的液体402的总流动路径被示出为从其中从托盘上方接收液体402的入口降液管段405(在右边)到其中液体离开托盘并流向托盘下方的出口降液管段407(在左边)。在该实施例中，托盘台板403包括多个横流混合段411和多个顺流混合段413，所述多个横流混合段411具有与第一部分孔口420相关的横流混合装置415，并且所述多个顺流混合段413具有与第二部分孔口421相关的顺流混合装置417。在本实施例中，托盘台板403包括两个台阶下降区域，所述两个台阶下降区域包括顺流混合段413。包括第二部分孔口421的两个台阶下降区域相对于其中顺流混合段中的液体压头水平441高于横流混合段中的液体压头水平440的孔口提供了液体/泡沫压头水平差。
如图1和图4所示，顺流混合段能以与托盘台板上的流动路径成斜角或垂直的角度设置的排对准。此外，如图4所示，沿着托盘台板403的流动路径的液体/泡沫水平可进一步地或替代性地通过利用中间堰或出口堰409来控制。图4所描绘的两种堰409被选择成以便在允许相应混合段411、413中的液体压头水平差的同时维持均匀的液面402。在其他实施例中，出口堰可被选择成使得，在仍然相对于混合段411、413中的孔口维持液体压头水平差时，最终顺流混合段中的液面水平比托盘上的段的余部（balance）的液面水平低。
堰409可被选择成是其中液体仅溢出顶部的实心结构，或者它们可被选择成具有孔隙或狭缝，其中液体溢出顶部和/或穿过堰409内的狭缝或孔隙溢出。在优选的实施例中，混合托盘具有其中液体溢出到托盘台板的降液管段中的带狭缝或孔隙的出口堰以及其中液体从上方溢出到托盘台板的不同段中的实心中间堰。
取决于塔的尺寸(例如，直径)以及因此托盘的尺寸，优选的是，可包括超过一个的顺流混合段和超过一个的横流混合段(如图4所示)。然而，在有些实施例中，仅存在一个顺流混合段(如图1所示)。在有些优选的实施例中，顺流混合段是液体最终溢出到托盘的降液管段中并移动至托盘下方之前的沿着托盘的流动路径的最终汽液混合段。在其他优选的实施例中，顺流混合段设置在托盘台板的所有横流混合段的下游。
在图5A中描绘了相对于顺流和横流混合段中的孔口提供液体/泡沫压头水平差的替代性方式。图5A所示的混合托盘501采用了孔口延伸管542，所述孔口延伸管542设置在横流混合段511中的第一多个孔口520a中，或围绕横流混合段511中的第一多个孔口520a设置。孔口延伸管可以是在直接覆盖/围绕相关的一个或多个孔口的位置处固定至(例如，经由螺栓、焊接、铆钉和/或卡扣配合连接等)托盘台板的导管或管道。孔口延伸管542允许孔口520a(例如，汽液界面)延伸到新的位置/孔口520B，所述新的位置/孔口520B在托盘台板503与液面502中间。上述所有横流混合装置可任选地与新延伸的孔口520B相关。孔口延伸管542的使用通过相对于第二部分孔口物理地改变第一部分孔口的高度来提供横流混合段513与顺流混合段511之间所需的液体压头水平差540, 541。该实施例允许单高度托盘台板的制造，其中没有上述中间或终端台阶下降区域。替代性地，该实施例允许翻新当前工业塔中在使用的现有托盘台板(例如，基本筛盘)，以便给那些塔和在其中的一个或多个托盘提供在此描述的益处。例如，一旦现有的塔被设计并制成，那么就能向客户或服务提供者提供横流混合装置517和孔口延伸管542，用于安装到塔中。
图5A示出了另一实施例，其中顺流混合装置517包括流出液体收集颈圈544。颈圈544围绕导管，并设置成将离开导管的液体收集并引导至沿托盘台板503的液体流动路径进一步向下的位置或不同的段(例如，朝着或直接进入降液管出口段)，并且能用于促进沿着托盘台板的液体流动。在该实施例中，颈圈544能用于将已与顺流混合装置/段中的蒸汽接触的液体提供至下游段，从而防止“已接触的”液体成为仍然进入顺流混合装置的组合的液体/泡沫。
图5B示出了相对于顺流混合段513和横流混合段511中的孔口提供液体压头水平差的另一方式。混合托盘501采用覆盖/包围横流混合段511中的第一多个孔口520a的封闭孔口延伸盒544。孔口延伸盒544本身在其顶表面中具有孔口520b，所述孔口520b有效地允许孔口/汽液界面从孔口520a/托盘台板503到在托盘台板503与液面502中间的新的位置/孔口520B的延伸。上述所有横流混合装置可任选地与新的延伸孔口520B相关。孔口延伸盒544在直接覆盖相关孔口520a的位置处固定至(例如，经由螺栓、焊接、铆钉和/或卡扣配合连接等)托盘台板。孔口延伸盒544的使用通过在托盘台板上提供台阶上升区域来提供横流混合段513与顺流混合段511之间所需的液体/泡沫压头水平差。与图5A所描绘的实施例一样，本实施例允许单高度托盘台板的制造，其中没有上述中间或终端台阶下降区域。相似地，该实施例允许当前工业塔中在使用的现有托盘台板(例如，基本筛盘)的翻新，以便给那些塔和托盘提供在此描述的益处。
在图6中描绘了相对于顺流和横流混合段中的孔口提供在此描述的液体压头水平差的另一方式。如该实施例所示，能采用具有不同高度和/或其他功能特征(例如，孔隙或狭缝)的堰609的组合。如图6所示，顺流混合段613位于横流混合段611的上游，并具有比横流混合段611大的液体压头水平。这通过相应段由较高的和/或实心的中间堰和较矮的和/或带孔隙或狭缝的出口堰的分离来实现。
图7A和图7B示出了用于相对于顺流混合段713和横流混合段711中的孔口提供在此描述的液体压头水平差的附加实施例。如该实施例所示，能采用具有不同高度和/或其他功能特征(例如，孔隙或狭缝)的堰709的组合，以提供段711、713之间的液体/泡沫压头差。顺流混合段713位于横流混合段711的上游，并具有比横流混合段711大的液体压头水平。这通过相应段由较高的和/或实心的中间堰和较矮的和/或带孔隙或狭缝的出口堰的分离来实现。在图7B中的顺流混合装置717包含填充材料的同时，在图7A中，顺流混合装置717包含惯性分离装置。在图7A和图7B中，顺流混合装置717只包含流体出口，或者包含与液体收集颈圈744结合的流体出口，所述液体收集颈圈744引导离开顺流混合装置717的液体越过中间堰709并到达托盘的下游段(例如，引导至逆流混合段711)。在这些实施例中，要求进入顺流混合段713的所有液体/泡沫(例如，经由如这些图所示的入口降液管)穿过顺流混合装置717。在顺流装置中液体与蒸汽接触之后，该液体离开并被引导至下游段，从而防止其与等待进入顺流装置717或由顺流装置717处理的液体/泡沫重新组合。
在不被特定的机制约束的情况下，目前描述的混合接触托盘的使用被认为允许托盘上或通过托盘的蒸汽与液体的增强的界面接触，并在维持或提高效率的同时允许更高的操作容量。还认为的是，顺流混合段和装置的使用有效地降低了托盘台板上的泡沫含量，从而进一步允许提高的操作容量。
在本图所示的实施例中，托盘在其上具有单个液体流动路径。在仍然根据本发明的其他实施例中，托盘可在其上具有超过一个的液体流动路径(例如，托盘可具有超过一个的入口降液管段和/或超过一个的出口降液管段)。例如，托盘可具有：两个或更多个入口降液管段，其朝着托盘的外周设置，用于接收来自托盘上方的液体；以及一个或多个出口降液管段，其朝着托盘的内部设置，以将液体提供至托盘下方。在另一示例中，托盘可具有：一个或多个入口降液管段，其朝着托盘的内部设置，用于接收来自托盘上方的液体；以及两个或更多个出口降液管段，其朝着托盘的外周设置，以将液体提供至托盘下方。在这些示例中，每个托盘具有在相应入口降液管段与相应出口降液管段之间延伸的超过一个的液体流动路径。托盘上的至少一个液体流动路径、并且更优选地全部液体流动路径包含如在此所描述的横流和顺流混合段。
质量转移塔及操作方法：
本发明的混合接触托盘旨在用于质量转移塔中。因此，在另一方面中，本发明提供了包括一个或多个根据在此描述的任一实施例的混合接触托盘的质量转移塔。一个或多个托盘沿着塔的高度以间隔开的构造水平布置，使得液体从塔中较高处在其一个或多个入口降液管段处进入托盘，并在其出口降液管段处离开托盘，到达该塔中较低的位置。一个或多个混合接触托盘能可任选地与填充材料/段结合、和/或与诸如仅具有横流混合段(例如，筛盘、阀盘和/或罩盘等)的那些托盘和/或仅具有顺流混合段的那些托盘(例如，具有诸如在此描述的那些装置的顺流混合装置的托盘)的其他类型的托盘结合地用在塔中。在优选的实施例中，塔具有多个水平设置的接触托盘，其中，这些托盘的至少50%、例如至少75%、和可任选地100%，包括根据在此描述的任一实施例的混合托盘。
本发明的混合托盘能沿着塔的高度以两个或更多个混合托盘的水平分组的形式布置在塔内，或以不同类型的托盘和/或填充段交替的方式布置在塔内。在塔具有超过一个根据本发明的混合托盘的情况下(例如，在若干个混合托盘以水平分组的方式布置的情况下)，这些混合托盘能具有彼此不同的特性(例如，不同的液体流动路径和/或方向；液体流动路径内的不同构造的混合段，以便使混合段和/或装置竖直偏移；设置在混合段中的不同数量的孔口；填充导管中的不同的填充材料；不同的堰高度；以及不同的流体出口构造等)。例如，在混合接触托盘具有从入口降液管段到出口降液管段的单个液体流动路径的情况下，混合托盘可彼此交替或与其他类型的托盘交替，使得一个托盘的出口降液管段将液体提供至托盘下方的入口降液管段，以提供向下通过塔的总体上曲折的液体流动样式。在其中托盘具有超过一个的液体流动路径(例如，超过一个的入口和/或降液管段)的另一示例中，托盘优选交替，以便将液体从具有朝着托盘的内部设置的一个或多个出口降液管段的托盘提供至具有朝着托盘的内部设置的入口降液管段的托盘下方。
在另一实施例中，能翻新现有的传统质量转移塔，以包括一个或多个根据在此描述的任一实施例的混合接触托盘。翻新现有塔的决定能够被作出，以在不必引起整个塔的设计和置换的成本的情况下增加塔的容量。
本发明还提供了从一个或多个供给流产生顶流和底流的方法。能向塔提供或从塔去除诸如副产品流或辅助供给流的其他流。该方法包括将一个或多个供给流引至具有根据在此描述的任一实施例的水平设置混合接触托盘的质量转移塔的第一步骤。第二步骤包括在塔内足以形成顶流和底流的操作条件下处理一个或多个供给流。
质量转移塔的操作在本领域中是熟知的，并且操作条件不特别地受限制。在一个实施例中，发明人已发现，在此描述的混合接触托盘在操作于高压下的塔中特别有用(例如，在塔和/或供给流被加压的情况下)。术语“高压”在此被理解为意味着操作压力高于正常大气压力(例如，高于1绝对大气压的压力)。在有些实施例中，操作压力大于2绝对大气压，大于5绝对大气压，或大于10绝对大气压。在不被特定的机制约束的情况下，在高压下操作的塔被认为更加可能在水平设置的托盘上具有泡沫累积。本发明的混合接触托盘、并且尤其是顺流混合段和装置的使用，尤其对于泡沫通过其分离成为其组成部分的最小化特别有用。这允许每个混合接触托盘以及在塔本身中的更大的效率和材料吞吐量。此外，本混合托盘的使用、并且尤其是顺流混合段和装置的使用，在不增加操作成本或降低效率的情况下允许通过托盘和塔的增强的蒸汽流动。
贯穿说明书对“一个实施例”、“另一实施例”、“实施例”、“有些实施例”等的参考意味着，结合实施例描述的特定元件(例如，特征、结构、性能和/或特性)被包括在本文描述的至少一个实施例中，并且可以或可以不存在于其他实施例中。另外，应理解的是，所描述的元件可以任何合适的方式与各种实施例中的任何其他实施例组合。