专利名称：汽－液接触盘及其使用方法
技术领域：
本申请涉及质量传递和热交换柱，并且更加特别地，涉及在这种交换柱中使用的汽-液接触盘。
背景技术：
目前已经研制出了各种类型的汽-液接触盘来促进质量传递和热交换柱中上升蒸气流和下降液体流之间的接触。多个这种盘通常以水平延伸并且竖直间隔开的方式放置在交换柱的开放内部区域中。这些盘包括具有开口的接触区域或有效区域，这些开口允许蒸气向上通过盘板面从而与流动穿过盘板面上表面的液体进行相互作用。发生在盘板面有效区域上的汽-液相互作用形成泡沫，该泡沫有利于实现所希望的质量传递和/或热交换。大多数类型的盘还包括被称为下水管的更大开口和相关结构，这些下水管可以在液体与上升蒸气进行相互作用以后将它们从盘板面上移除掉。这些液体通过下水管被向下引导至下方盘上一个通常无孔的液体接收或入口区域上。
授权给Sheinman的美国专利5,626,799中描述了一种类型的汽-液盘，该汽-液盘用于高容量和高效率的应用。该专利中描述的这种盘使用多个从盘板面向上延伸的圆柱筒。直径较小的下水管从中心处设置在每个圆柱筒内，用来从上方盘移除液体并将其排到圆柱筒内的盘板面上。涡旋叶片设置在盘板面中以使蒸气按涡旋运动的方式上升通过盘板面。由于涡旋蒸气与已经从下水管排出的液体接触，因此它将产生有力的汽-液相互作用，这种相互作用可以带来较高的分离效率。涡旋蒸气还会使液体飞溅到圆柱筒的内表面上，在这里它将穿过设置在筒壁上的竖直和水平槽。然后液体下降到盘板面上并且进入下水管入口然后流到下一个下方盘上。蒸气离开圆柱筒的开口顶部并且随后穿过上方盘板面中的涡旋叶片。
虽然在Sheinman专利中描述的盘与其它类型的汽-液接触盘相比具有显著的优点，但它仍需要进行更多的改进。
发明内容
在一个方面，本发明的目的在于提供一种汽-液接触盘，该汽-液接触盘具有盘板面和至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒，该盘板面具有至少一个开口和多个蒸气通道，该开口用于从上表面移除液体，该蒸气通道用于允许蒸气通过盘板面向上流动从而与盘板面上表面上的液体进行相互作用。下水管被插入到每个筒中以用作液体通道，并且该下水管具有接收液体的上入口和位于盘板面上方的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上。该盘还包括多个偏流器叶片，该叶片设置在盘板面上方以引导上升进入筒内的蒸气进行涡旋运动。盘板面还可以包括安放在下水管下端的套筒，该套筒用来使下水管出口在盘板面上方间隔开一段固定的距离。位于被筒周壁包围的盘板面部分中的蒸气通道是筛孔、阀、形成于盘板面中的有角度叶片之间的开口、或其它类型的蒸气通道。有角度叶片可以冲压到多个叠放板中。当设置有多个筒时，它们可以具有两种或更多种尺寸。此外，偏流器叶片的朝向可以设置成在选定的筒中引导蒸气进行相反的旋转流动。偏流器叶片可以连接到筒的周壁上。下水管入口可以具有比下水管出口大的水平横截面。下水管出口下方的盘板面入口区域还可以升高，并且可以将蒸气通道设置在连接入口区域和下方盘板面的壁上。筒的周壁包含具有预选的构造和布置的液体通道。在一个实施例中，液体通道被设置成在周围盘板面上的液体平面上方，并且被构造成两排或更多排的三角形百叶(louver)。
在另一个方面，本发明的目的在于提供一种在使用上述汽-液接触盘的质量传递交换柱中混合蒸气流和液体流的方法。本发明的目的还在于提供一种包含这种盘的质量传递交换柱。
下面说明的附图组成了说明书的一部分，并且应当与说明书结合起来进行理解，在这些附图中相似的附图标记被用来表示各图中的相似部分，并且其中图1是交换柱的垂直剖面侧视图，示出了位于该交换柱开放内部区域中的本发明的接触盘；
图2是沿图1中2-2线的接触盘水平剖面的缩小顶部平面图，该接触盘包括了圆柱筒和下水管；图3是与图2所示相似的一个顶部平面图，但示出了偏转器叶片的一种可选设置；图4是位于一个下水管入口中的旋转引导元件的不完全顶部平面图；图5是沿图1中5-5线的接触盘的不完全顶部平面图，并且示出了盘板面有效区域中的多个筛孔；图6是筒周壁的不完全侧视图，并且示出了三角形液体通道；图7是图6所示筒周壁的竖直剖面图；图8是筒周壁的不完全侧视图，示出了液体通道的一个可选实施例；图9是图8所示周壁的竖直剖面图；图10是筒周壁的不完全侧视图，示出了液体通道的又另一个实施例；图11是图10所示周壁的竖直剖面图；图12是接触盘的不完全侧视图，示出了本发明的附加特征；图13是下水管竖直剖面的不完全侧视图，示出了下水管出口处的水平排出板；图14是接触盘的不完全顶部平面图，示出了下水管入口的一个可选实施例；图15-17是示出了下水管各种变化的不完全侧视图；图18是具有流线的接触盘顶部平面图，该流线代表在每个筒内液体被引导旋转流动的方向；图19是汽液接触盘的透视图，稍稍示意性地示出了捕捉环；图20是汽液接触盘的不完全侧视图，示出了捕捉锥部；图21是流动偏流器叶片的侧视图；图22是板布置的分解图，该板包括蒸气通道和叶片，用来放置在筒周壁的下边缘中；图23是筒一个可选实施例的透视图；图24是液体接触盘一个可选实施例的不完全侧视图，该接触盘具有升高的入口区域；图25是图12所示液体接触盘一个可选实施例的不完全侧视图。
具体实施例方式
现在参照附图来进行更加详细地说明，首先参照图1，适于在质量传递和热交换过程中使用的交换柱通常以附图标记20表示。交换柱20包括通常为圆柱形构造的直立外壳22，但其它构造，包括多边形构造也是可能的，并且也落入本发明范围之内。外壳22具有任意合适的直径和高度，并且由一种或多种合适的刚性材料制造，这些材料优选地对于交换柱20中的流体和环境不起反应，或者相反与之相适应。
交换柱20的类型是用来处理流体流，典型地为液体和蒸气流，以获得分馏产品和/或另外产生流体流之间的质量传递或热交换。交换柱20的外壳22限定出了开放的内部区域24，所希望的流体流之间的质量传递和/或热交换发生在该内部区域24中。通常，流体流包括一个或多个下降的液体流和一个或多个上升的蒸气流。作为另一种选择，流体流可以是多个液体流或一个气体流和一个液体流。
流体流可以通过任意合适数目的输送管导入到交换柱20中，这些输送管设置在沿交换柱20高度的合适位置处。还可以理解，一个或多个蒸气流可以在交换柱20中产生，而不是通过输入管中的一个导入交换柱20中。交换柱20还典型地包括用来移除蒸气产品或副产品的塔顶馏出管和用来从交换柱20移除液体产品或副产品的底部流移除管。各种输入和移除管，以及其它典型存在的交换柱部件例如回流管、再沸器、冷凝器、蒸气导板以及类似物，都没有在附图中示出，因为它们实质上都是已知的并且对于理解本发明来说不是必需的。
根据本发明，多个水平延伸的接触盘26以竖直间隔开的方式设置在交换柱20的开放内部区域24中。接触盘26包括由单个面板30构造成的盘板面28，该面板30具有向上翻转的凸缘32，凸缘32沿着面板30的相对侧设置以便于使用合适的紧固件(未示出)来连接相邻的面板30。接触盘26还包括多个间隔开的圆柱筒34，该筒34从盘板面28向上延伸并且由盘板面28支撑。每个筒34的顶部和底部都开放，并且该筒34由圆柱形周壁36形成，该周壁36的上边缘38在上方盘板面28的下方间隔开一段预选距离。可以理解，除了圆柱形以外的构造也可以用于一些或所有的筒34。具有向下弯曲横截面的环形挡板40在筒34上边缘38的上方稍稍间隔开，用来捕集沿着筒34内表面向上流的液体，并且使其改变方向在筒34的外侧向下流动。每个筒34的周壁36还包括液体通道42，该液体通道42允许液体从筒34内向外穿过周壁36。为了让蒸气进入筒34中从而与其中的液体进行相互作用，在盘板面28上由每个筒34下边缘45限定的部分内设置有蒸气通道44。
液体通过多个下水管46输送给筒34，该下水管46插入盘板面28上的筒34之中，并且用作液体通道，该液体从一个接触盘26的盘板面28上移除并且被输送到下方接触盘26中一个的盘板面28上，通常是正下方的接触盘26。每个下水管46都包括通常为圆柱形构造的壁48，并且具有围绕着上方盘板面28上的开口52(图14-17)的上入口50，以及在下方接触盘26的盘板面28上方间隔开一段预选距离的下入口54。下水管入口50优选地设置在与盘板面28上的周围筒组34等距的地方。竖直相邻盘上的下水管46和筒34的设置方式是，每个下水管46都从一个盘板面28向下延伸并且从中心处设置在下方盘板面28上的筒34中的一个内。通过这种方式，下水管46从一个盘板面28上移除液体并且将其向下输送到下方盘板面28上的筒34中。
再来看图2进行补充，多个涡旋引导偏流器叶片56连接到每个下水管48的外表面上并且从该外表面径向向外延伸。偏流器叶片56位于盘板面28上方的预选距离处，并且选择竖直布置，从而在通常的操作条件下偏流器叶片56将被设置在接近泡沫水平面的地方。偏流器叶片56具有径向的长度，该长度小于下水管壁48和筒34周壁36之间的径向距离，从而在偏流器叶片56的外端和周壁36之间存在着环形间距。偏流器叶片56沿着圆柱形下水管壁48的圆周间隔开，并且与水平面成一定角度延伸以引导在相关筒34中上升的蒸气进行涡旋离心运动。这种上升和涡旋的蒸气使得筒34中的液体被抛到每个筒34周壁36的内表面上并且被沿着该内表面向上提升。
从图3可以最清楚地看出，偏流器叶片56不需要连接到下水管壁48上，而是可以从筒34的周壁36径向向内延伸。在这个实施例中，偏流器叶片56的径向外端直接连接到筒34的周壁36上，从而消除了周壁36处的任何开放环形空间，这种空间会允许蒸气和液体绕过偏流器叶片56。偏流器叶片56的这种方式的布置加强了施加给上升蒸气的涡旋作用，因为大部分蒸气流都是靠近筒周壁36的。将偏流器叶片56连接到周壁36可以带来额外的好处，即可以将被蒸气提升的液体汇集成离散流，这种离散流可以更好地抵抗不希望发生在蒸气流中的液体再飞散。撞击偏流器叶片56的液体还可以沿着叶片56径向向外行进至周壁36上，从而减少了再飞散的可能。
现在参照图1和图5，蒸气通过蒸气通道44进入筒34中，该蒸气通道44设置在盘板面28上位于每个筒34圆周内的区域上。每个下水管出口54下方的入口区域58通常为无孔的并且没有设置蒸气通道44，从而从下水管46向下排出的液体的力不会使液体通过盘板面28漏出。在以前，认为有必要在蒸气通过盘板面28进入筒34时给它施加水平和切向的流动矢量，从而可以将从下水管46排出的液体向外推和靠着筒周壁36的内表面向上推。于是在盘板面28中形成径向延伸的叶片来所需的蒸气流动矢量。然而，已经发现在足够高的液体流动速率下，蒸气不能引导液体进行明显地涡旋，而质量传递效率没有因缺少涡旋运动而受到不利影响。与以前的实际情况相反，现在可以相信在某些应用中盘板面28中的径向延伸叶片是不必要的，并且可以由图5所示类型的简单筛孔59所替代。通过将蒸气通道44制成合适尺寸的筛孔59，该孔可以为圆形、椭圆形、正方形、矩形或其它形状，盘板面28的制造成本可以降低，并且可以通过使用更小的筛孔59来减少通过盘板面28漏出的液体。此外，筛孔59产生出具有更大总表面积的更小蒸气泡，从而泡沫质量，即汽-液相互作用，也得到了加强。使用筛孔59的另外一优点是，与现有的径向延伸叶片相比穿过盘板面28的压力降被减少。筛孔59通常以任意合适的图案和密度设置在盘板面28上位于筒34内的区域中，但是在直接位于下水管出口54下方的入口区域58上，这些孔则被省略掉。盘板面28上位于筒34外部的区域通常没有包括蒸气通道，这样所有的或基本所有的上升蒸气必须通过筒34向上流动。
作为将蒸气通道44制成简单筛孔59的另一种选择，可以使用各种固定的或可移动的阀(未示出)。这些阀同样可以按照给离开下水管出口54的液体提供径向或切向推力的方式进行排列和/或构造。阀的位置将按照与上述筛孔相同或相似的方式进行布置。
在图24示出的另一个实施例中，下水管46被缩短并且无孔入口区域58被升高高于盘板面28平面一段预选距离，从而可以通过允许蒸气在盘板面28上位于入口区域58下方的部分中流动来增加盘板面28的有效区域。升高的入口区域58通过可选的穿孔竖直壁59来保持在合适的位置，该竖直壁59为圆柱形或其它所需形状的构造。作为另一种选择，入口区域58可以通过其它支撑结构(未示出)来保持在合适的位置。位于升高入口区域58下方的盘板面可以是开放的或者穿孔的，并且下水管出口54可以完全开放或者由随后参照图13描述类型的穿孔板部分地封闭。通过盘板面28上位于升高入口区域58下方的区域向上流动的蒸气撞击入口区域58的下侧，并且被有利地改变方向在径向向外的方向上水平地流动。
从图1可以最清楚地看出，筒34周壁36上的液体通道42包括圆周槽60，该槽60位于高于下水管出口54一段预选距离的水平面上，并且两组竖直延伸槽62和64设置在圆周槽60的上方。最下面一组槽62被布置成彼此并排间隔开并且相互平行，并且围绕着周壁36的圆周排列。最上面一组槽64同样被布置成彼此并排间隔开并且相互平行。最下面的槽62通常要比最上面的槽长，但不是必须这样。
已经发现在较高的液体流动速率或其它导致液压头建立在筒34外部的盘板面28上的条件下，液体可能会被迫通过圆周槽60返回到筒34中。这种情况一般是不希望发生的，因为这会减少接触盘26的液体容量和分离效率。为了防止或减少这种不希望发生的液体进入筒34的运动，液体通道42优选地设置在高于周围盘板面28上的液平面。为了促进生产效率，可以使用垫圈或其它装置(未示出)来封闭这些位于液平面下方的流体通道42。作为另一种选择，不想要的流体通道42，例如圆周槽60和，可选地，最下面的竖直槽组62，可以在制造筒34的过程中简单地省略掉。因此，在一些应用中，将仅仅使用最上面的竖直槽组64来允许液体离开筒周壁36，而在其它的应用中，最上面和最下面的的竖直槽组64和62都将存在。仍是在又一中变化中，同样可以使用圆周槽60，但是它将被升高到高于周围盘板面28上的设计液平面。
沿着筒34周壁36的内表面上升的液体一部分会由于槽62和64之间的间隔而没有进入竖直槽62和64中的任意一个。虽然该液体中的一些被挡板40捕捉到并且被改变方向在筒34的外侧向下流动，但该液体的其它部分将再飞散入蒸气中。这种再飞散是不希望发生的，因为它会减少接触盘26的容量和效率，为了减少液体绕过液体通道42的机会，本发明考虑按以下方式构造和布置液体通道42，即沿着没有包含至少一个液体通道42的筒周壁36的中部和上部设置很少或不设流动通道。例如，如图6实施例所示，液体通道42包括两排或更多排的三角形开口66，这些三角形开口的顶点朝下。一排中的开口66偏离竖直相邻排中的开口67并且对其尺寸进行设置，从而使得液体如果没有被一排或两排中的至少一个开口66和67的一部分截取，就不能沿直线向上行进，无论该直线是竖直的还是与竖直方向成某个角度。可以理解可以使用多排开口66和67，并且在每一排的开口之间可以设置更大的间距。增加每一排中开口66和67之间的间距通常是希望的，因为太多的开口区域会削弱周壁36的机械强度。
如图7所示，三角形开口66和67还可以形成百叶，其中优选地通过冲压开口66或67形成的偏流器68与开口66和67的一些或全部相关联。该偏流器68优选地形成向下导向的出口，从而使通过开口66和67离开筒34的液体撞击偏流器68，并且被改变方向向下到达盘板面28上位于筒34外的部分。偏流器68可以仅沿着它们的上边缘连接到周壁36上，或者沿着它们的上边缘以及它们一个或多个侧边的一部分或全部连接到周壁36上。
液体通道42还可以构造成除图6所示的三角形开口66和67以外的形状。例如，液体通道42可以是多排的形式，或者是如图8和图9所示的其它设置，其中流体通道42为具有弯曲偏流器68的圆形开口70，或者是如图10和11的设置，其中流体通道42为具有偏流器68的槽71，该偏流器68沿水平延伸或者与竖直方向成某个其它角度地延伸。液体通道不限于附图中示出的特定实施例，而是包含了可以防止液体沿直线流道上升而不与至少一个流体通道42相遇的其它构造。
从下水管出口排出的液体通常会以一个向下的冲量撞击无孔入口区域58，并且因而被改变方向沿着径向或切向流道水平流动。然后水平流动的液体与通过蒸气通道44上升的蒸气混合从而形成泡沫。如前面所提到的，已经明确不一定需要利用蒸气的水平和径向或切向流动矢量来推动液体向外到达筒34的周壁36上。在一些应用中，可能会希望在液体离开下水管出口54时引导它进行切向或旋转运动，从而使它在朝着周壁36横穿盘板面28时沿曲线流道行进。通过沿着曲线而不是径向流道行进，液体可以行进更长的距离并且可以与蒸气接触和相互作用更长的时间，从而加强了发生在汽相和液相之间的质量传递和/或热交换。如图4所示，可以通过设置旋转引导元件72来引导这种旋转的液体运动，该元件72包括下水管出口54中的多个径向延伸的导向叶片74。该导向叶片74可以是平面的或者弯曲的，并且该叶片的一些或全部的至少一部分或整体与竖直方向成一个角度地延伸。
液体必须以足够的量离开下水管54来提供动态密封，从而阻止蒸气通过出口54进入下水管46中。然而，太多的液体流经下水管46会使液体倒退回下水管46中并且导致接触盘26的淹没。因此，可用于液体从下水管排出的开口区域必须被小心地控制以提供所需的动态液体密封并且不会导致有害的淹没。当该开口区域由下水管出口54和盘板面28之间的竖直间隙所限定时，则保持一致的间隙可能是很困难的，因为盘板面28在有些地方会下垂、支撑接触盘26的环可能在竖直方向上没有对准、以及在各种盘部件中会存在因制造差异造成的尺寸偏差。一旦接触盘已经安装好，则使用可调节裙形架来调整这些间隙就存在问题，因为很难接近已安装好的盘26。为了克服这个问题，在图12示出的本发明的一个实施例中，套筒76通过多个竖直腿77在盘板面28上位于每个筒34内的入口区域58上方间隔开一段预选距离，该竖直腿77在盘板面28和套筒76之间延伸并且固定到盘板面28上。套筒76具有稍大于下水管46外径的内径，从而下水管46的下端可以紧密地容放在套筒76中。因此该套筒76用作下水管46的延伸部分，并且可以对下水管出口54和盘板面28之间相对定位的任何偏差进行补偿。套筒76具有足够的竖直尺寸来补偿下水管出口54和入口区域58之间相对定位的预期偏差。套筒76被设置成其下边缘高于盘板面28一段预选距离，从而可以在下水管出口54和盘板面28之间提供所希望的固定间隙或开口区域来让液体从下水管54离开。通过这种方式，即使下水管54本身的出口54距离盘板面28大于设计规格所需的距离，液体也可以通过固定套筒76下方的设定开口区域离开。在图25示出的一个可选实施例中，支撑腿77被省略掉，套筒76被固定到下水管46上，并且套筒76具有足够的竖直长度以使其支撑在下方的盘板面28上。套筒76的底部被无孔入口区域58封闭或者，更加优选地被固定到套筒76底部的单独无孔板78封闭，而不是将液体排到该套筒76底部之外。具有预选开口面积的排出开口79设置在套筒76的侧壁上，以允许液体按所希望的水平流动方向离开下水管46。因为排出开口79的开口面积是固定的并且不受下水管出口54和盘板面28之间间距变化的影响，因此减少了下水管46被淹没或者蒸气进入下水管46的机会。
如图13所示，用于液体从下水管46排到盘板面28上的开口区域同样也可以通过放置水平延伸板80来固定，该板80包含一个或多个穿过下水管出口54的开口82。开口82的总面积为预选的并且示固定的，因此液体可以聚集在下水管46中从而形成防止蒸气进入的动态密封，并且不会导致接触盘26的淹没。开口82可以简单地为筛孔，或者可以为固定的或浮动的阀。当蒸气试图进入下水管出口54时，该浮动阀向上移动并且关闭。
通过相对于下水管出口54增加下水管入口50的尺寸，可以增加下水管46的液体处理容量。如图14到17所示，这可以通过各种方式来实现。在图15中，下水管壁48从较宽的入口50朝着较窄出口54向内均匀倾斜。在图16中，下水管壁48的较宽上段84和较窄下段86通过倾斜的中间段88连接到一起。上段和下段84和86可以独立地为圆柱形、正方形或其它形状的横截面。在图17中，上段84和下段86通过使用直角边缘90连接成阶梯状。从图14中可看出，将下水管46的上段84制成正方形横截面可以允许入口50在圆柱筒34之间的可用间隔中占据更多的盘板面28。
从图18可看出，穿过盘板面28排列的筒34不需要都是相同的尺寸或构造。一些筒34可以小于其它的筒以更好地利用盘板面28上的可用空间。较小的筒34还不需要具有与较大的筒34相同的构造。例如，较小的筒34可以是简单的涡旋管或其它传统的接触装置。筒34中液体和蒸气的旋转流动的方向还可以在筒34中改变。这可以通过各种方式来实现，例如通过改变选定筒34中旋转引导元件72的导向叶片74的朝向、通过改变通过盘板面28进入选定筒34的蒸气的旋转方向、和/或通过改变选定筒34中偏流器叶片56的朝向。在一个优选实施例中，对每个围绕同一个下水管入口50的筒组的每个筒34中的旋转流动方向进行选择，使其有助于液体流入下水管入口50中。在供给同一入口50的四个筒34的组中，每个筒34中的蒸气和液体旋转方向与相邻筒34中的一个相同，而与另一个相邻筒34相反。这种设置通过顺时针和逆时针液体流线92示意性地表示出来。
上翻转凸缘32抑制了液体在盘板面28上的混合和移动，并且限制了盘板面28上适于放置筒34的位置。沿着凸缘32长度设置间隔开的开口94(图12)，从而允许液体穿过凸缘32来与凸缘32相对侧的液体进行混合。允许更大量地混合液体和允许更加灵活地设置筒4的另一途径是，将盘面板30构造成使凸缘32在盘板面28的下面向下延伸。在一个实施例中，凸缘32的构造方式是，使它们互锁并且可以不需要安装件进入盘面板30下侧就可以进行安装。这可以通过在每对凸缘32的一个上设置槽并且在该对凸缘32的另一个上设置互锁啮合爪来实现。一般使用可移除的锁定紧固件，例如螺母和螺钉紧固件来连接盘面板，从而可以防止面板30的分离。这种设置中的悬垂凸缘32可以提供额外的好处，即可以用作液体捕捉表面，当蒸气在下方接触盘26的筒34和上方盘板面的蒸气通道44之间行进时，上升蒸气中的一些将触及该表面。于是，与凸缘32接触的蒸气中夹带的液体的一些或全部将收集在凸缘32上并且从蒸气流中分离。
如图19中大致示意性示出的，液体的捕捉还可以通过在盘板面28的下面放置圆环96来实现，该圆环96与盘板面28上面的一个或多个筒34垂直对准。环96优选地具有与相关筒34相同的直径，但是如果需要的话也可以具有更大或者甚至是更小的直径。环96用来扰乱蒸气的水平流动并且用作撞击表面，该表面有助于从蒸气流中捕捉液体。可以使用局部环而不是完整的环来进行液体捕捉，即将一个筒组34的环形段连接起来形成一个整体结构。在另一种变化中，如图20所示，可以通过在一些或所有的筒34上设置倒锥体98来减少液体的夹带。锥体98可以固定在上方盘板面28的下表面上并且具有中间开口，该开口的尺寸允许下水管穿过锥体98向下延伸。
当蒸气通道44包括如图20所示的径向延伸的有角度叶片100时，则如图21所示，可以通过缩短每个叶片100的前缘102的水平尺寸来减少穿过叶片100的压力降。如图22所示，通过使用弯曲叶片104可以进一步减少压力降，该弯曲叶片104具有材料厚度与叶片104相同的前缘106。弯曲叶片104还提供了变窄的流道108，该流道108可以增加蒸气的速度并且可以提供更好的泡沫质量。叶片104可以焊接到中间毂和间隔开的环上，或者如图22所示，叶片104可以在多个板110上冲压出来，然后将这些板110彼此接触地叠放(superimpose)，以提供所需数量的叶片104以及所需的单个叶片104之间的间距。
来看图23，筒34可以设计成蛤壳形，这种设计使筒34可以更加易于装配和拆卸。通过使用可移除紧固件114将两个或更多段112结合到一起来形成筒34，可以使筒34围绕着已经安装好的下水管46来进行装配，还可以围绕着已装配好的下水管46将其移除。筒34包括接合销钉类型的安装件116，该安装件116使筒34可以容易地固定到盘板面28的槽中。同样还可以使用其它的安装装置。
从前面的描述可以看出，本发明很好地实现上文所提出的所有目标和任务，并且还具有该结构所固有的其它优点。
应当明了，某些特征和子组合是有用的，并且不用参考其它的特征和子组合就可以使用。这些由权利要求来考虑并且落入权利要求的范围之内。
由于在不脱离本发明范围的情况下，本发明可以具有许多可能的实施例，因此应当明了本文中提出的或者附图中示出的所有事物都是用来进行举例说明，而不是用来进行限制。
权利要求
1.一种汽-液接触盘，包括具有至少一个开口和多个蒸气通道的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该蒸气通道用来允许蒸气通过盘板面向上流动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒，所述筒设置成包围至少一些所述蒸气通道；至少一个在所述至少一个筒中向下延伸并且用作液体通道的下水管，所述下水管具有用于接收液体的上入口和在盘板面上方间隔开的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；以及多个偏流器叶片，该叶片在至少一个筒内设置在盘板面上方，并且被定向成引导在该至少一个筒内上升的蒸气进行涡旋运动，其中所述蒸气通道从筛孔和阀中进行选择。
2.根据权利要求1所述的接触盘，其中位于下水管出口下方并且与下水管出口垂直对准的所述盘板面的区域为无孔区域。
3.根据权利要求1所述的接触盘，其中蒸气通道是筛孔。
4.根据权利要求1所述的接触盘，其中蒸气通道是阀。
5.根据权利要求1所述的接触盘，其中偏流器叶片连接到所述至少一个筒的周壁上。
6.根据权利要求1所述的接触盘，还包括位于盘板面平面上方和下水管出口下方的升高入口区域，所述升高入口通过包含蒸气通道的壁连接到盘板面上。
7.根据权利要求6所述的接触盘，其中升高入口区域为无孔区域。
8.根据权利要求1所述的接触盘，其中至少一个筒的周壁具有一个或多个允许液体离开筒的液体通道，其中该液体通道设置成位于周围盘板面上的液体平面上方。
9.根据权利要求8所述的接触盘，其中沿着筒周壁中间部分和上部分的液体通道包括两排或更多排三角形百叶，该三角形百叶的顶点朝下。
10.根据权利要求1所述的接触盘，还包括下水管出口中的多个径向延伸的导向叶片。
11.根据权利要求1所述的接触盘，还包括固定在盘板面上并且从盘板面竖立的套筒，该套筒至少部分地与下水管的下端重叠，所述套筒具有至少一个用来排出从所述下水管出口离开的液体的开口。
12.根据权利要求1所述的接触盘，还包括穿过下水管出口设置的水平延伸板，该板具有一个或多个开孔。
13.根据权利要求1所述的接触盘，其中下水管的入口具有比下水管出口大的水平横截面。
14.根据权利要求1所述的接触盘，包括按照预选的图案穿过所述盘板面设置的多个所述筒，并且其中所述筒为两种或更多种的尺寸。
15.根据权利要求14所述的接触盘，其中设置在一些筒内的偏流器叶片的朝向被设置成在一个旋转方向上引导所述涡旋运动，而设置在其它一些筒内的偏流器叶片的朝向被设置成在相反的旋转方向上引导所述涡旋运动。
16.根据权利要求1所述的接触盘，其中盘板面包括至少两个沿向下延伸的凸缘结合在一起的面板，这些凸缘设置在面板的相对侧上。
17.根据权利要求1所述的接触盘，其中至少一个筒的周壁包括两段或更多段。
18.一种质量传递交换柱，包括外壳和多个汽-液接触盘，该外壳限定出对蒸气流和液体流的流动开放的内部区域，该汽-液接触盘被支撑在该开放内部区域中，汽-液接触盘中的至少一个包括具有至少一个开口和多个蒸气通道的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该蒸气通道用来允许蒸气通过盘板面向上流动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒，所述筒被设置成围绕至少一些所述蒸气通道；至少一个在所述至少一个筒中向下延伸并且用作液体通道的下水管，所述下水管具有用于接收液体的上入口和在盘板面上方间隔开的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；以及多个偏流器叶片，该叶片在至少一个筒内设置在盘板面上方，并且被定向成引导在该至少一个筒内上升的蒸气进行涡旋运动，其中所述蒸气通道筛孔和阀中进行选择。
19.根据权利要求18所述的质量传递交换柱，其中蒸气通道为筛孔。
20.根据权利要求18所述的质量传递交换柱，其中蒸气通道为阀。
21.一种在质量传递交换柱中混合蒸气流和液体流的方法，该质量传递交换柱具有多个支撑在开放内部区域中的汽-液接触盘，至少一个盘具有包含多个蒸气通道的盘板面，该蒸气通道包括筛孔或阀，至少一个具有周壁的筒，至少一个插入筒中的下水管以及多个设置在盘板面上方的偏流器叶片，该方法包括(a)使液体流穿过该盘中一个的盘板面朝着该盘板面中的至少一个开口流动；(b)引导液体流的至少一部分进入下水管的入口中；(c)将该部分蒸气流基本上全部从下水管排入下方盘板面的筒中；(d)使蒸气流向上穿过盘板面中的蒸气通道并且进入筒中，并且在蒸气流穿过蒸气通道时不引导蒸气流进行涡旋运动；以及(e)在蒸气流已经穿过蒸气通道以后引导蒸气流进行涡旋运动，其中涡旋的蒸气流使得筒内的液体被抛到筒的周壁的内表面上并且被沿着该内表面向上提升。
22.一种汽-液接触盘包括具有至少一个开口和多个径向延伸叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该叶片形成于盘板面中，用来引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒；至少一个在所述至少一个筒中向下延伸并且用作流体通道的下水管，所述下水管具有用于接收液体的上入口和在盘板面上方间隔开的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；多个偏流器叶片，该叶片在至少一个筒内设置在盘板面上方，并且被定向成引导在该至少一个筒内上升的蒸气进行涡旋运动；以及固定在盘板面上并且从盘板面竖立的套筒，该套筒至少部分地与下水管的下端重叠，所述套筒具有至少一个用于排出从所述下水管出口离开的液体的开口。
23.根据权利要求22所述的接触盘，其中套筒由一个或多个在盘板面和套筒之间延伸的腿支撑。
24.根据权利要求22所述的接触盘，其中套筒由下方的盘板面支撑。
25.根据权利要求22所述的接触盘，其中套筒被无孔入口区域封闭，并且包括套筒侧壁中的排出开口。
26.一种质量传递交换柱，包括外壳和多个汽-液接触盘，该外壳限定出对蒸气流和液体流的流动开放的内部区域，该接触盘被支撑在该开放内部区域中，汽-液接触盘中的至少一个包括具有至少一个开口和多个径向延伸叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该叶片形成于盘板面中，用来引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒；至少一个在所述至少一个筒中向下延伸并且用作流体通道的下水管，所述下水管具有用于接收液体的上入口和在盘板面上方间隔开的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；多个偏流器叶片，该叶片在至少一个筒内设置在盘板面上方，并且被定向成引导在该至少一个筒内上升的蒸气进行涡旋运动；以及固定在盘板面上并且从盘板面竖立的套筒，该套筒至少部分地与下水管的下端重叠，所述套筒具有至少一个用于排出从所述下水管出口离开的液体的开口。
27.一种在质量传递交换柱中混合蒸气流和液体流的方法，该质量传递交换柱具有多个支撑在开放内部区域中的汽-液接触盘，至少一个盘具有多个形成于盘板面中的径向延伸叶片，至少一个具有周壁的筒，至少一个插入筒中的下水管，该下水管具有安放在下水管下端的套筒，以及多个设置于盘板面上方的偏流器叶片，该方法包括(a)使液体流穿过该盘中一个的盘板面朝着盘板面中的至少一个开口流动；(b)引导液体流的至少一部分进入下水管的入口；(c)将该部分液体流基本上全部从下水管通过套筒排出，并且排入下方盘板面的筒中；(d)使蒸气流向上穿过盘板面中的蒸气通道并且进入筒中；以及(e)引导蒸气流进行涡旋移动，其中涡旋的蒸气流使得筒内的液体被抛到筒周壁的内表面上，并且被沿着该内表面向上提升。
28.一种汽-液接触盘包括具有至少一个开口和多个径向延伸的有角度叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该有角度叶片形成于盘板面中，其中该有角度叶片的前缘具有缩短的水平尺寸，并且该有角度叶片引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒；至少一个插入至少一个筒中并且用作流体通道的下水管，所述下水管具有用于接收液体的上入口和在盘板面上方间隔开的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；以及多个偏流器叶片，该叶片在至少一个筒内设置在盘板面上方。
29.根据权利要求28所述的接触盘，其中有角度叶片是弯曲的。
30.根据权利要求28所述的接触盘，其中有角度叶片被冲压到多个叠放的板中。
31.根据权利要求30所述的接触盘，其中有角度叶片彼此接触地叠放。
32.一种质量传递交换柱，包括外壳和多个汽-液接触盘，该外壳限定出对蒸气流和液体流的流动开放的内部区域，该接触盘被支撑在该开放内部区域中，汽-液接触盘中的至少一个包括具有至少一个开口和多个径向延伸的有角度叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该有角度叶片形成于盘板面中，其中该有角度叶片的前缘具有缩短的水平尺寸，并且该有角度叶片引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；至少一个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒；至少一个插入至少一个筒中并且用作流体通道的下水管，该下水管具有接收液体的上入口和位于盘板面上方的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；以及多个偏流器叶片，该叶片设置在盘板面上方以引导上升进入筒内的蒸气进行涡旋运动。
33.一种在质量传递交换柱中混合蒸气流和液体流的方法，该质量传递交换柱具有多个支撑在开放内部区域中的汽-液接触盘，至少一个盘具有多个形成于盘板面中的径向延伸叶片，至少一个具有周壁的筒，至少一个插入筒中的下水管，以及多个设置于盘板面上方的偏流器叶片，该方法包括(a)使液体流穿过该盘中一个的盘板面朝着盘板面上的至少一个开口流动；(b)引导液体流的至少一部分进入下水管的入口中；(c)将该部分液体流基本上全部从下水管排出并且排入下方盘板面的筒中；(d)使蒸气流向上通过多个形成于盘板面中的径向延伸的有角度叶片，其中该有角度叶片的前缘具有缩短的水平尺寸；以及(e)引导蒸气进行涡旋运动，其中涡旋的蒸气使得筒内的液体被抛到筒周壁的内表面上并且被沿着该内表面向上提升。
34.一种汽-液接触盘包括具有至少一个开口和多个径向延伸的有角度叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该叶片形成于盘板面中以引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；多个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒，其中该筒为两种或更多种尺寸；至少一个插入至少一个筒中以用作液体通道的下水管，该下水管具有接收液体的上入口和位于盘板面上方的下出口以将液体输送到筒中和盘板面上；以及多个偏流器叶片，该叶片设置在盘板面上方以引导上升进入筒内的蒸气进行涡旋运动。
35.根据权利要求34所述的接触盘，其中筒中的旋转流动在这些筒中是不同的。
36.根据权利要求35所述的接触盘，其中每个筒内的旋转流动都能帮助液体流入一个或多个用来从盘板面移除液体的开口中。
37.一种质量传递交换柱，包括外壳和多个汽-液接触盘，该外壳限定出对蒸气流和液体流的流动开放的内部区域，该汽-液接触盘被支撑在该开放内部区域中，汽-液接触盘中的至少一个包括具有至少一个开口和多个径向延伸叶片的盘板面，该开口用来从盘板面的上表面移除液体，该叶片形成于盘板面中并且引导通过盘板面向上流动的蒸气进行涡旋运动从而与上表面上的液体进行相互作用；多个从盘板面向上延伸并且由周壁形成的筒，其中该筒具有两种或更多种尺寸；至少一个插入至少一个筒中来提供液体通道的下水管，该下水管具有接收液体的上入口和位于盘板面上方的下出口以将液体输送到筒和盘板面中；以及多个偏流器叶片，该叶片设置在盘板面上方以引导上升进入筒内的蒸气进行涡旋运动。
38.一种在质量传递交换柱中混合蒸气流和液体流的方法，该质量传递交换柱具有多个支撑在开放内部区域中的汽-液接触盘，至少一个盘具有多个形成于盘板面中的径向延伸叶片，多个具有周壁的筒，至少一个插入筒中的下水管，以及多个设置于盘板面上方的偏流器叶片，该方法包括(a)使液体流穿过该盘中一个的盘板面朝着该盘板面中的至少一个开口流动；(b)引导液体流的至少一部分进入下水管的入口中；(c)将该部分液体流基本上全部从一个或多个下水管排入到下方盘板面的筒中；(d)使蒸气流向上通过盘板面中的蒸气通道并且进入筒中；(e)引导蒸气进行涡旋运动，其中涡旋的蒸气使得筒内的液体被抛到筒周壁的内表面上并且被沿着该内表面向上提升；以及(f)引导每个筒中的旋转流动，使其有助于液体流入一个或多个用于从盘板面移除液体的开口中。
全文摘要
一种汽－液接触盘(26)具有盘板面(28)，该盘板面具有至少一个用来从盘板面的上表面移除液体的开口和多个蒸气通道(44)，该蒸气通道允许蒸气通过盘板面向上流动以与上表面上的液体相互作用。至少一个筒(34)从盘板面向上延伸并且由周壁(36)形成。下水管(46)被插入筒中用作液体通道，该下水管还具有用于液体进入的上入口(50)和位于盘板面(28)上方的下出口(54)以将液体输送到筒中和盘板面上。多个偏流器叶片(56)设置在盘板面上方以引导上升进入筒内的蒸气进行涡旋运动。被筒周壁包围的盘板面部分包含筛孔、阀或其它类型的蒸气通道。该盘还包括套筒(76)、具有两种或更多种尺寸的多个筒(34)或其组合。
文档编号B01D3/22GK1671452SQ03817486
公开日2005年9月21日 申请日期2003年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者迈克尔·A·雷塞塔里茨, 查尔斯·A·格里塞尔, 约翰尼·B·赖特, 拉尔夫·H·韦兰 申请人:科克－格利奇有限公司