Распределитель жидкости со смесителем

Распределитель жидкости со смесителем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройство и способы заявителей касаются устройств и способов для смешения и распределения жидкости, нисходящей в обменных колоннах для процессов тепло- и/или массопереноса. Данное устройство и способы имеют особое применение в процессах криогенного разделения воздуха, использующих дистилляцию, хотя данное устройство и способы также могут быть использованы в других процессах тепло- и/или массопереноса, которые используют насадку (например, произвольную или структурированную насадку). Способы заявителей также касаются способов сборки устройств для смешения и распределения жидкости, нисходящей в обменных колоннах.

Применяемый здесь термин "колонна" (или "обменная колонна") означает колонну дистилляции или фракционирования, т. е. колонну, где жидкая и паровая фазы противоточно контактируют, чтобы вызвать разделение текучей смеси, например, путем контакта паровой и жидкой фаз на насадочных элементах (в "насадочной колонне") или на последовательности вертикально разнесенных тарелок или пластин, установленных внутри колонны.

Криогенное разделение воздуха выполняют в дистилляционных колоннах, в которых жидкие и газовые смеси вступают в тесный контакт друг с другом. В каждой дистилляционной колонне паровая фаза смеси поднимается вверх с увеличением концентрации более летучих компонентов (например, азота), тогда как жидкая фаза смеси опускается вниз с увеличением концентрации менее летучих компонентов (например, кислорода). Различные средства, такие как насадки или тарелки, могут быть использованы, чтобы приводить жидкую и паровую фазы смеси в контакт, чтобы осуществлять массоперенос между фазами.

Существует много рабочих циклов для криогенного разделения воздуха на его основные компоненты, а именно азот, кислород и аргон. Типичный процесс, известный как цикл с колонной двойной ректификации, схематично показан на фигуре 1. Для краткости на этом схематичном изображении показаны только дистилляционные колонны и соответствующие криогенные теплообменники. Цикл с колонной двойной ректификации включает в себя колонну 10 высокого давления, колонну 12 низкого давления, аргоновую колонну 14, основной конденсатор 16 ребойлера, переохладитель 18, аргоновый конденсатор 20 и кожух 22 аргонового конденсатора.

Подаваемый воздух высокого давления 24 при давлении 4,5-5,5 бар абс. и ниже его точки росы подается в основание колонны 10 высокого давления. Внутри колонны 10 высокого давления воздух разделяется на обогащенный азотом пар 26 и обогащенную кислородом жидкость 28. Обогащенная кислородом жидкость 28 переохлаждается в переохладителе 18, понижается в давлении до приблизительно 1,2-1,4 бар абс. и подается в кожух 22 конденсатора аргона. Обогащенный азотом пар 26 проходит в основной ребойлер-конденсатор 16, где он конденсируется относительно кипящего кислорода, который обеспечивает подъем пара в колонну 12 низкого давления. Конденсированная, обогащенная азотом жидкость 30 частично используется в качестве орошения 32 для колонны 10 высокого давления и частично используется в качестве орошения 34 для колонны 12 низкого давления после переохлаждения последней в переохладителе 18 и снижения в давлении до приблизительно 1,2-1,4 бар абс. В колонне 12 низкого давления различное сырье разделяется криогенной дистилляцией на богатый кислородом и богатый азотом компоненты.

Газообразный кислородный продукт 35, также известный как GOX, выпускается из дна колонны 12 низкого давления, а газообразный азотный продукт 36, также известный как LPGAN, выпускается из верхней части колонны 12 низкого давления и нагревается в переохладителе 18 перед подачей в другие части установки. Поток отходов 38 также выпускается из промежуточного положения в колонне 12 низкого давления, нагревается в переохладителе 18 и подается в другие части установки.

Газофазный боковой поток 40 выпускается из другого промежуточного положения в колонне 12 низкого давления и подается на дно аргоновой колонны 14, где, после течения вверх в аргоновой колонне 14 и конденсации, он возвращается в виде жидкого потока 42, который подается обратно в колонну 12 низкого давления. Охлаждение конденсатора аргона 20 обеспечивается путем частичного испарения потока 28 в кожухе 22 конденсатора аргона, откуда он подается частично в виде пара 46 и частично в виде жидкости 48 в колонну низкого давления. Часть пара у вершины аргоновой колонны 14 выпускается в виде сырого аргона 50, также известного как CGAR, и подается в другие части установки для дополнительной переработки.

В каждой дистилляционной колонне разделение выполняется в одной или нескольких секциях, таких как секция 11 в колонне 10 высокого давления, секции 13, 15, 17, 19 и 21 в колонне 12 низкого давления и секции 23 и 25 в аргоновой колонне 14. Хотя могут быть использованы разные типы средств контакта, такие как тарелки или насадка, в примерах, обсуждаемых заявителями, предполагается, что все средства контакта сделаны из структурированной насадки и показаны таким образом.

Существует много устройств для равномерного распределения жидкого потока над насадочной секцией в насадочной колонне. Такие устройства раскрываются в различных патентах и книгах. Например, есть желобчатые распределители с множеством параллельных областей, в которых жидкость собирается и течет сквозь ряд отверстий на насадку внизу. Желоба с жидкостью могут равномерно располагаться по сечению колонны и могут питаться с помощью центрального канала, который идет перпендикулярно желобам и который сам может покрывать основную часть диаметра колонны. В больших колоннах желоба с жидкостью также могут соединяться возле стенки посредством кольцевой канавки, которая может быть средством для выравнивания гидравлических градиентов. Пар течет в параллельных областях между желобами с жидкостью в обычно прямоугольных стояках. Паровые области могут иметь колпаки, расположенные над ними, чтобы предохранять жидкость из секции выше от падения сквозь них вместо того, чтобы направлять жидкость в желоба, которые собирают и переносят жидкость в секцию колонны ниже. Такие распределители могут называться дымоходными распределителями. Есть также лотковые распределители, в которых паровые стояки могут быть, в общем, круглыми в сечении, и жидкость течет вокруг них и через отверстия на насадку внизу. Таким образом, есть много базовых конструкций и многочисленных вариаций базовой конструкции.

Начальную подачу жидкости и пара в насадку колонны выполняют с помощью таких распределителей. Распределитель жидкости, роль которого орошать насадку жидкостью, по существу равномерно расположен над насадкой, тогда как распределитель пара, роль которого в том, чтобы создавать, по существу, равномерный поток пара ниже насадки, находится под насадкой. В добавление к распределителю пара под насадкой также находится коллектор жидкости, роль которого в том, чтобы собирать жидкость, покидающую насадку, и направлять эту жидкость далее вниз колонны. Обычно коллектор жидкости и распределитель пара заключены в одном устройстве, которое выполняет обе роли.

Традиционно было только несколько распределителей, которые связаны со смешением, независимо или в комбинации с распределением жидкого потока. Эти устройства не являются хорошо выполненными с точки зрения их качества состава жидкости и распределения потока, особенно для больших криогенных дистилляционных колонн установки разделения воздуха, имеющих диаметр больше чем приблизительно 2 метра, так как данные устройства не обеспечивают полного смешения (а скорее только частичное смешение) и равномерного распределения жидкости в насадочную колонну для достижения высокой эффективности разделения, как делает устройство и способ заявителей. Надежность насадочных колонн также улучшается с помощью устройства и способов заявителей, которые предохраняют насадочные колонны от производственных отходов и эксплуатационных отходов путем применения фильтров.

Различные типы устройств использовали в насадочных колоннах или колоннах массопереноса, где такие устройства выполняют, по меньшей мере, частично одну или несколько следующих функций в отношении жидкости, нисходящей в колонне: сбор, распределение, перераспределение и смешение. Однако по разным причинам эти устройства не полностью перемешивают жидкость и, следовательно, не обеспечивают равномерность потока и состава жидкости. Например, такие устройства раскрываются в патенте США № 5158713 (Ghelfi, et al.); в патентах США № 5776316 (Potthoff, et al.); 5752538 (Billinham, et al.); 5935389 (Hine, et al.) и 7114709 (Ender, et al.). Смотри также коллектор и перераспределитель жидкости, раскрытый в публикации патентной заявки США № 2009/0049864 (Kovak, et al.). Другие примеры таких устройств включают в себя устройства, раскрытые в патентах США № 5240652 (Taylor, et al.); 5897748 (Kaibel); 6086055 (Armstrong, et al.) и 7007932 (Armstrong, et al.).

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ

Есть различные аспекты устройства и способов заявителей и много вариаций каждого аспекта.

Один аспект представляет собой устройство для распределения потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Данное устройство включает в себя коллектор, смеситель, первый трубопровод и второй трубопровод. Коллектор имеет множество секторов, расположенных во внутреннем пространстве насадочной колонны, и приспособлен собирать, по меньшей мере, часть потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Смеситель находится ниже коллектора и вертикально разнесен от него во внутреннем пространстве насадочной колонны. Смеситель имеет множество зон, находящихся во внутреннем пространстве насадочной колонны, и приспособлен принимать и перемешивать, по меньшей мере, часть жидкости, собранной на коллекторе. Первый трубопровод имеет первый конец в сообщении по текучей среде с первым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде с первой зоной смесителя. Первый трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из первого сектора коллектора в первую зону смесителя. Второй трубопровод имеет первый конец в сообщении по текучей среде со вторым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде со второй зоной смесителя. Второй трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя. Геометрический центр первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя, и/или геометрический центр второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя.

В первом варианте данного устройства геометрический центр первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно приблизительно на 180°.

В одном варианте данного первого варианта устройства геометрический центр второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно приблизительно на 180°.

В другом варианте любого устройства, обсуждаемого в трех предыдущих параграфах, площадь сечения смесителя занимает не больше чем приблизительно 25% и предпочтительно не больше чем приблизительно 20% площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

Второе устройство аналогично первому устройству или любым вариантам, обсуждаемым выше, но также включает в себя предварительный распределитель. Предварительный распределитель расположен во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособлен принимать, по меньшей мере, часть потока смешанной жидкости из смесителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости наружу из предварительного распределителя.

Третье устройство аналогично второму устройству или любому варианту, обсуждаемому выше, но также включает в себя конечный распределитель. Конечный распределитель расположен во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособлен принимать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости из предварительного распределителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока предварительно распределенной жидкости, по существу, равномерно над, по меньшей мере, частью площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

В одном варианте третьего устройства предварительный распределитель включает в себя множество каналов, приспособленных передавать вниз, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости. Дополнительно конечный распределитель включает в себя множество желобов, приспособленных передавать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости. Каждый желоб имеет, по меньшей мере, одно отверстие и находится в сообщении по текучей среде с, по меньшей мере, одним каналом предварительного распределителя.

Четвертое устройство аналогично первому, второму или третьему устройствам или любым их вариантам, обсуждаемым выше, но также включает в себя фильтр. В одном варианте любого из этих устройств или их вариантов данный фильтр находится в смесителе.

Другой аспект представляет собой способ распределения потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны, который включает в себя девять этапов. Первый этап должен обеспечивать коллектор, имеющий множество секторов, расположенных во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособленный собирать, по меньшей мере, часть потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Второй этап должен обеспечивать смеситель под коллектором и вертикально разнесенный от него во внутреннем пространстве насадочной колонны, где данный смеситель имеет множество зон, расположенных во внутреннем пространстве насадочной колонны, и приспособлен принимать и перемешивать, по меньшей мере, часть жидкости, собранной на коллекторе. Третий этап должен обеспечивать первый трубопровод, имеющий первый конец в сообщении по текучей среде с первым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде с первой зоной смесителя, где первый трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из первого сектора коллектора в первую зону смесителя. Четвертый этап должен обеспечивать второй трубопровод, имеющий первый конец в сообщении по текучей среде со вторым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде со второй зоной смесителя, где второй трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя. По меньшей мере, один из геометрического центра первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя, и геометрического центра второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя. Пятый этап должен вводить во внутреннее пространство насадочной колонны над коллектором поток жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Шестой этап должен собирать на коллекторе, по меньшей мере, часть потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Седьмой этап должен передавать вниз через первый трубопровод, по меньшей мере, часть жидкости из первого сектора коллектора в первую зону смесителя. Восьмой этап должен передавать вниз через второй трубопровод, по меньшей мере, часть жидкости из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя. Девятый этап должен смешивать в смесителе жидкость, переданную в первую зону смесителя из первого сектора коллектора, с жидкостью, переданной во вторую зону смесителя из второго сектора коллектора, тем самым образуя смешанную жидкость.

В первом варианте данного способа геометрический центр первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно на приблизительно 180°.

В одном варианте первого варианта данного способа геометрический центр второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно на приблизительно 180°.

В другом варианте любого из способов, обсуждаемых в трех предыдущих параграфах, площадь сечения смесителя занимает не больше чем приблизительно 25% и предпочтительно не больше чем приблизительно 20% от площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

Второй способ аналогичен первому способу или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя три дополнительных этапа. Первый дополнительный этап должен обеспечивать предварительный распределитель, расположенный во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособленный принимать, по меньшей мере, часть потока смешанной жидкости из смесителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости наружу из предварительного распределителя. Второй дополнительный этап должен передавать из смесителя в предварительный распределитель, по меньшей мере, часть потока смешанной жидкости. Третий дополнительный этап должен передавать наружу из предварительного распределителя, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости, принятой из смесителя.

Третий способ аналогичен второму способу или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя три добавочных дополнительных этапа. Первый добавочный дополнительный этап должен обеспечивать конечный распределитель, расположенный во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособленный принимать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости из предварительного распределителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока предварительно распределенной жидкости, по существу, равномерно над, по меньшей мере, частью площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны. Второй добавочный дополнительный этап должен принимать с помощью конечного распределителя, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости из предварительного распределителя. Третий добавочный дополнительный этап должен передавать, по меньшей мере, часть принятого потока предварительно распределенной жидкости, по существу, равномерно над, по меньшей мере, частью площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

В одном варианте третьего способа предварительный распределитель включает в себя множество каналов, приспособленных передавать вниз, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости. Дополнительно конечный распределитель включает в себя множество желобов, приспособленных передавать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости, где каждый желоб имеет, по меньшей мере, одно отверстие и находится в сообщении по текучей среде с, по меньшей мере, одним каналом предварительного распределителя.

Четвертый способ аналогичен первому, второму или третьему способу или любому их варианту, обсуждаемому выше, но включает в себя два дополнительных этапа. Первый дополнительный этап должен обеспечивать фильтр. Второй дополнительный этап должен фильтровать, по меньшей мере, часть жидкости. В одном варианте любого из этих способов или их вариантов данный фильтр расположен в смесителе.

Еще один аспект представляет собой способ сборки устройства для распределения потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны, где данный способ сборки включает в себя пять этапов. Первый этап должен обеспечивать насадочную колонну, имеющую внутреннее пространство. Второй этап должен обеспечивать во внутреннем пространстве насадочной колонны коллектор, имеющий множество секторов и приспособленный собирать, по меньшей мере, часть потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Третий этап должен обеспечивать во внутреннем пространстве насадочной колонны смеситель внизу от коллектора и вертикально разнесенный от него, где данный смеситель имеет множество зон, расположенных во внутреннем пространстве насадочной колонны и приспособленных принимать и перемешивать, по меньшей мере, часть жидкости, собранной на коллекторе. Четвертый этап должен обеспечивать первый трубопровод, имеющий первый конец в сообщении по текучей среде с первым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде с первой зоной смесителя, где первый трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из первого сектора коллектора в первую зону смесителя. Пятый этап должен обеспечивать второй трубопровод, имеющий первый конец в сообщении по текучей среде со вторым сектором коллектора и второй конец в сообщении по текучей среде со второй зоной смесителя, где второй трубопровод приспособлен принимать и передавать вниз, по меньшей мере, часть жидкости из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя. Геометрический центр первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя и/или геометрический центр второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя.

В первом варианте способа сборки геометрический центр первого сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно на приблизительно 180°.

В одном варианте первого варианта способа сборки геометрический центр второго сектора коллектора смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180° и предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно на приблизительно 180°.

В другом варианте любого из способов, обсуждаемых в трех предыдущих параграфах, площадь сечения смесителя занимает не больше чем приблизительно 25% и предпочтительно не больше чем приблизительно 20% от площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

Второй способ сборки устройства аналогичен первому способу сборки или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя дополнительный этап. Данный дополнительный этап должен обеспечивать во внутреннем пространстве насадочной колонны предварительный распределитель, приспособленный принимать, по меньшей мере, часть потока смешанной жидкости из смесителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости наружу из предварительного распределителя.

Третий способ сборки устройства аналогичен второму способу сборки или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя другой дополнительный этап. Данный другой дополнительный этап должен обеспечивать во внутреннем пространстве насадочной колонны конечный распределитель, приспособленный принимать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости из предварительного распределителя и передавать, по меньшей мере, часть принятого потока предварительно распределенной жидкости, по существу, равномерно над, по меньшей мере, частью площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

В одном варианте третьего способа сборки предварительный распределитель включает в себя множество каналов, приспособленных передавать вниз, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости. Дополнительно конечный распределитель включает в себя множество желобов, приспособленных передавать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости, где каждый желоб имеет, по меньшей мере, одно отверстие и находится в сообщении по текучей среде с, по меньшей мере, одним каналом предварительного распределителя.

Четвертый способ сборки устройства аналогичен первому, второму или третьему способу сборки или любому их варианту, обсуждаемому выше, но включает в себя дополнительный этап обеспечения фильтра. В одном варианте любого из этих способов или их вариантов данный фильтр расположен в смесителе.

Другой аспект представляет собой способ криогенного разделения воздуха, который включает в себя противоточное контактирование восходящего пара и нисходящей жидкости в насадочной колонне, имеющей внутреннее пространство с первой секцией массопереноса в данном внутреннем пространстве и вторую секцию массопереноса снизу и разнесенную от первой секции массопереноса во внутреннем пространстве. В этом способе устройство, такое как обсуждаемое выше устройство или любые его варианты, расположено между первой секцией массопереноса и второй секцией массопереноса и распределяет поток нисходящей жидкости из первой секции массопереноса во вторую секцию массопереноса.

Еще один аспект представляет собой способ распределения потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны, который включает в себя пять этапов. Первый этап должен вводить во внутреннее пространство насадочной колонны над коллектором, расположенным во внутреннем пространстве, поток жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Второй этап должен собирать на данном коллекторе, по меньшей мере, часть потока жидкости, нисходящей во внутреннем пространстве насадочной колонны. Третий этап должен передавать вниз через первый трубопровод в сообщении по текучей среде с коллектором, по меньшей мере, часть жидкости из первого сектора коллектора в первую зону смесителя, расположенного в данном внутреннем пространстве ниже и разнесенного от коллектора, посредством чего жидкость, передаваемая через первый трубопровод, переносится по окружности из первого сектора коллектора в первую зону смесителя. Четвертый этап должен передавать вниз через второй трубопровод в сообщении по текучей среде с коллектором, по меньшей мере, часть жидкости из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя, посредством чего жидкость, передаваемая через второй трубопровод, переносится по окружности из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя. Пятый этап должен смешивать в смесителе жидкость, переданную в первую зону смесителя из первого сектора коллектора, с жидкостью, переданной во вторую зону смесителя из второго сектора коллектора, тем самым образуя смешанную жидкость.

В первом варианте этого способа жидкость, передаваемая через первый трубопровод, переносится по окружности из первого сектора коллектора в первую зону смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180°, предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно приблизительно на 180°.

В одном варианте первого варианта этого способа жидкость, передаваемая через второй трубопровод, переносится по окружности из второго сектора коллектора во вторую зону смесителя на от приблизительно 60° до приблизительно 180°, предпочтительно от приблизительно 120° до приблизительно 180° и наиболее предпочтительно приблизительно на 180°.

В другом варианте любого из способов, обсуждаемых в трех предыдущих параграфах, площадь сечения смесителя занимает не больше чем приблизительно 25% и предпочтительно не больше чем приблизительно 20% от площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

Второй способ аналогичен первому способу (описанному в четырех предыдущих параграфах) или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя два дополнительных этапа. Первый дополнительный этап должен передавать из смесителя в предварительный распределитель, расположенный во внутреннем пространстве насадочной колонны, по меньшей мере, часть потока смешанной жидкости. Второй дополнительный этап должен передавать наружу из предварительного распределителя, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости, принятой из смесителя.

Третий способ аналогичен второму способу в предыдущем параграфе или любому из вариантов, обсуждаемых выше, но включает в себя два добавочных дополнительных этапа. Первый добавочный дополнительный этап должен принимать с помощью конечного распределителя, расположенного во внутреннем пространстве насадочной колонны, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости из предварительного распределителя. Второй добавочный дополнительный этап должен передавать, по меньшей мере, часть принятого потока предварительно распределенной жидкости, по существу, равномерно над, по меньшей мере, частью площади сечения внутреннего пространства насадочной колонны.

В одном варианте третьего способа в предыдущем параграфе предварительный распределитель включает в себя множество каналов, приспособленных передавать вниз, по меньшей мере, часть принятого потока смешанной жидкости. Дополнительно конечный распределитель включает в себя множество желобов, приспособленных передавать, по меньшей мере, часть потока предварительно распределенной жидкости, где каждый желоб имеет, по меньшей мере, одно отверстие и находится в сообщении по текучей среде с, по меньшей мере, одним каналом предварительного распределителя.

Четвертый способ аналогичен первому, второму или третьему способу сборки или любому их варианту, обсуждаемому выше в семи предыдущих параграфах, но включает в себя два дополнительных этапа. Первый дополнительный этап должен обеспечивать фильтр. Второй дополнительный этап должен фильтровать, по меньшей мере, часть данной жидкости. В одном варианте любого из этих способов или их вариантов данный фильтр расположен в смесителе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Устройство и способы заявителей будут описаны с помощью примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, где:

фигура 1 представляет собой схематичное изображение типичного цикла с колонной двойной ректификации для криогенного разделения воздуха;

фигура 2А представляет собой схематичное изображение вида сверху в разрезе для одного варианта осуществления устройства заявителя;

фигура 2В представляет собой схематичное изображение вида спереди в разрезе, изображающее один тип коллектора с входами трубопроводов одного варианта осуществления устройства заявителей;

фигура 2С представляет собой схематичное изображение другого вида в разрезе, изображающее смеситель и одно расположение трубопроводов одного варианта осуществления устройства заявителей;

фигуры 2D и 2F представляют собой схематичные изображения вида спереди в разрезе, изображающие секторы коллектора и геометрические центры секторов одного варианта осуществления устройства заявителей;

фигуры 2Е и 2G представляют собой схематичные изображения вида спереди в разрезе, изображающие зоны смесителя и геометрические центры зон одного варианта осуществления устройства заявителей;

фигура 3А представляет собой схематичное изображение вида сверху в разрезе другого варианта осуществления устройства заявителя;

фигуры 3В и 3D представляют собой схематичные изображения вида спереди в разрезе, изображающие секторы коллектора и геометрические центры секторов другого варианта осуществления устройства заявителей;

фигуры 3С и 3Е представляют собой схематичные изображения вида спереди в разрезе, изображающие зоны смесителя и геометрические центры зон другого варианта осуществления устройства заявителей;

фигура 4А представляет собой схематичное изображение вида сверху в разрезе части устройства заявителей между двумя насадочными секциями в насадочной колонне;

фигура 4В представляет собой схематичное изображение вида спереди в разрезе части устройства заявителей между двумя насадочными секциями в насадочной колонне;

фигура 5 представляет собой схематичное изображение вида сверху в разрезе другого варианта осуществления части устройства заявителей между двумя насадочными секциями в насадочной колонне;

фигура 6 представляет собой схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 1;

фигура 7 представляет собой другое схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 1 для базового случая диспропорции жидкости;

фигура 8 представляет собой график, изображающий влияние диспропорции жидкости с постоянным CGAR потоком, показывающий результаты примера 1;

фигура 9 представляет собой другое схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 1 для случая перемешивания промежуточной жидкости;

фигура 10 представляет собой другое схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 1 для случая переноса промежуточной жидкости на 180°;

фигура 11 представляет собой другое схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 1 для случаев переноса промежуточной жидкости на 120° и переноса промежуточной жидкости на 60°;

фигура 12 представляет собой график, изображающий влияние угла, под которым промежуточная жидкость переносится в примере 1;

фигура 13 представляет собой схематичное изображение, используемое при анализе параллельных колонн в примере 2; и

фигура 14 представляет собой график, изображающий влияние диспропорции жидкости с постоянным CGAR потоком, показывающий результаты примера 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Устройство и способы заявителей смешивают и распределяют жидкость, нисходящую в колонне, равномерно по площади сечения насадочной секции колонны. Данное устройство включает в себя коллектор, смеситель, предварительный распределитель, чтобы распространять жидкость наружу из смесителя, и конечный распределитель, чтобы осаждать жидкость равномерно по площади сечения насадочной секции колонны. Один вариант осуществления данного устройства также включает в себя средства (например, трубопроводы, организованные определенным образом, описанным здесь), чтобы компенсировать любую неадекватность смешения, которая может происходить в смесителе. Необязательно данное устройство может включать в себя фильтр, через который может протекать, по меньшей мере, часть жидкости, чтобы защитить насадочную колонну от эксплуатационных обломков и технологических обломков. Если внешнюю подачу жидкости в колонну необходимо вводить в насадочную секцию ниже, такую подачу можно подходящим образом вводить в смеситель после отделения такой жидкости от любого газа, который может присутствовать в ней.

Характеристики насадочной колонны зависят от качества распределения жидкости и пара, что включает равномерность потока и состава двух фаз по сечению на входе колонны. Разные секторы насадочной колонны имеют разные уровни чувствительности к диспропорции в зависимости от отношения между их равновесными и рабочими линиями. Хотя важность равномерности течения хорошо понятна в литературе, композиционные эффекты менее понятны. Для чувствительных секций считается важным перемешивать всю или, по существу, всю приходящую жидкость и затем перераспределять жидкость, по существу, равномерно по площади сечения колонны. Хотя равномерное течение может быть достигнуто, полное перемешивание требует тонких и дорогих устройств и часто приводит к увеличению высоты колонны. Это особенно верно для колонн большого диаметра, таких как колонны с диаметром больше чем приблизительно 2 метра.

Устройство и способы заявителей достигают преимуществ полного перемешивания экономичным образом без введения более скрупулезных этапов, которые были бы необходимы для получения полного композиционного перемешивания. Необязательный фильтр помогает защищать распредел