CN114072215B - 具有不同直径的通孔的蒸馏塔板 - Google Patents

Abstract

本公开描述用于蒸馏塔的一个或多个塔板。塔板包括具有在板的第一表面和板的第二表面之间延伸的多个通孔的板。所述多个通孔包括第一组通孔和第二组通孔，第一组通孔各自具有基本上第一直径，第二组通孔各自基本上具有不同于第一直径的第二直径。塔板还包括连接到板并从第一表面延伸的堰。堰设置在第一组通孔和第二组通孔之间。

Description

具有不同直径的通孔的蒸馏塔板

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年5月6日提交的美国临时专利申请No.62/844,035的优先权的权益，其全部内容通过整体引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于蒸馏塔的一个或多个塔板，并且但不以限制的方式涉及不具有降液管的塔板。

背景技术

蒸馏塔用于将液体进料混合物分离成组成部分。蒸馏塔通常包括一个或多个塔板，例如穿孔塔板，在分离工艺期间液体通过塔板向下流动而蒸气通过塔板上升。这些穿孔塔板包括降液管，降液管是用于将液体流从上部塔板引导至下部塔板并允许蒸气从下部塔板通过到上部塔板的导管。虽然这样的塔板在蒸馏过程中表现良好，但连续使用可导致问题。例如，塔板的底部可能被铁锈和/或碎屑积垢，并且在清洁之后，在使用过程中可能物理地脱落。此外，高液体负荷工艺(如C3裂解、异构体分离或脱异丁烷塔)的塔板设计具有挑战性，因为塔板积垢通常造成对蒸馏工艺的速率限制。用于这样的工艺的典型多通道塔板结构复杂且难以清洁和检查，导致用于清洁的停机时间长。

发明内容

本公开描述了用于蒸馏塔中的塔板以及制造这样的塔板的方法、装置和系统。该塔板包括具有不同直径的通孔(例如在塔板的第一表面和第二表面之间延伸的孔)。具有一种直径的通孔的塔板部分与具有另一种直径的通孔的塔板部分通过从塔板表面延伸的堰(weir)隔开。一些通孔具有足够小的直径，使得这些通孔可以允许液体通过到下部塔板，同时允许蒸气向上通过。此外，具有较大直径的通孔可以允许液体通过到下部塔板，而不允许蒸气大量向上通过。以这种方式，可以将不具有降液管的塔板形成为使得其类似于具有降液管的常规塔板运行。

为了说明，塔板可以包括在塔板的第一区域中的第一组通孔和在塔板的第二区域中的第二部分通孔。第一组通孔具有第一直径，且第二组通孔具有不同于(例如大于)第一直径的第二直径。堰设置在第一区域和第二区域之间，并从塔板的表面延伸。堰被配置成防止液体离开一个区域，直到液位上升到堰的高度以上。例如，如果液体从上部塔板落入第一区域，则直到液位高于堰的高度，液体才扩散到第二区域。本公开的塔板可以通过允许液体通过到下部塔板同时允许蒸气上升到上部塔板而类似于具有降液管的常规塔板运行。例如，液体可以以一个方向通过第一组通孔，同时蒸气以相反的方向通过。此外，液体可以以一个方向通过第二组通孔(例如具有较大直径的通孔)，但是液体可以以较高的体积和压力通过，使得蒸气基本上被阻塞。

在一些实施方案中，堰可以从塔板的一个边缘线性地延伸到相对的边缘。在其他实施方案中，堰可以是围绕第二组通孔的圆形堰。虽然描述了两组通孔且描述了一个堰，但是这样的描述仅用于说明。本公开的塔板可以具有由线性堰分隔的第一通孔和第二通孔的交替区域，或由同心圆形堰分隔的第一通孔和第二通孔的交替圆形区域。在其他实施方案中，包括一些线性形状区域(和堰)和一些圆形形状区域(和堰)的混合设计是可能的。

本公开还描述了制造不具有降液管的塔板的系统和方法。例如，一种方法可以包括在塔板的两个表面之间形成第一组通孔，然后在塔板的两个表面之间形成第二组通孔。第一组通孔和第二组通孔具有不同的直径。该方法还可以包括在第一组通孔和第二组通孔之间将堰附接到塔板。例如，线性延伸的堰或圆形堰可以附接到塔板以将第一组通孔与第二组通孔分隔。

因此，本公开描述了不具有降液管的穿孔塔板(例如具有通孔的塔板)，以及制造塔板的方法、装置和系统。由于通孔直径的选择，塔板能够类似于具有降液管的塔板运行。此外，由于没有降液管，塔板较不复杂且制造成本较低。此外，缺少降液管降低了塔板被铁锈和/或碎屑积垢的可能性，这增加了塔板的使用寿命，并减少了用于蒸馏塔清洁的停机时间。

在一些前述实施方案中，用于蒸馏塔中的塔板包括板，该板包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。该板具有在第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔。所述多个通孔包括：第一组通孔，其各自具有基本上第一直径；和第二组通孔，其各自基本上具有不同于第一直径的第二直径。塔板还包括连接到板并从第一表面延伸的堰。堰设置在第一组通孔和第二组通孔之间。

在一些这样的实施方案中，第一组通孔和第二组通孔被配置成使得液体能够在不使用降液管的情况下流到板的下方。附加地或替代地，第一组通孔包括第一多个通孔，第二组通孔包括第二多个通孔。附加地或替代地，第二直径大于第一直径。在一些这样的实施方案中，第一直径为基本上4.75毫米，第二直径为基本上19毫米。或者，第一直径在4.75毫米(mm)至12.5mm之间，第二直径在12.5mm至19mm之间。

在一些这样的实施方案中，塔板进一步包括从第一表面延伸的第二堰和第三堰。堰、第二堰和第三堰横跨板平行设置，第一组通孔设置在第二堰和堰之间，并且第二组通孔设置在堰和第三堰之间。或者，塔板进一步包括从第一表面延伸的第二堰和第三堰。堰、第二堰和第三堰限定同心圆，第一组通孔设置在第二堰和堰之间，并且第二组通孔设置在堰和第三堰之间。附加地或替代地，塔板的直径大于或等于2米。

在一些前述实施方案中，用于蒸馏塔的塔板包括板，该板包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。该板具有在第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔。

所述多个通孔包括：第一组通孔，其各自具有在第一范围内的第一直径；第二组通孔，其各自具有在不同于第一范围的第二范围内的第二直径；第三组通孔，其各自具有在第一范围内的第三直径；和第四组通孔，其各自具有在第二范围内的第四直径。塔板还包括连接到板并从第一表面延伸的多个堰。所述多个堰包括：设置在第一组通孔和第二组通孔之间的第一堰；设置在第二组通孔和第三组通孔之间的第二堰；和设置在第三组通孔和第四组通孔之间的第三堰。

在一些这样的实施方案中，第一堰和第二堰横跨板平行设置，第一组通孔设置在第一堰的与第二组通孔相对的一侧，第二组通孔设置在第一堰和第二堰之间。在一些这样的实施方案中，塔板进一步包括第四堰。第三堰和第四堰平行于第一堰和第二堰设置，第三组通孔设置在第二堰和第三堰之间，第四组通孔设置在第三堰和第四堰之间。在一些替代的实施方案中，塔板进一步包括从第一表面延伸的第四堰和第五堰。第三堰、第四堰和第五堰限定同心的圆或部分圆，第三组通孔设置在第三堰和第四堰之间，第四组通孔设置在第四堰和第五堰之间。

在一些这样的实施方案中，第一堰和第二堰形成同心圆，第一组通孔设置在第一堰外侧，第二组通孔设置在第一堰和第二堰之间。在一些这样的实施方案中，塔板进一步包括从第一表面延伸的第四堰。第三堰和第四堰横跨由第二堰形成的圆平行设置，第三组通孔设置在第二堰和第三堰之间，第四组通孔设置在第三堰和第四堰之间。

在一些前述实施方案中，系统包括蒸馏塔，蒸馏塔包括限定腔的壳体。该系统还包括设置在腔内的多个塔板。所述多个塔板包括至少一个塔板，所述至少一个塔板包括板，所述板包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。该板具有在第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔。所述多个通孔包括：第一组通孔，其各自具有基本上第一直径；和第二组通孔，其各自基本上具有不同于第一直径的第二直径。所述至少一个塔板还包括连接到板并从第一表面延伸的堰。堰设置在第一组通孔和第二组通孔之间。

在一些这样的实施方案中，多个塔板进一步包括邻近腔内的至少一个塔板设置的第二塔板。在一些这样的实施方案中，所述至少一个塔板包括从第一表面延伸的在第一方向上平行地横跨板的多个堰，并且第二塔板包括从第二塔板的第二板的表面延伸的在不同于第一方向的第二方向上平行地横跨第二板的第二多个堰。在一个特定的实施方案中，第二方向基本上垂直于第一方向。在一些这样的实施方案中，第三塔板包括从第三板的表面延伸并形成同心圆的第三多个堰，第三多个堰将具有基本上第一直径的通孔组与具有基本上第二直径的通孔组分开，并且第四塔板包括从第四塔板的第四板的表面延伸并形成同心圆的第四多个堰，第四多个堰将具有基本上第二直径的通孔组与具有基本上第一直径的通孔组分开。

如本文所用，各种术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不旨在限制实施方案。例如，如本文所用，用于修饰诸如结构、部件、操作等的元素的顺序术语本身并不表示该元素相对于另一元素的任何优先级或顺序，而是仅将该元素与具有相同名称的另一元素区分开来(仅对于使用顺序术语)。术语“连接(coupled)”被定义为连接，尽管不一定是直接连接，也不一定是机械连接；“连接”的两个对象可以是彼此一体的。术语“一(a)”和“一(an)”被定义为一个或多个，除非本公开另有明确要求。

如本文所用，术语“约”可允许值或范围内一定程度的可变性，例如在规定值或规定范围限制的10％以内、5％以内或1％以内，并且包括确切的规定值或范围。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”被定义为很大程度上但不一定完全是所规定的(并包括所规定的；例如基本上90度包括90度，基本上平行包括平行)。在任何公开的实施方案中，术语“基本上”可以替换为所规定的“[百分比]以内”，其中该百分比包括.1％、1％或5％；并且术语“大约”可以替换为所规定的“10％以内”。除非另有说明，“基本上X到Y”与“基本上X到基本上Y”具有相同的含义。同样，除非另有说明，否则语句“基本上X、Y或基本上Z”具有与“基本上X、基本上Y或基本上Z”相同的含义。短语“和/或”是指和或。举例来说，A、B和/或C包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合、或A、B和C的组合。换句话说，“和/或”用作开放性的或。类似地，短语“A、B、C或其组合”或“A、B、C或其任意组合”包括：单独的A、单独的B、单独的C、A和B的组合、A和C的组合、B和C的组合、或A、B和C的组合。

本文通篇中，以范围格式表示的值应以灵活的方式解释为不仅包括作为范围限制明确列举的数值，还包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，就好像每个数值和子范围都被明确列举。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应被解释为不仅包括约0.1％至约5％，还包括所指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。

术语“包含(comprise)”(和任何形式的包含，如“包含(comprises)”和“包含(comprising)”)，“具有(have)”(和任何形式的具有，如“具有(has)”和“具有(having)”)，和“包括(include)”(和任何形式的包括，如“包括(includes)”和“包括(including)”)。因此，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个元件的设备拥有那些一个或多个元件，但不限于仅拥有那些一个或多个元件。同样地，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个步骤的方法拥有那些一个或多个步骤，但不限于只拥有那些一个或多个步骤。

任何系统、方法和制造品的任何实现可以由任何所述的步骤、元素和/或特征组成，或基本上由这些步骤、元素和/或特征组成，而不是包含/具有/包括这些步骤、元素和/或特征。因此，在任何权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”可以代替上述任何开放式连接动词，以改变反之使用开放式连接动词的给定权利要求的范围。此外，术语“其中(wherein)”可以与“其中(where)”互换使用。

此外，以特定方式配置的装置或系统至少以该方式配置，但也可以以除了具体描述的方式之外的其他方式配置。一个实施方案的一个或多个特征可以应用于其他实施方案，即使没有描述或示出，除非本公开或实施方案的性质明确禁止。

以上描述了与实施方案相关联的一些细节，下面描述其他细节。本公开的其他实施方案、优点和特征在阅读整个申请(包括以下部分：附图说明、具体实施方式和权利要求)后将变得显而易见。

附图说明

以下附图以示例而非限制的方式示出。为了简洁和清楚，给定结构的每个特征并不总是在出现该结构的每个附图中标记。相同的附图标记不一定表示相同的结构。相反，相同的附图标记可用于表示相似的特征或具有相似功能的特征，不相同的附图标记也可以。附图是按比例绘制的(除非另有说明)，这意味着至少对于附图中描述的实施方案，所描述的元件的尺寸相对于彼此是精确的。标识为示意图的视图未按比例绘制。

图1是示出用于进行蒸馏的系统的示例的图，该系统包括具有不同直径的通孔的塔板。

图2示出了包括具有不同直径的通孔的板的第一实施方案的俯视图。

图3示出了包括具有不同直径的通孔的板的第二实施方案的俯视图。

图4A和4B示出了板的第一实施方案和第二实施方案的示意性剖视图。

图5A和5B示出了具有不同直径的通孔的多个板的俯视图。

图6示出了包括具有不同直径的通孔的板的第三实施方案的俯视图。

图7示出了包括具有不同直径的通孔的板的第四实施方案的俯视图。

图8是示出使用蒸馏塔板的方法的示例的流程图。

具体实施方式

参考图1，示出了用于进行蒸馏的系统100的图。系统100包括至少一个塔板，所述至少一个塔板包括不同直径的通孔，如本文进一步描述。如本文所用，通孔还可称为穿孔。

系统100包括蒸馏塔102、冷凝器104和再沸器106。蒸馏塔102通过导管(例如管)连接到冷凝器104，并且蒸馏塔102通过导管(例如管)连接到再沸器106。在一些实施方案中，系统100包括另外的部件，例如一个或多个泵、重力分离器、另外的冷凝器或其组合，为了方便起见未示出。

蒸馏塔102包括限定室112的壳体110和设置在室内的多个塔板。例如，所述多个塔板可以包括图示的第一塔板114和图示的第二塔板116。第二塔板116可以在室112内邻近第一塔板114设置(例如在下方，如图1所示的方向)。在一个特定的实施方案中，至少一个塔板的直径大于或等于2米(例如，小到2至3米)。或者，直径可以大到7米。尽管图1中示出了12个塔板，但在其他实施方案中，蒸馏塔102可以包括少于12个或多于12个塔板。多个塔板中的至少一些不具有降液管。降液管是将液体从上部塔板引导至下部塔板的导管。在一个特定的实施方案中，多个塔板中的每个塔板不具有降液管。此外，至少一个塔板，例如第一塔板114，可以包括具有多个通孔的板，多个通孔包括第一组通孔和第二组通孔，第一组通孔各自具有基本上第一直径，第二组通孔各自基本上具有不同于第一直径的第二直径，此外还包括从板的表面延伸并设置在两组通孔之间的堰，如本文至少参考图2-3和6-7进一步描述的。

在一个特定的实施方案中，蒸馏塔102是圆柱形塔。例如，蒸馏塔102可以具有至多7米(m)(例如5至7m)的直径。塔板可以使用塔板端部连同用于大直径的横杆(当需要时)沿着壳体110支撑在容器壁环上。或者，多个塔板可以由沿着壳体110垂直延伸的支撑结构支撑。在一个特定的实施方案中，支撑结构是钢。在其他实施方案中，可以使用其他金属或材料。在一些实施方案中，多个塔板各自包括支撑梁或其他支撑结构，该支撑梁或其他支撑结构连接到塔板的表面(例如底表面)以支撑塔板的重量并防止塔板弯曲(bending)或歪斜(bowing)。

蒸馏塔102被配置成将包括多种液体的混合物的液体进料蒸馏(例如分离)成组成部分。这通过将液体进料加热至高于一种组分沸点但低于另一种组分沸点的温度来实现。随着液体进料被加热(例如通过蒸馏塔102的加热单元)，组分中的一种(以液体形式)通过多个塔板中的孔向下流动(例如从较高的塔板到较低的塔板)，同时组分中的另一种被转化为蒸气(例如气体)，其通过孔向上流过多个塔板。

冷凝器104连接到蒸馏塔102，并被配置成接收来自蒸馏塔的蒸气。冷凝器104被配置为冷却蒸气，使得蒸气转化为液体。因为蒸气基本上是具有较低沸点的液体进料的组分，所以冷凝器中形成的液体是较低沸点组分(其最初混合在液体进料中)的液体形式。冷凝器104被配置为提供这种液体中的一些作为输出产物，并将剩余的液体作为回流物提供回蒸馏塔102用于蒸馏过程。

再沸器106连接到蒸馏塔102，并被配置成接收来自蒸馏塔的液体。这些液体中的一些(例如具有较高沸点的组分的液体形式)作为输出产物提供。再沸器106被配置成使剩余的液体沸腾以将液体转化为蒸气。该蒸气返回蒸馏塔102用于蒸馏过程。

在系统100运行期间，蒸馏塔102在第一输入端接收液体进料120。液体进料120包括至少两种液体组分(例如化学品)的组合。作为说明性的非限制性示例，液体进料120可以包括丁烷和异丁烷。将液体进料120提供至蒸馏塔102内的多个塔板中的一个或多个，并且随着液体进料120被加热，第一组分的蒸气向上流过多个塔板，同时第二组分的液体向下流过多个塔板。例如，液体可以通过第一塔板中的通孔从第一塔板114向下流到第二塔板116，并且蒸气122可以通过通孔从第二塔板向上流到第一塔板。

当蒸气122(其基本上是第一组分)上升到蒸馏塔102的顶部时，蒸气122从蒸馏塔的第一输出端口提供至冷凝器104。冷凝器104冷却蒸气122以将蒸气转化为液体(例如基本上第一组分的液体形式)。该液体的第一部分作为回流物124提供至蒸馏塔102的第二输入端口以用于蒸馏过程。该液体的第二部分作为第一输出产物126(例如第一组分的液体)提供。

此外，当蒸馏塔102中的液体流向底部时，液体(其基本上是第二组分)作为液体128通过第二输出端口离开蒸馏室。液体128的第一部分作为第二输出产物130(例如第二组分的液体)提供。液体128的第二部分被提供至再沸器106。再沸器106加热液体128以将液体转化为蒸气(例如气体)，并且蒸气作为返回蒸气132被提供至蒸馏塔102的第三输入端口以用于蒸馏过程。

系统100包括比常规塔板制造起来更不复杂且成本更低的塔板。例如，如本文进一步描述的，蒸馏塔102的至少一个塔板包括具有不同直径的通孔且不包括降液管。这样的塔板比具有降液管的典型筛孔塔板制造起来更不复杂且成本更低。此外，这样的塔板更容易清洁，这减少了系统100用于清洁的停机时间。此外，这样的塔板不太可能被铁锈和/或碎屑积垢，从而延长塔板的使用寿命。

参考图2，示出了包括具有不同直径的通孔(例如穿孔)的板200。塔板，例如蒸馏塔板，可以包括板200。在一个特定实施方案中，图1的第一塔板114和/或第二塔板116包括板200。板200包括从第一表面(例如顶表面)延伸至第二表面(例如底表面)的多个通孔。多个通孔包括第一组第一通孔210和第二组第二通孔212。第一通孔210包括具有第一直径的通孔，例如图示的第一通孔214。第二通孔212包括具有不同于第一直径的第二直径的通孔，例如图示的第二通孔216。

在一个特定实施方案中，第二直径大于第一直径。在其他实施方案中，第二直径小于第一直径。在一个特定实施方案中，第一直径是基本上19毫米(mm)、12.5mm或4.75mm中的一种，并且第二直径是基本上19mm、12.5mm或4.75mm中的一种但不等于第一直径。例如，第一直径可以是基本上12.5毫米并且第二直径可以为基本上19mm。作为另一个示例，第一直径可以是基本上4.75mm并且第二直径可以是基本上12.5mm。作为另一个示例，第一直径可以是基本上4.75mm并且第二直径可以是基本上19mm。在一个特定的实施方案中，第一直径在4.75mm至12.5mm之间(或在0.1875至0.5英寸之间)，并且第二直径在12.5mm至19mm之间(或在0.5至0.75英寸之间)。在其他实施方案中，其他尺寸的直径是可能的。

板200还包括将具有第一通孔210的区域与具有第二通孔212的区域分开的堰。堰连接到板200并从板的第一表面(例如顶表面)延伸。例如，板200包括连接到板并从第一表面延伸的第一堰202。第一堰202设置在第一组第一通孔210和第二组第二通孔212之间。在一个特定的实施方案中，第一组第一通孔210包括第一多个通孔，第二组第二通孔210包括第二多个通孔，如图2所示。

在图2所示的特定实施方案中，第一通孔210的区域与第二通孔212的区域穿插，并且堰设置在不同通孔尺寸的区域之间。例如，板200包括第一组第一通孔210、第二组第二通孔212、第三组第一通孔210和第四组第二通孔212。板200还包括第一堰202、第二堰204、第三堰206和第四堰208，它们连接到板并从板的第一表面(例如顶表面)延伸。第一堰202、第二堰204、第三堰206和第四堰208线性延伸并平行地横跨板200设置。第一堰202设置在第一组第一通孔210和第二组第二通孔212之间，第二堰204设置在第二组第二通孔212和第三组第一通孔210之间，使得第一组第一通孔210设置在第一堰202的与第二组第二通孔212相对的一侧，第二组第二通孔212设置在第一堰202和第二堰204之间。在一个特定实施方案中，第一组第一通孔210设置在第一堰202和另一个堰之间。第三堰206设置在第三组第一通孔210和第四组第二通孔212之间，第四堰208设置在第四组第二通孔212和第五组第一通孔210之间，使得第三组第一通孔210设置在第二堰204和第三堰206之间，第四组第二通孔212设置在第三堰206和第四堰208之间。尽管示出了六个区域的第一通孔210、五个区域的第二通孔212和十个堰，但是在其他实施方案中，不同数量的具有第一通孔210的区域、不同数量的具有第二通孔212的区域以及不同数量的堰是可能的。

堰202-208是从板200的表面延伸的金属(或其他材料)片，并且被配置成保持在板的一个区域内的特定液位(例如，当液位超过堰的高度时，液体能够越过堰流入另一个区域)。堰通常为矩形，但在其他实施方案中，堰具有其他形状。在一个特定的实施方案中，堰202-208具有大约2至4英寸的高度(例如，堰202-208从板200延伸大约2至大约4英寸)。在其他实施方案中，该高度可以小于2英寸或大于4英寸。

第一组第一通孔210、第二组第二通孔212、第三组第一通孔210和第四组第二通孔212被配置成使得液体能够从第一表面流到第二表面以及板200下方，而不使用降液管。例如，如果板200包括在第一塔板114中，则该组通孔使得液体能够向下流到第二塔板116。第一通孔210的尺寸设置成使得蒸气也可从第二塔板116流动(例如鼓泡)到第一塔板114(例如板200)，而第二通孔212的尺寸设置成提供足够快的流体向下流动以基本上防止蒸气向上流动(或防止大量蒸气向上流动)。因为液体能够向下流过第一通孔210和第二通孔212，并且蒸气能够向上流过第一通孔210，所以板200(例如第一塔板114)被配置成类似于具有多个降液管的蒸馏塔板运行。然而，板200不包括任何降液管，这简化了制造并降低了板的成本，同时还改善了板的清洁。

在一个特定实施方案中，第一通孔210和第二通孔212可具有根据表1的测量值。

在另一个特定实施方案中，第一通孔210和第二通孔212可具有根据表2的测量值。

在表2中，穿孔是指通孔(例如第一通孔210或第二通孔212)的直径，中心是指相邻通孔之间的间距，开放面积是指未被通孔占据的相应区域的空间，线是指区域内通孔的取向(相对于彼此)。

表3示出了NC4、IC4异构体分离塔中塔板的蒸气和液体负载和溢流性能。

在表4中，示出了非圆形直堰型布局的测量结果，该布局将小穿孔区域和大穿孔区域分隔为圆形塔直径的多个区段。AD是指区段面积(单位为m²)，H/D是指弦高/蒸馏塔直径。表4中使用的参考公式是圆的弦和弦两侧圆的截面面积的公式。表4中的数据是针对内部直径为6米、横截面积为28.2743m²、共有10个具有大穿孔的区域的塔建立的。在该实施方案中，相应的堰负载为20.18加仑每分钟/英寸(gpm/inch)堰长。

尽管第一通孔210和第二通孔212被描述为具有相同的直径，但是在其他实施方案中，通孔可以具有从同一范围内选择的直径。为了说明，第一组通孔(例如图2中第一堰202左侧的第一通孔210)可以各自具有第一范围内的第一直径，第二组通孔(例如第一堰202和第二堰204之间的第二通孔212)可以各自具有不同于第一范围的第二范围内的第二直径，第三组通孔(例如第二堰204和第三堰206之间的第一通孔210)可以具有第一范围内的第三直径，第四组通孔(例如第三堰206和第四堰208之间的第二通孔212)可以具有第二范围内的第四直径。在一个特定的实施方案中，第一范围在4.75mm至12.5mm之间(或在0.1875至0.5英寸之间)，第二范围在12.5mm至19mm之间(或在0.5至0.75英寸之间)。因此，在一些实施方案中，不同区域的第一通孔210和不同区域的第二通孔212可以具有在相应的范围内的不同的直径。在一些实施方案中，堰可以限定具有不同直径通孔的不同区域。例如，由第一组堰限定的区域中的第一通孔210可以具有与由第二组堰限定的第二区域中的第一通孔210不同的直径。

因此，板200使得液体能够流过第一通孔210和第二通孔212，并且蒸气能够流过第一通孔210。因为液体和蒸气可以以这种方式流动，所以不使用降液管。避免使用降液管降低了制造板200的复杂性和成本。此外，清洁可以更容易并且板200不太可能被铁锈和/或碎屑积垢，从而延长板200的使用寿命。

参考图3，示出了包括具有不同直径通孔的板300。塔板，例如蒸馏塔板，可以包括板300。在一个特定的实施方案中，图1的第一塔板114和/或第二塔板116可以包括板300。板300包括从第一表面(例如顶表面)延伸至第二表面(例如底表面)的多个通孔。多个通孔包括第一组第一通孔310和第二组第二通孔312。第一通孔310包括具有第一直径的通孔，例如图示的第一通孔314。第二通孔312包括具有不同于第一直径的第二直径的通孔，例如图示的第二通孔316。在一个特定的实施方案中，第二直径大于第一直径，并且第一直径和第二直径可以具有参考图2所述的测量值。例如，第一通孔310可以包括或对应于图2的第一通孔210，并且第二通孔312可以包括或对应于图2的第二通孔212。

在图3所示的特定实施方案中，第一通孔310的区域与第二通孔312的区域穿插，并且堰设置在不同通孔尺寸的区域之间。例如，板300包括第一组第一通孔310、第二组第二通孔312、第三组第一通孔310和第四组第二通孔312。板300还包括第一堰302、第二堰304、第三堰306和第四堰308，它们连接到板并从板的第一表面(例如顶表面)延伸。第一堰302、第二堰304、第三堰306和第四堰308限定同心圆，并且包含第一通孔310和第二通孔312的区域限定同心圆区域。堰设置在具有不同直径的通孔的圆形区域之间。例如，第一组第一通孔310设置在第一堰302外侧，第二组通孔312设置在第一堰302和第二堰304之间，第三组第一通孔310设置在第二堰304和第三堰306之间，第四组第二通孔312设置在第三堰306和第四堰308之间。尽管图3中示出了三个区域的第一通孔310、两个区域的第二通孔312和四个堰，但是在其他实施方案中，板300包括不同数量的第一通孔310的区域、不同数量的第二通孔312的区域和/或不同数量的堰。

在一个特定的实施方案中，板300的容量设计由表5给出。

在一个特定实施方案中，仅在两个圆形大穿孔区域(例如第二通孔312的区域)中对应的gpm/英寸堰长为17.79gpm/英寸。这样的测量是基于正丁烷和异丁烷二元异构体分离的过程数据。

与图2的板200相比，板300的构造增加了堰的长度。增加堰长可以减少堰负载，在一些实施方案中，与线性堰相比减少多达五倍。因此，板300可以适于比板200更高的液体负载水平。例如，板300可以适于20gpm/英寸或更高的液体负载水平，例如在C3裂解、C4异构体分离或丁醛异构体分离中。

参考图4A和4B，示出了板200和板300的示意性剖视图。参考图4A，板200包括第一表面402(例如顶表面)和与第一表面402相对的第二表面404(例如底表面)。通孔从第一表面402延伸到第二表面404(例如穿过板200的整个厚度)。例如，第一通孔210和第二通孔212从第一表面402延伸到第二表面404，从而使得液体能够从第一表面402流到第二表面404和板200下方(或使得蒸气能够从第二表面404下方流动到第一表面402上方)。

堰连接到第一表面402并从第一表面402延伸。例如，第一堰202、第二堰204、第三堰206和第四堰208连接到第一表面402并从第一表面402延伸。堰202-208平行设置在具有不同直径通孔的区域之间。例如，第一堰202设置在第一组第一通孔210和第二组第二通孔212之间，第二堰204设置在第二组第二通孔212和第三组第一通孔210之间，第三堰206设置在第三组第一通孔210和第四组第二通孔212之间，第四堰208设置在第四组第二通孔212和第五组第一通孔210(未示出)之间。在一些实施方案中，一个或多个支撑结构可以连接到第二表面404以支撑板200并防止板200弯曲或歪斜。

参考图4B，板300包括第一表面406(例如顶表面)和与第一表面406相对的第二表面408(例如底表面)。通孔从第一表面406延伸到第二表面408(例如穿过板300的整个厚度)。例如，第一通孔310和第二通孔312从第一表面406延伸到第二表面408，从而使得液体能够从第一表面406流到第二表面408和板300下方(或使得蒸气能够从第二表面408下方流到第一表面406上方)。

堰连接到第一表面406并从第一表面406延伸。例如，第三堰306和第四堰308连接到第一表面406并从第一表面406延伸。堰306和308形成同心圆并设置在具有不同直径通孔的区域之间。例如，第三堰306设置在一组第二通孔312(未示出)和一组第一通孔310之间，第四堰308设置在一组第一通孔310和一组第二通孔312之间。

参考图5A和5B，示出了多个板的俯视图。尽管在图5A和5B中示出了不同的板，但是这样的示例不是限制性的，并且在其他实施方案中，图5A的一个或多个板可以与图5B的一个或多个板一起使用。

图5A示出了第一板502和第二板504。在一个特定的实施方案中，第一板502包括在第一塔板114中并且第二板504包括在第二塔板116中，使得第一板502设置在蒸馏塔102中的第二板504上方。板502、504包括具有第一通孔506(具有第一直径)的区域和具有第二通孔508(具有不同于第一直径的第二直径)的区域。在一个特定的实施方案中，第一通孔506包括或对应于图2的第一通孔210，第二通孔508包括或对应于图2的第二通孔212。堰连接到板502、504。例如，堰510连接到第一板502并且堰512连接到第二板504。

第一板502被配置在第一方向514上，而第二板504被配置在不同于第一方向514的第二方向516上。在一个特定的实施方案中，第二方向516相对于第一方向514旋转基本上90°(顺时针或逆时针)。例如，板502包括从第一表面延伸的在第一方向514上平行地横跨板的多个堰，第二板504包括从第二板504的表面延伸的在垂直于第一方向514的第二方向516上平行地横跨第二板的第二多个堰。为了进一步说明，堰在第一板502上向上和向下延伸(在图5的方向上)，并且堰在第二板504上向左和向右延伸。在其他实施方案中，第二方向516旋转了不同的量，例如基本上15°、30°、45°、60°或75°，作为非限制性示例。相邻的板(例如相邻的塔板)以这样的方式定向，使得第一板502中具有第一通孔506的区域至少部分位于第二板504中具有第二通孔508的区域上方，并且第一板502中具有第二通孔508的区域至少部分位于第二板504中具有第一通孔506的区域上方。

图5B示出了第三板520和第四板522。在一个特定的实施方案中，第三板520包括在第一塔板114中并且第四板522包括在第二塔板116中，使得第三板520设置在蒸馏塔102中的第四板522上方。板520、522包括具有通孔506(具有第一直径)的区域和具有第二通孔508(具有不同于第一直径的第二直径)的区域。在一个特定的实施方案中，第一通孔506包括或对应于图3的第一通孔310，第二通孔508包括或对应于图3的第二通孔312。堰连接到板520、522并形成同心圆。

第三板520被配置为第一配置524，第四板522被配置为第二配置526。配置524、526是指具有第一通孔506的区域、具有第二通孔508的区域和堰的位置。第一配置524不同于第二配置526。例如，第三板520包括从第三板的表面延伸并形成同心圆的多个堰，所述多个堰将具有第一直径的通孔组与具有第二直径的通孔组分开，并且第四板522包括从第四板的表面延伸并形成同心圆的第二多个堰，第二多个堰将具有第二直径的通孔组与具有第一直径的通孔组分开。相邻的板(例如相邻的塔板)可以具有不同的配置，使得第三板520中具有第一通孔506的区域至少部分位于第四板522中具有第二通孔508的区域上方，并且第三板520中具有第二通孔508的区域至少部分位于第四板522中具有第一通孔506的区域上方。

以这种方式(例如，通过不同地定向相邻塔板或将具有不同配置的塔板彼此相邻放置)配置相邻塔板可以向具有第一通孔506的区域和具有第二通孔508的区域提供更均匀的液体分配。

参考图6和7，示出了包括具有不同直径通孔的板600和板700。塔板，例如第一塔板114和/或第二塔板116，可以包括板600或板700。图6和7示出了包括线性和圆形堰的“混合”实施方案。

参考图6，板600包括横跨板600延伸的线性堰、横跨板600延伸的第一通孔610的区域和横跨板600延伸的第二通孔612的区域。例如，板600包括连接到板600的表面并平行地横跨板设置的第一堰602和第二堰604。第一组第一通孔610设置在第一堰602的与第二组第二通孔612相对的一侧(例如图6所示方向的底侧)。第二组第二通孔612设置在第一堰602和第二堰604之间。第一通孔610具有第一直径，例如图示的第一通孔614，并且第二通孔612具有不同于第一直径的第二直径，例如图示的第二通孔616。在一个特定的实施方案中，第一通孔610包括或对应于第一通孔210或310，第二通孔612包括或对应于第二通孔212或312。

板600还包括圆形堰和圆形的通孔区域。例如，板600包括连接到板的表面(例如顶表面)并从板的表面延伸的第三堰606、第四堰608和第五堰609。第三堰606、第四堰608和第五堰609限定了同心圆或部分同心圆以及具有不同直径的通孔的分离区域。例如，第三组第一通孔610设置在第三堰606和第四堰608之间，第四组第二通孔612设置在第四堰608和第五堰609之间。尽管图6示出了四个线性堰和三个圆形堰，但是在其他实施方案中，可以包括多于四个或少于四个线性堰和多于三个或少于三个圆形堰。

参考图7，板700包括圆形堰、第一通孔610的圆形区域和第二通孔612的圆形区域。例如，板700包括连接到板的表面(例如顶表面)并从该表面延伸的第一堰702和第二堰704。第一堰702和第二堰704形成(例如限定)同心圆。第一组第一通孔610设置在第一堰702外侧，第二组第二通孔612设置在第一堰702和第二堰704之间。

板700还包括线性堰和设置在由圆形堰形成的圆内的通孔区域。例如，板700包括连接到板的表面并从板的表面延伸的第三堰706和第四堰708。第三堰706和第四堰708横跨由第二堰704形成的圆平行设置。第三组第一通孔610设置在第二堰704和第三堰706之间，第四组第二通孔612设置在第三堰706和第四堰708之间。尽管图7示出了两个圆形堰和两个线性堰，但是在其他实施方案中，可以包括多于两个或少于两个圆形堰和多于两个或少于两个线性堰。

与其他塔板相比，图6-7的混合示例可以提供益处。例如，因为一些堰是圆形的，所以堰的长度可以比线性堰长，这增加了可以由相应板处理的液体负载水平。附加地或替代地，一些堰和区域是线性的，这可以简化制造过程。此外，混合设计可以部署在与液体负载相比具有更高蒸气负载的蒸馏塔中，或部署在喷射溢流是限制因素的蒸馏塔中。

参考图8，示出了使用蒸馏塔板的方法的示例。作为非限制性示例，方法800可以通过蒸馏塔板来执行，例如第一塔板114、第二塔板116，或包括板200、板300、板502、504、520和522、板600或板700的塔板。

在802处，方法800包括将液体接收在蒸馏塔的塔板中。塔板包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的板。板具有在第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔。例如，板200可以将液体(例如来自位于蒸馏塔102中的板200上方的塔板)接收在具有第一通孔210的区域中。

在804处，方法800包括使液体能够以第一流动方向流过多个通孔中的第一组通孔。第一组通孔具有第一直径。例如，液体可以流过具有第一直径的第一组第一通孔210。为了进一步说明，如果板200包括在第一塔板114中，则液体可以向下流到第二塔板116。

在806处，方法800包括使蒸汽能够以与第一流动方向相反的第二流动方向流过第一组通孔。例如，蒸汽可以从下部塔板(例如第二塔板116)通过第一组第一通孔210向上流动。

在808处，方法800还包括当液体的高度超过连接到第一表面的堰的高度时，使液体能够流过多个通孔中的第二组通孔。第二组通孔具有不同于第一直径的第二直径，并且堰设置在第一组通孔和第二组通孔之间。例如，当液体的高度超过第一堰202的高度时，液体越过第一堰202流到第二组第二通孔212，并且液体以第一流动方向流过第二组第二通孔212(例如到板200下方的塔板)。

因此，方法800使得不具有降液管的蒸馏塔板能够以类似于具有降液管的蒸馏塔板的方式运行。因为没有降液管，蒸馏塔板的制造可以更容易且更便宜。此外，蒸馏塔板的清洁可以更容易，这减少了用于清洁的停机时间并延长了蒸馏塔板的使用寿命。

以上说明和实施例提供了对说明性实施方案的结构和使用的完整描述。尽管上面已经以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施方案描述了某些实施方案，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下对所公开的实施方案做出多种改变。因此，方法和系统的各种说明性实施方案不旨在限于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求范围内的所有修改和替换，并且除了所示实施方案之外的实施方案可以包括所描述的实施方案的一些或所有特征。例如，元件可以被省略或组合成单一结构，连接可以被替换，或两者都有。此外，在适当的情况下，上述任何实施例的方面可以与所描述的任何其他实施例的方面组合以形成具有可比较的或不同的特性和/或功能并且解决相同或不同的问题的进一步的实施例。类似地，应理解上述益处和优点可以涉及一种实施方案或可以涉及多种实施方案。因此，本文描述的单个实施方案不应被解释为限制，并且在不脱离本公开的教导的情况下可以适当地组合本公开的实施方案。

权利要求不旨在包括且不应被解释为包括装置加功能或步骤加功能的限制，除非这样的限制在给定的权利要求中分别使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”来明确记载。

Claims (8)

1.一种用于蒸馏塔中的塔板，所述塔板包括：

板，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述板具有在第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔，所述多个通孔包括：

第一组通孔，其各自具有基本上第一直径；其中第一组通孔中的圆形通孔各自具有相同的第一直径；和

第二组通孔，其各自基本上具有与第一直径不同的第二直径；其中第二组通孔中的圆形通孔各自具有相同的第二直径；

堰，其连接到板并从第一表面延伸，所述堰设置在第一组通孔和第二组通孔之间；

其中第一直径在4.75毫米至12.5毫米之间并且第二直径在12.5毫米至19毫米之间；并且

其中所述塔板不包括降液管。

2.如权利要求1所述的塔板，其中第一直径为基本上4.75毫米并且第二直径为基本上19毫米。

3.如权利要求1所述的塔板，其进一步包括从第一表面延伸的第二堰和第三堰，其中所述堰、第二堰和第三堰横跨所述板平行设置，其中第一组通孔设置在所述第二堰和所述堰之间，并且其中第二组通孔设置在所述堰和所述第三堰之间。

4.如权利要求1所述的塔板，其进一步包括从第一表面延伸的第二堰和第三堰，其中所述堰、第二堰和第三堰限定同心圆，其中第一组通孔设置在所述第二堰和所述堰之间，并且其中第二组通孔设置在所述堰和所述第三堰之间。

5.如权利要求1所述的塔板，其中所述塔板的直径大于或等于2米。

6.如权利要求3所述的塔板，其进一步包括从第一表面延伸的第四堰，其中第三堰和第四堰平行于第一堰和第二堰设置，其中第三组通孔设置在第二堰和第三堰之间，并且其中第四组通孔设置在第三堰和第四堰之间。

7.如权利要求3所述的塔板，其进一步包括从第一表面延伸的第四堰和第五堰，其中第三堰、第四堰和第五堰限定同心的圆或部分圆，其中第三组通孔设置在第三堰和第四堰之间，并且其中第四组通孔设置在第四堰和第五堰之间。

8.一种系统，其包括：

蒸馏塔，其包括：

限定腔的壳体；和

多个根据权利要求1的塔板。