CN101262925A - 用于处理气体的筒 - Google Patents
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一种用于通过与反应性物质反应来处理气体的筒，所述筒包括至少部分填充有所述反应性物质的蜂窝状单元的粘合组件，所述蜂窝状单元的壁的一部分可透过所述气体但不可透过所述反应性物质，所述壁部分用于与所述气体接触。
Description
本发明涉及一种用于处理气体的筒。本发明还涉及其用途及其制造方法。
更具体地，本发明涉及一种筒，其中通过使气体与容纳在筒中的物质反应来进行气体处理。例如，所述处理为通过与除臭剂(例如碳酸氢钠)反应来对空气除臭、通过使气体与例如石灰接触并反应来吸收气体中所含的CO2、或通过使气体与吸湿性物质反应来对气体除湿。
具体而言，在家用尤其是在工业上，除湿表现出巨大增长的市场。例如，据估计需要使用运输产品湿度调节装置的运输容器的数量每年超过20亿。
空气除湿的简单方法是使空气与高吸湿性物质接触。因此，公知的是使用硅胶、粘土和氯化镁或氯化钙。在氯化钙的情况下，从无水CaCl2转化为其水合形式涉及吸收极大量的水，1kg氯化钙在平衡状态时可以吸收至多14kg水。该产品也是经济上非常有用的。然而，其缺点在于吸水后变为液体，从而产生如何限制氯化钙的问题。为此，通常将氯化钙置于敞开盘中。无论是在工业环境中还是用于生活用途，这种方案都是不可接受的，因为如果所述盘翻倒的话，就会有使氯化钙溅到被调节的物质上的风险。这是因为：一方面，六水合氯化钙非常粘且难以清理，另一方面，六水合氯化钙是高度腐蚀性的，因此可能损坏被调节的物质。
以本申请人名义的FR 2 819 990已提出将氯化钙置于可透过气体但不可透过液体的例如由聚乙烯无纺布制成的封套中。然而，虽然该解决方案对于包装易损坏的产品例如水果和蔬菜是有效的，但是完全不适合于不太小心处理的产品的工业运输。这是因为：如果所述半透性的封套在使用期间破损的话，则封套的全部内容物会从中泄漏并污染其环境。此外，由于封套不是刚性的，所以更难于处理。最后，在封套的某些部位，吸湿性物质聚集成紧密的块，减小了与空气接触的面积。这降低了除湿的效果。
还已知，使无水氯化钙或脱水氯化钙与粘土或惰性吸收物质(锯屑或木屑)混合，以便吸收由于除湿所产生的液体相并防止液体泄漏。这种混合物常常限制干燥物质的吸收性。
一般而言，本发明的目的是提供一种用于通过使气体与简单廉价的物质反应来处理气体的装置，所述装置能够易于用在工业环境中并有助于增大气体与物质的接触面积。
因此，本发明涉及一种用于通过与反应性物质反应来处理气体的筒，所述筒包括至少部分填充有反应性物质的封闭蜂窝状单元的粘合组件(cohesive assembly)，所述蜂窝状单元的壁的一部分可透过气体但不可透过反应性物质，所述壁部分用于与所述气体接触。
术语“筒”应该理解为是指具有足够的刚性以在不受应力时具有限定的且可再现的形状的容器。具体而言，该刚性必须足以给予蜂窝状单元以限定的且可再现的形状，以使其更容易填充气体处理物质。所述筒可以具有任何适于其特定用途的具有平面或曲面的形状，即球体或平行六面体。在实践中，平行六面体是有利的，因为这种形状适合许多用途和配置。还允许若干个筒易于叠置。所述筒的尺寸具体取决于待除湿气体的体积以及其中必须放置筒的可用体积。由于所述筒特别适于工业用途，所以已经观察到具有宽度为5～150cm(优选为10～50cm)、长度为15～300cm(优选为30～75cm)并且厚度为1～5cm(优选为1～3cm)的外部尺寸的平行六面体筒较好地兼顾了可操作性、刚性和处理效果。还可以紧凑方式叠置一组2～10个或优选3～5个这样的筒，以便增强处理能力。为此，对于所述筒而言，有利的是在叠置时具有适于略微保持间隔的装置，以便改善待处理气体在筒间的循环并增加与反应性物质接触的有效面积。
根据本发明，将反应性物质置于封闭蜂窝状单元的粘合组件中，该封闭蜂窝状单元更简称为蜂窝状结构。因此，该物质在筒中不是单一部件，而是被分成多个独立的子组件。此种分隔具有如下优点：一方面，如果筒壁局部破损，则仅有一部分反应性物质可从中流出；另一方面，所述分隔增大了气体与反应性物质的接触面积，无论筒的位置如何都是如此，尤其是处于垂直位置时。因此，该分隔可以从所述物质中获取最大反应能力。优选将反应性物质单独引入到蜂窝中。然而，所述反应性物质还可以作为与其它反应物或甚至任何其它有用组分的混合物引入。此外，所述单元形成粘合构件，也就是说所述单元不是机械隔离的。优选地，为了形成单个机械部件的子组件，将所述单元固定在至少一个相邻的单元上或筒的公共部分上，以便在筒破损时限制所述单元与筒分离的风险。蜂窝状单元是封闭的，亦即所述单元在所有方向上均具有壁并且放置在所述单元中的反应性物质不会从中漏出。蜂窝状单元相互接触是有利的，也就是说其壁的一部分与相邻单元的壁的一部分接触。所述单元的壁的一部分甚至优选是共有的，即任意一个壁的两面属于两个不同的相邻单元。为了得到反应性物质的良好分隔，蜂窝状单元不能太大，而为了不在壁上损失太多体积并能够容易地将反应性物质引入到单元中，蜂窝状单元也不能太小。在实践中，推荐蜂窝的最大内部尺寸为5～50mm，优选为10～30mm。最小尺寸不能小于几毫米。有利的是，所述内部尺寸为3～20mm。
在根据本发明的筒中，有必要使蜂窝状单元的壁具有“半透性”部分，亦即，可透过气体但不可透过反应性物质的部分。更确切地说，一方面，该壁部分必须可透过待处理的气体，使得所述气体可以渗入蜂窝中并与反应性物质接触。另一方面，所述壁部分当然必须有效地容纳反应性物质并且也优选容纳反应产物，尤其是当这些产物对筒的环境不友好时。半透性壁因此也不可透过反应产物。术语“反应”应该理解为是指可以在气体和反应性物质之间发生的所有化学或物理现象。因此，例如，当处理是利用氯化钙作为反应性物质的除湿时，半透性壁有利的是基本不可透过由于吸收气体中的潮气而易于在单元中形成的液体，以使所述液体不会流出筒。因此，半透性壁有利的是不可透过水溶液。所有的壁都可以由相同的材料制成并且全部都是半透性的。然而，在实践中，所述筒将因此不容易具有合适的刚性。对于所述筒而言，更有利的是包含用于半透性壁部分和用于不透性的并赋予刚性的其余壁部分的不同材料。半透性材料必须很好地粘附到单元的其它组成材料上，以得到封闭单元。对于通常难以获得半透性材料与单元的其余壁的良好直接粘附而言，在根据本发明的筒的有利变化方案中，蜂窝状单元的壁包括基于不同材料的至少两个部分。在该变化方案中，有利地位于所述筒的至少一个面上的第二材料具有促进粘合的作用，例如通过将半透性部分粘合或焊接到蜂窝状结构上。因此，有必要选择粘合剂作为第二材料，所述粘合剂用作中介物并且对两种材料均具有良好的粘附性。当半透性材料必须粘附至小面积，例如粘附至壁的其余部分的截面(厚度)上时，尤其推荐该变化方案，如图1和2所示。
为了生产半透性的壁部分，可以根据反应性物质和反应产物的性质使用各种材料。在反应性物质处于不会产生液体反应产物的粉末状固体状态的简单情况下，网目或孔隙足够紧密以容纳最细的反应性粉末颗粒的低密度无纺布或简单织物可能是合适的。如果反应性物质产生液态反应产物，则推荐使用“透气的”微织物，例如以商标GORE-
销售的产品类型、或基于微纤维的无纺布，例如以商标
销售的那些、或基于聚乙烯的微纤维、或任何其它类型的选择性渗透膜。根据ISO 5636/3标准(1.5kPa压力差；10cm2试样面积)测量的气体渗透性有利的是至少100ml/分钟。不渗透性优选为使得Suler试验(AATCC 127，DIN EN 20534，60cm/分钟的填充速度)中的结果等于至少50cm。该试验测量在第一滴液滴出现在扁平试样的一个面之前，可以施加到该试样另一个面上的液柱的最大高度。
在根据本发明的筒中，半渗透性膜优选放置于没有壁的敞开蜂窝状单元部分中，所述壁由膜段(film segment)形成。可以将所述膜段固定到开口的边缘，例如通过焊接或粘合或通过机械方法。然而，在根据本发明的筒的有利变化方案中，蜂窝状单元具有敞开的壁部分，粘合组件置于由半透性材料制成的封闭封套中，以覆盖所述敞开的壁部分。在该变化方案中，有必要使单元的粘合组件的外部尺寸与封套的内部尺寸一致，以便获得封套对敞开的壁部分的充分夹紧并因此得到良好的密封。因此，不必将封套固定到蜂窝状结构上。当将反应性物质置于蜂窝状结构中时，将所述蜂窝状结构例如置于薄的临时支承物上，在将所述蜂窝状结构引入到封套中之后移去该临时支承物。
为了确保待除湿气体与吸湿性物质之间有足够的接触面积，可透过气体但不可透过反应性物质的壁部分必须是足够的。推荐该部分是每个蜂窝的壁的至少20％、优选为至少30％并且更优选为至少50％。此外，当所述筒是平行六面体时，该部分等于所述筒的大的面之一的面积的至少50％、有利的是75％并且更优选为100％，不包括被壁的其余部分的截面所占据的表面部分，以使与气体交换的面积最大化。所述单元的壁的其余部分可以由具有必要的机械和化学特性的任意材料制成。例如金属、塑料或甚至是纸板都可以顺利地使用。
在根据本发明的筒的一个有利实施方案中，蜂窝状单元的壁的至少一部分由刚性塑料制成。该塑料的拉伸模量优选为至少500MPa。根据处理、气体和反应性物质的化学性质，例如聚碳酸酯、聚酰胺、聚己内酯、氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯(PVC)已给出极好的结果。优选聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯(PVC)。使用发泡塑料，尤其是发泡聚乙烯也是有利的，如在申请WO 2005/041257中所述，通过参考将该申请的内容并入本说明书中。
根据本发明的筒在快速操作时具有极好的强度以及由于气体和反应性物质之间的大接触面积而具有改进的效果。优选地，所述筒不包括涉及部件移动的机械设备，例如马达或风机。由于通过蜂窝状结构提供的反应性物质的分隔，可以将根据本发明的筒置于任何位置。具体地，可以采用框的形式容易地将所述筒悬吊或粘到墙上，使筒的较短侧垂直于所述墙。所述筒可以配备有设计为使其保持垂直的特定支承物，或者可以将筒插入到可容纳若干个平行放置的筒的装置中。这些特性与其易用性和低成本组合，使根据本发明的筒尤其适用于通过使空气穿过由平行放置的大筒组成的装置来对大量空气脱水，例如用于空气调节设备，并且更特别地用于对封闭空间(例如橱柜、抽屉、包装或民用冰箱或工业冷冻机)或封闭房屋(例如封闭的房间、地窖、潮湿的房间、船舱或活动住房)进行脱水。
所述筒尤其适于需要受控气氛的物质的工业运输。
因此，本发明还涉及根据本发明的筒用于运输容器的环境调节的用途。术语“容器”应该理解为是指具有大尺寸的封闭体，体积大于10m3，典型地大于60m3。该容器可用于公路、海上或铁路运输。
根据本发明的筒允许处理任何类型的气体，例如水蒸汽、二氧化碳、酸性燃烧气体(HCl、HF、SO2、H2S、NOx)、水果和蔬菜熟化产生的气体(乙烯、水蒸汽、二氧化碳)、乳酪发酵、水果和蔬菜熟化、人类活动(厨房、厕所等)产生的难闻气体。
因此，本发明还涉及一种用于处理气体的方法，其中使所述气体与根据本发明的筒接触。
在根据本发明的该方法的第一变化方案中，处理是对生物活动或工业活动或化学反应产生的气体的除臭，尤其是空气除臭，所述反应性物质是芳香物质或除臭物质，例如碳酸氢钠、活性炭、分子筛例如沸石、海藻、糖、纸纤维、植物纤维、细粒二氧化硅等。推荐碳酸氢钠，尤其是至少90％的颗粒具有小于500μm、优选小于130μm直径的粒径的碳酸氢钠。
在根据本发明方法的第二有利实施方案中，所述处理包括减少所处理气体的CO2含量，所述反应性物质是苛性钠、苛性钾或有利的是石灰。
在第三有利的实施方案中，所述处理包括减少植物来源产品例如水果和蔬菜放出的熟化气体的乙烯含量，所述反应性物质是固体氧化剂，例如高锰酸钾、过碳酸钠、过氧化钙、过氧化镁、过硫酸钠、高铁酸盐等。优选高锰酸钾。推荐所述方法的该变化方案用于控制水果和蔬菜的熟化。
最后，在特别有利的第四变化方案中，所述处理是除湿，所述反应性物质是吸湿性物质。在该变化方案中，吸湿性物质优选选自硅胶、分子筛(例如沸石)、粘土(例如海泡石或膨润土)、苛性钠、苛性钾、氯化镁和氯化钙，尤其优选氯化钙。无水CaCl2转化为CaCl2·6H2O涉及接近其初始重量约97％的吸水率，CaCl2·2H2O转化为CaCl2·6H2O涉及接近其初始重量约50％的吸水率。然而，CaCl2·6H2O是尚未达到其最大干燥效果的液体，该溶液本身是高度吸湿的。这是因为，任何水合的氯化钙制剂，甚至是液体，都能够具有吸湿能力，直到其达到其平衡组成，也就是说与环境气氛处于平衡状态。在一定条件(25℃；95％相对湿度)下，1kg氯化钙因此可以在平衡状态下吸收至多14kg水。根据本发明，由于增加与气体接触面积的反应性物质的分隔，本方法的该变化方案可以从氯化钙获取最大干燥能力。此外，当空气具有非常高的湿度(除湿前)时，本方法的该变化方案的效果最为显著，使用所述筒可以使封闭空间的相对湿度保持在99％以下，并由此避免任何冷凝。该变化方案尤其适合于对运输容器除湿。
如果合适的话，可以通过将反应物的混合物或具有几种功能的反应物引入到蜂窝状结构中来组合某些变化方案。
最后，本发明还涉及一种用于制造根据本发明的筒的方法，其中：
●将平行的塑料片连续地挤出到具有位于所述片的每一侧上的室的冷却腔中；
●使每个室交替经受加压冷却流体的注射和真空，将位于任意一个片的两侧上的两个室的其中之一暴露于加压流体的作用下，而另一室暴露于真空作用下，并且在下一个交替过程中相反操作，以使所述片变形并将其成对焊在一起，从而形成相邻蜂窝状单元的粘合组件，其中每个蜂窝状单元具有两个敞开的相对壁部分。
●将反应性物质置于蜂窝状单元中；以及
●利用可透过气体但不可透过反应性物质的膜封闭所述单元的敞开的壁部分。
根据该方法，通过挤出口模连续地生产蜂窝状结构。因此，可以得到尺寸非常大的蜂窝状结构。对位于每个带的任一侧上的区域的加压和减压确保一方面形成蜂窝，另一方面将它们焊接在一起，控制在两个带之间引导作为冷却流体的流体的温度。这可以在将一个带施加到相邻的带上之后，通过焊接使它们固定在一起。
可以使用相同口模，甚至在操作过程中通过改变各种参数(例如挤出速度或连续施加在两个相邻带之间的压力和真空水平)来改变蜂窝的形状，所述蜂窝可以为规则或不规则多边形的形式或者可以为椭圆形、圆形或卵形。
当将反应性物质置于蜂窝状结构中时，例如将所述蜂窝状结构置于薄的临时支承物上，直到单元的敞开部分被封闭。
在制造方法的推荐的变化方案中，在将反应性物质置于蜂窝状单元中之前，优选通过膜来封闭所述单元的敞开壁部分的一部分，例如位于所述筒的一个面上的部分，以利于填充。该膜有利的是刚性的(具有优选至少500MPa的拉伸模量)和不可渗透的。例如，在平行六面体筒的情况下，在填充前用刚性膜覆盖两个大的面中的一个，在填充后用半透性材料覆盖另一个面。
可以在申请WO 2005/014257中找到关于用于实施根据本发明方法的装置的细节。
根据本发明的筒优选与通过根据本发明的方法得到的筒相一致。
下面所描述的图用于解释本发明。
图1显示根据本发明的用于湿度调节、尤其用于运输容器的筒，所述筒包括通过带(1)的周期性焊接所形成的蜂窝状单元的粘合组件(5)。所述组件由框(3)所包围并具有覆盖大的后侧面的半渗透性膜(2)。氯化钙丸粒或颗粒或粉末或片(4)置于蜂窝中。与所述膜(2)相似的覆盖大的前侧面并封闭所述单元的膜未示出。
图2显示用于制备根据本发明的筒的过程。如图所示，挤出口模(7)产生蜂窝状结构(8)。将粘合剂(6)、(6’)沉积于蜂窝状结构的底面和顶面上。在接近125℃的温度下将至少其一为半透性的聚乙烯膜(2)和(2’)施加到粘合剂上。将氯化钙(4)放置于施加膜(2)和(2’)之间的单元中。作为变化方案，粘合剂(6)和(6’)可以是共挤出的，而不是通过所示的辊涂覆的。沉积于顶面上的粘合剂(6)也可以在将氯化钙置于单元中之后再沉积。
下面的实施例用于解释本发明。
通过具有七个槽的口模挤出具有七条刚性PVC带(1)的组件，每条带的宽度为1cm，厚度为约100μm。通过将所述带周期性穿过如WO 2005/014257所述的具有压缩设备和真空设备的腔来使所述带冷却、变形并焊接在一起。将连续挤出物切成六个蜂窝状结构，每个蜂窝状结构的尺寸为20×4×1.1cm并且每个蜂窝状结构具有两个尺寸为20×4cm的敞开面。用筛分至3mm的工业级脱水氯化钙片以10g/100cm2蜂窝状结构的量填充蜂窝状单元。
所述六个结构通过其20×1.1cm的面粘附并置于由密度为50g/m2的聚乙烯制成的尺寸为25×27cm的封套中。
然后将由此形成的筒置于90％湿度和25℃温度下的环境腔中96小时。在1h、2h、4h、8h、24h、48h、73h和96h后测量其重量并由其推出吸收的重量。以CaCl2·2H2O百分比表示的吸收重量的结果示于下表中：
| 时间(小时) | 以wt％计的吸水率 |
| 0 | 0 |
| 1 | 5 |
| 2 | 9 |
| 4 | 14 |
| 8 | 24 |
| 24 | 83 |
| 48 | 150 |
| 73 | 192 |
| 96 | 219 |
应该注意，在调节过程中，在封套的外壁上没有观察到干燥液体的泄漏。结果表明根据本发明的筒具有极好的除湿能力。
Claims (15)
1.一种用于通过与反应性物质(4)反应来处理气体的筒，所述筒包括至少部分填充有所述反应性物质(4)的封闭蜂窝状单元的粘合组件，所述蜂窝状单元的壁(2)的一部分可透过所述气体但不可透过所述反应性物质和反应产物，所述壁部分用于与所述气体接触。
2.根据前述权利要求的筒，其中所述处理是除臭并且所述反应性物质吸臭。
3.根据权利要求1的筒，其中所述反应性物质是吸湿性的，并且可透过所述气体但不可透过所述反应性物质和所述反应产物的所述壁部分不可透过液体。
4.根据前述权利要求的筒，其中所述吸湿性物质是氯化钙。
5.根据前述权利要求中任一项的筒，其中可透过所述气体但不可透过所述反应性物质的所述壁部分由聚乙烯纤维制成。
6.根据前述权利要求中任一项的筒，其中所述气体是空气。
7.根据前述权利要求中任一项的筒，其中所述蜂窝状单元还包括由刚性塑料制成的其壁的一部分。
8.根据前述权利要求的筒，其中所述塑料选自聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。
9.根据前述权利要求中任一项的筒，其中所述蜂窝状单元具有敞开的壁部分，将所述粘合组件置于由可透过所述气体但不可透过所述反应性物质的材料制成的封闭封套中，以覆盖所述敞开的壁部分。
10.根据前述权利要求中任一项的筒，其中所述蜂窝状单元的壁包括至少两个基于不同材料的部分。
11.一种根据前述权利要求的筒用于处理容纳在运输容器中的空气的用途。
12.一种用于处理气体的方法，其中使所述气体与根据权利要求1～10中任一项的筒接触。
13.一种用于制造根据权利要求1～10中任一项的筒的方法，其中：
●将平行的塑料片连续地挤出到具有位于所述片的每一侧上的室的冷却腔中；
●使每个室交替经受加压冷却流体的注射和真空，将位于任意一个片的两侧上的两个室的其中之一暴露于加压流体的作用下，而另一室暴露于真空作用下，并且在下一个交替过程中相反操作，以使所述片变形并将其成对焊在一起，从而形成相邻蜂窝状单元的粘合组件，其中每个蜂窝状单元具有两个敞开的相对壁部分。
●将反应性物质置于蜂窝状单元中；以及
●利用可透过气体但不可透过反应性物质的膜封闭所述单元的敞开的壁部分。
14.根据前述权利要求的方法，其中在将反应性物质置于所述蜂窝状单元中之前，将位于所述筒的一个面上的所述单元的敞开壁部分的一部分封闭。
15.根据权利要求1～10中任一项的筒，其可以通过根据权利要求13或14的方法得到。
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