CN102149461A - 用于质量传递柱状物的规整填料模块和涉及该规整填料模块的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用在质量传递或热交换柱状物中的交叉波状规整填料模块，此种规整填料模块尤其可应用在考虑结垢、焦化以及侵蚀的恶劣应用场合。此种规整填料模块具有多个直立、平行延伸的波状板。隔离元件用于使相邻板的波纹保持隔开关系，以减小固体颗粒积聚在板表面上的机会。这些板此外不具有孔或表面处理，这些孔或表面处理会增大固体颗粒积聚在板上的机会。

Description

用于质量传递柱状物的规整填料模块和涉及该规整填料模块的方法
技术领域
本发明总体涉及一种便于蒸汽—液体或液体—液体在发生质量传递和/或热交换处理的柱状物中接触的设备和方法。更具体地说，本发明涉及用在质量传递或热交换柱状物中的规整填料模块，以及将此种模块用在考虑结垢、焦化和侵蚀的恶劣应用场合中的方法。
背景技术
已开发各种类型的用在质量传递或热交换柱状物中的随机和规整填料元件，以便于柱状物内流动的流体流之间进行接触。填料元件通常通过提供流体流能在其上扩散的表面来改进质量传递或热交换，以使上升流体流和下降流体流之间的接触区域增大。
填料元件频繁用在填料元件存在结垢、焦化以及侵蚀问题的恶劣应用场合中。理想的是，用在此种恶劣应用场合的填料元件须具有充足的结构强度，以抵抗侵蚀和诸如蒸汽爆发之类极大的柱状物扰动。填料元件还须提供能实现所希望的分离效率的结构几何形状。与此同时，填料元件须具有足够的开口区域或者以其它方式构造成：避免由于固体颗粒沉积在填料元件表面上所引起的结垢和焦化。很多类型的传统填料具有必需的强度和效率特性，但倾向于在这些恶劣应用场合中产生结垢和焦化。类似的是，其它类型的传统填料能抵抗结垢和焦化，但却无法提供所希望的强度或分离效率。因此需要开发一种规整填料模块，该规整填料模块在能抵抗结垢和焦化的同时提供所希望的结构强度和分离效率。
发明内容
在一实施例中，本发明涉及一种规整填料模块，该规整填料模块包括：多个直立、平行延伸的波状板，这些板设置成：相邻板的波纹以交叉方式延伸。隔离元件用于将板固定成呈隔开关系，以使相邻板的波纹沿波纹的整个长度彼此隔开，从而这些波纹不会与其它波纹接触。相邻板的波纹之间的空间对于通常是上升蒸汽的流体流来说完全打开，而板的表面类似地为通常是下降流体的流体提供无阻碍的流动表面。这样，能抵抗结垢和焦化的板也能提供所希望的强度和分离效率。
在另一实施例中，本发明涉及一种包含规整填料模块的柱状物和如下一种方法：在该方法中，使用该规整填料模块，以便于柱状物中流动的流体流之间进行质量传递和/或热交换。在该方法中，流体流沿由板中波纹所形成的流动通路的流动基本均匀，这是由于没有低流量区域，由于相邻板的波纹彼此接触或者与其它结构元件接触会产生该低流量区域。由于没有这些类型的低流量区域，因而该方法能抵抗结垢和焦化。因此，可在板通常存在结垢、焦化以及侵蚀问题的恶劣使用状况下执行此种方法。
附图说明
图1是以垂直剖面剖取的具有柱状物外壳的柱状物的局部正视图，示出定位在柱状物内的本发明的规整填料模块；
图2是沿箭头方向沿图1的剖线2-2所剖取的柱状物的俯视图；
图3是其中一个规整填料模块的侧视图；以及
图4是示出可用在规整填料模块中的波状板两个实施例的局部俯视图。
具体实施方式
现在更详细地转向附图并首先参照图1，适合于用在质量转移和热交换处理中的柱状物总地由附图标记10来表示。柱状物10包括在构造上是大体圆柱形的直立外壳12，然而可以是其它的构造(包括多边形)，并且这些构造在本发明的范围内。壳12具有任何合适的直径和高度，并且由一种或多种刚性材料构成，该材料理想地对于柱状物10的操作过程中存在的流体和条件不起作用或者与该流体和条件相适应。
柱状物10具有处理流体流(通常是液流和蒸汽流)所用的类型，以获得分馏产品和/或在流体流之间发生质量传递和/或热交换。例如，柱状物10可以是其中进行原油常压、原油真空、润滑油真空、流体或热裂化分馏、焦化或减粘裂化分馏、焦炭洗涤、反应器尾气洗涤、气冷淬火、食用油除臭、污染控制洗涤以及其它严格服务处理的柱状物。
柱状物10的壳12限定开口内部区域14，在该区域中流体流之间发生所希望的质量传递和/或热交换。通常，流体流包括一个或多个上升蒸汽流和一个或多个下降液流。或者，流体流可包括上升和下降的蒸汽流或上升气流和下降液流。
流体流通过任何数量的馈送管路(未示出)引至柱状物10，这些馈送管路沿柱状物10的高度定位在适当位置处。一个或多个蒸汽流还可在柱状物10内产生，而不是通过馈送管路引入柱状物10。柱状物10通常还包括架空管路(未示出)和底部流去除管路(未示出)，架空管路用于排出蒸汽产物或副产物，而底部流去除管路用于从柱状物10排出液体产物或副产物。通常存在诸如回流管路、再沸器、冷凝器、蒸汽喇叭、液体分配器之类的其它柱状物部件，由于这些部件在性质上是惯用的，因而在附图中并未示出这些部件，且对于本发明的理解来说，并不认为必须对这些部件进行说明。
根据本发明，规整填料模块16的一个或多个层15a-d定位在柱状物10的开口内部区域14内。此外，转到图2-4，每个规整填料模块16包括多个直立、平行延伸的波状板18，这些波状板由适合的刚性材料构成，例如各种金属、塑性材料或陶瓷中的任何材料，从而这些波纹板具有充足的强度和厚度来抵抗柱状物10内遇到的侵蚀和其它状况。
在图4中可最佳示出，波纹沿板18的整个表面延伸，并且大体具有三角形或正弦横截面。每个规整填料模块16的相邻板18中的波纹以交叉或波纹交叉的方式延伸。可根据具体应用的需求来选定波纹相对于柱状物10垂直轴线的倾角。例如可使用30、45和60度以及其它角度的倾角。
如果使每个规整填料模块16内相邻板18的波纹能彼此接触，则接触点会提供低流量区域，固体颗粒更倾向于积聚在该低流量区域并产生结垢或焦化。因此，每个规整填料模块16内相邻板18的波纹沿波纹的整个长度、由连结于板18的隔离元件20保持隔开关系。隔离元件20设计成使相邻板18沿板的整个长度和宽度保持隔开，从而为沿板所有表面下降的流体(通常是液体)和在板18之间的开口空间中上升的流体(通常是蒸汽)提供无阻碍的流动通路。相邻板18的波纹形成用于此种下降蒸汽的倾斜流动通路。由于相邻板18的波纹彼此并不接触或者与其它结构接触，因而在不存在会致使固体颗粒积聚在板18上并使板18产生焦化或结垢的低流量区域的前提下，液体和蒸汽沿板18的流动通常是均匀的。
隔离元件20可采取各种合适形式中的任何形式。在所示的实施例中，隔离元件20是一系列光滑杆22，这些光滑杆沿大体垂直于板18的方向、沿规整填料模块16的顶缘和底缘延伸。通过焊接或其它方式将杆22固定于板18。这些杆22可延伸通过形成在板18的边缘中的孔24，或者可凹到这些孔24内，从而这些杆不会阻碍一个规整填料模块16中板18的顶缘和上置规整填料模块18中板18的底缘之间的接触。这些杆22可具有圆形、三角形、正方形或其它所希望的横截面。接纳杆22的孔24可形成为凹口或完整孔，并且类似地可具有圆形、三角形、正方形或其它所希望的形状。隔离元件20的功能在于：使每个规整填料模块16内的板18固定在一起，并且使相邻板18的波纹之间保持所希望的间隔。应理解的是，可使用除了杆22以外的其它类型的隔离元件20来执行这些功能。这在本发明的设想中且在本发明的范围内。然而理想的是，隔离元件20附连于板18并且构造成：减小固体颗粒积聚在隔离元件20上或者积聚在附连于板18的附连点处的机会。
每个板18中波纹的卷曲角度Φ(图4)和高度h2(图4)或幅度、以及每个规整填料模块16内相邻板18之间的间隔可根据具体应用而改变。当波纹的卷曲角度增大时，可定位在柱状物10横截面内的板18的数量减少。类似的是，当板18之间的间隔增大时，可定位在柱状物10整个横截面区域上的板18的数量减少。通常，当板18的数量或表面积增大时，质量传递或热交换处理的效率类似地提高。然而，与此同时，规整填料模块16的顶缘和底缘之间的压降增大，而规整填料模块16的流体流量减小。
当波峰的弯曲半径减小时，固体颗粒将积聚在板18表面上的可能性也增大。因此，在考虑结垢和焦化的恶劣应用场合中，通常希望减小板18的弯曲半径，以降低固体颗粒积聚在板18上的机会，与此同时选定波纹的卷曲角度和高度以及相邻板18之间的间隔，从而为规整填料模块16提供所希望的压降和流体流量。
规整填料模块16的每层15a-d可包括单个规整填料模块16，该单个规整填料模块16完全延伸穿过柱状物10的横截面，并且支承在固定于柱状物外壳12的支承环(未示出)、下置填料模块16或其它适合的支承结构上。或者，可将多个呈瓦片状形式的单独规整填料模块16组装起来，以形成一个或多个层15a-d。每个规整填料模块16通常直接堆叠在相邻的下置规整填料模块16上，并且通常旋转成：一个层中的波状板18定位在相对于由相邻层中的波状板18所限定的垂直平面成角度的垂直平面中。此种旋转角通常是45或90度，然而如果需要可以是其它角度。
板18的整个表面通常光滑并且不具有会使固体颗粒积聚在板18上的表面纹理和孔(除了用于将杆22固定于板18的孔24以外)。喷嘴(未示出)可定位在模块16的上方和/或下方，以将喷溅洗涤剂引到板18的表面上，从而清除板18上的固体颗粒或者防止固体颗粒积聚在板18上。为了使喷溅洗涤剂能到达板18的所有表面，可将模块16构造成具有小到约2又7/8英寸的垂直高度。在其它应用中，规整填料模块16可具有大到或大于约6英寸的高度。在流体馈送流中的固体颗粒会致使喷嘴或传统的槽型流体分配器堵塞的应用中，可使用堰槽型液体分配器。
在使用中，一个或多个规整填料模块16定位在柱状物10内的开口内部区域14内，使用该柱状物以便于柱状物10内对向流动的流体流之间进行质量传递和/或热交换。当流体流遇到一个或多个规整填料模块16中的板18时，流体流遍布于板18的表面上，以增大接触面积，由此促进流体流之间的质量传递和/或热交换。由于相邻板18的波纹彼此隔开，因而通常是液流的流体流能以大体均匀的方式沿波纹的倾斜面下降，而不会被低流量区域所阻碍，通常当波纹沿波纹的长度彼此接触或者与其它结构元件接触时会产生该低流量区域。通常是蒸汽流的另一流体流类似地能以基本均匀的方式、在板18之间的开口空间中上升，而不会被低流量区域所阻碍，如果波纹沿波纹的长度彼此接触或者与其它结构元件接触，则会产生该低流量区域。这样，此种规整填料模块16在能抵抗结垢和焦化的同时、具有所希望的结构强度和分离效率。
从上文可见的是，本发明是一种极其适合于获得上文所阐述的所有目标和目以及结构所固有的其它优点的发明。
应理解的是，某些特征和变形有效，并且无论其它特征和变形如何可使用这些特征和变形。这在本发明的范围内。
由于在不偏离本发明范围的前提下，本发明可具有很多可能实施例，因而应理解的是，在附图中阐述或示出的本文所有事项应理解成说明性的而没有限制的意思。

Claims (20)

1.一种规整填料模块，包括：
多个直立、平行延伸的、具有波纹的板，所述板设置成：相邻板的波纹以交叉方式延伸；以及
隔离元件，所述隔离元件将所述板固定成呈隔开关系，以使相邻板的波纹沿所述波纹的基本整个长度彼此隔开，从而为沿所述板表面的流体和在所述板之间的开口空间中的流体形成大体无阻碍流动通路。
2.如权利要求1所述的规整填料模块，其特征在于，所述波纹沿每个板的整个表面延伸。
3.如权利要求1所述的规整填料模块，其特征在于，所述板的表面光滑并且大体不具有纹理。
4.如权利要求1所述的规整填料模块，其特征在于，所述隔离元件包括延伸通过所述板的杆。
5.如权利要求4所述的规整填料模块，其特征在于，所述板具有顶缘和底缘，而所述杆延伸通过所述顶缘和所述底缘。
6.如权利要求5所述的规整填料模块，其特征在于，所述板在所述顶缘和所述底缘处具有孔，而所述杆延伸通过所述孔。
7.如权利要求6所述的规整填料模块，其特征在于，除了在所述顶缘和底缘处以外，所述板的表面不具有孔。
8.如权利要求7所述的规整填料模块，其特征在于，所述杆光滑并且具有圆形横截面。
9.如权利要求7所述的规整填料模块，其特征在于，所述杆焊接于所述板。
10.一种质量传递或热交换的柱状物，包括：
外壳，所述外壳限定开口内部区域；以及
规整填料模块，所述规整填料模块定位在所述开口内部区域内，且所述规整填料模块包括：
多个直立、平行延伸的、具有波纹的板，所述板设置成：相邻板的波纹以交叉方式延伸；以及
隔离元件，所述隔离元件将所述板固定成呈隔开关系，以使相邻板的波纹沿所述波纹的基本整个长度彼此隔开，从而为沿所述板表面的流体和在所述板之间的开口空间中的流体形成大体无阻碍流动通路。
11.如权利要求10所述的柱状物，其特征在于，所述板的表面光滑并且大体不具有纹理。
12.如权利要求10所述的柱状物，其特征在于，所述隔离元件包括延伸通过所述板的杆。
13.如权利要求12所述的柱状物，其特征在于，所述板具有顶缘和底缘，而所述杆延伸通过所述顶缘和所述底缘。
14.如权利要求13所述的柱状物，其特征在于，所述板在所述顶缘和所述底缘处具有孔，而所述杆延伸通过所述孔。
15.如权利要求14所述的柱状物，其特征在于，除了在所述顶缘和底缘处以外，所述板的表面不具有孔。
16.如权利要求15所述的柱状物，其特征在于，所述杆光滑并且具有圆形横截面。
17.如权利要求15所述的柱状物，其特征在于，所述杆焊接于所述板。
18.一种用于使质量传递柱状物内流动的流体流之间进行质量传递和/或热交换的方法，所述柱状物具有规整填料模块，所述规整填料模块定位在由所述柱状物外壳所形成的开口内部区域内，且所述规整填料模块包括多个直立、平行延伸的、具有波纹的板，所述板设置成：相邻板的波纹以交叉方式延伸，并且沿所述波纹的整个长度隔开，所述方法包括如下步骤：使所述流体流沿由所述波纹形成的流动通路通过所述规整填料模块，以在所述板的表面上进行所述质量传递和/或热交换。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述流体流沿所述流动通路进行基本均匀流动的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，使所述流体流通过所述规整填料模块的所述步骤包括：使下降液体流和上升蒸汽流通过所述规整填料模块。
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