CN1037664A - 热质交换装置及制造该装置的方法 - Google Patents

Abstract

含有一组波纹板(3)的装置，每块板置于基本垂 直的平面中、板的槽纹是斜式的，并且相邻板的倾斜 方向相反，每一个有侧向开口底部的槽纹凹部(5)在 该底部附近含有突起的阻碍物(7)，该装置应用于空 气蒸馏塔中。

Description

本发明涉及在下降液体和上升气体之间进行热质逆流交换的装置，这种形式的交换装置含有一组波纹板，各波纹板互相靠在一起地设置在基本垂直的平面中，板的槽纹是斜式的，并且相邻板的倾斜方向相反，每块板的槽纹均确定了第一槽纹凹部和第二槽纹凹部，这二种凹部在板的侧面分别向下和向上张开。

这些通常称为“交叉波纹堆积物”的装置，在将它们用于蒸馏时，就会出现这样的难题：如何使下降液体在装有这类堆积物的蒸馏塔的整个区域高度中保证有良好的分布，的确，液体有流向把堆积物围起来的壁的趋向，由此就会引起液体在该壁上流动，或者沿着板的边缘流动，这就降低了分馏塔的工作性能。

本发明的目的在于提供一种用一种较为经济的方法防止“壁效应”的装置。

所以本发明提供一种上述类型的用于进行热质交换的装置，其中所述每块板的第一槽纹凹部在其下部附近构成对液体流的阻碍。

为了形成这样的阻碍，最好使每一个第一槽纹凹部的最大斜面在其下端附近通过板的变形得到明显改善。

在本发明的优选实施例中，将形成所述第一槽纹凹部的槽纹的下端部位挤压成板的中央平面，以便形成基本为等腰三角形的冲压区域。等腰三角形交替地位于所述平面的二边，并且从顶视图看时，等腰三角形的底位于相互之间底的延长线上。

特别是对于较小口径的塔（约为1到2米的直径），直接把板组放在塔的套筒中而不与塔直接接触是比较好的配置，通过插入一系列的短小隔离部件进行相对密封，这些隔离部件主要由环形密封部件或卡环构成。

尤其是对于较大口径的塔，板组可以用插入一系列短小隔离部件进行固定，这些隔离部件主要是由可以任意穿入板组的环形凸缘组成。

本发明的另一个目的是提供一种制造与上述优选实施例相符的，用于进行热质交换的装置的方法。按照该方法，采用一块波纹带材，并用剪切器从该波纹带材上切割下板材来。

下面将结合附图对本发明的一些实施例进行描述，附图中：

图1为装有交叉波纹堆积物的蒸馏塔的一般布局的示意透视图;

图2为图1中具有已知结构板的堆积物部件结构的局部分解透视图;

图3为本发明堆积板的示意端视图;

图4为图3中沿Ⅳ-Ⅳ线取的剖面图;

图5为图3板的平面图;

图6为上述板的透视图;

图7和图8为本发明另外二种实施例的透视图;

图9至图11为本发明的具有周边缺口的堆积物的示意图;

图12为将本发明的堆积物安装到蒸馏塔套筒中去的方法示意图;

图13为沿图12ⅩⅢ-ⅩⅢ线取的局部剖视图;

图14为图12的另一种装配形式的部份组件的视图;

图15为图12的另一种装配形式的示意图;

图16为另一种方法示意图，在该方法中，可以根据本发明将堆积物安装到蒸馏塔的套筒中去;

图17为图16的另一种装配形式的示意图;

图18和图19为加工痉⒚靼宀牡募羟衅鞯淖萜拭媸疽馔?

图20为沿图18的ⅩⅩ-ⅩⅩ线取的剖视图。

图1示出了蒸馏塔主要部分，例如空气蒸馏塔的总体布置。该主要部分主要有套筒1，具有大体为圆柱形的堆积组件2被堆积在该套筒中。

通常所说的“交叉一波纹”式的每个组件2含有一组板3，这种板基本为矩形并呈斜向波纹状，槽纹最好为三角形的截面。一块板的波纹的倾斜方向与相邻另一块板的波纹的倾斜方向是颠倒的。

将给出的组件的所有板均在平行垂直的平面上放置，并且具有相同的高度。另外，它们的长度或横向尺寸由端板的最小值增加到中央板的最大值，然后再减小到另一端板的同一最小值。所以，当将所有的板互相叠压在一起时，也就得到基本为圆柱形的组件2，其形状如图1所示。在每一边，每块板均有槽纹的凸部4和槽纹的凹部5，它们形成了一组倾斜通道。每个凸部4均有一个下端4A和上端4B，每个凹部5均有下端5A和上端5B。正如在后面将要看到的那样，本发明只涉及侧向展开的通道，即通向板的垂直侧边6A的下方或向板的垂直侧边6B的上方展开，板的一个边上的槽纹凸部与其邻板相对边的槽纹凸部接触，并形成许多交叉点，这些交叉点促进了流体的分配和接触。而且，为了相同的目的，每个组件2相对于下一个组件角度偏离90°，这正如图1所示，每一块板还含有一组孔眼（图中未画出）。

图1和2所示的是常用的交叉波纹堆积物，在该波纹堆积物中，在顶视时，显然板已切除了形成锯齿形的垂直边缘。用这些已知的堆积物，实验表明，壁效应，即液体聚集在套筒壁上或液体沿着板的边缘聚集是十分明显的，下面具有本发明堆积物的图表示出可以通过形成“镜象效应”来有效地克服这个问题，这些将从下文中清楚地了解。

图3至图6示出了在使用中用图1和图2相同的方法安装，但有外形改进了的垂直边缘的、更准确地说有侧边缘6A的板3，其倾斜通道在该边缘上向下张开。

事实上，为了制造板3，采用了一块很长的金属带材，并将其开斜式波纹，然后用与带材长度边缘相垂直的剪切器剪切成所需长度的板，这在后面将结合附图18至20进行比较详细的描述。

这就导致把每块板的前部边缘压扁（相对于带材的行进方向），使槽纹凸部4和槽纹凹部5形成了板的中界面P，而且在图3、5和6中，槽纹凸部和凹部交替地在平面区域7的每一侧部形成，平面区域中用细线表示的等腰三角形为槽纹凸部，而用点表示的为槽纹凹部。

当从顶部看时（图3），各等腰三角形的底相互间在中界面P上延长。

事实上，由于波纹金属的刚性和在板上具有的孔眼，材料的冲压并不十分平滑而且区域7并不是呈准确的三角形。该区域可能或多或少与这种形状不相一致并有局部扯裂，所以，图3至图6应该被认为是理想示意图。但是，由剪切器引起的挤压会沿着板的边缘6A产生小的压扁边缘部8（图4至图6）。

在运转中可以发现，区域7的存在使接近边缘6A的每个通道中阻碍流体往上流到该边缘，并且在各板槽纹凸部的交叉点的共同作用下，区域7的存在就可以保证流体有效地返流到堆积物的内部。因此，壁效应几乎完全被消除并由“镜象效应”代替，而且塔的效率明显得到改善。

图7示出了另一种可以在靠近边缘6A处产生阻碍的形成：通过将平行于边缘6A的二个拉杆（未示出）相对移动，则可同时在槽纹凸部和槽纹凹部中形成与该边缘相距不远的空穴9，最好能够保证在空穴9和对应的槽纹凸部5的下端之间至少有一个交叉点9a。

在图8所示的不同实施例中，槽纹凹部在相距不远的板的两侧用合适的填料10堵住，该填料可被注入，压入、插入、焊入等等。所选的填充深度应足以保证使每个槽纹中的液体用一定的方式返回到堆积物的内部。进行这种堵塞的简便方法在于：将所有槽纹都加工好了的波纹板组整个进行封闭。这些槽纹通到该组波纹板的周边，在这种情况下，将边缘6B上的槽纹的上端也进行封闭，这并无什么特别的不便。

图9至图11示出了另一种防止液体到达板边缘6A的方法，该方法在于沿着该切割槽纹的边缘开些槽口11。例如这些槽口可以是条状的，而且沿与下斜槽纹相反的方向向下倾斜（图9），槽口可以是水平条状（图10）或是具有水平底边的三角形，该三角形的上斜边沿着与下斜槽纹相反的方向朝下倾斜（图11）。如前所述，这些槽口可以用锯床在板组上开出。

图12至图17示出了几种安装本发明的堆积物的方法，这些堆积物可以防止仍然到达板边缘6A的液体沿着套筒的壁流动。

图12至图15主要应用于较小口径的塔，塔的口径最多约为1米和2米，而图16和图17主要应用于较大口径的塔。

图12和图13中，通过插入许多间隔开的高度不高的环形密封部件12来把堆积组件2直接安装在套筒1中。这些密封部件是具有柔性的，以致板边缘可以稍许穿入到这些密封部件中，这正如图13中所示的那样，而且这些密封部件与套筒保持了一个给定的距离。

密封部件12可以用单个的密封部件13代替，如图14所示，密封部件13在其内侧有一些槽纹。

在图15所示的实施例中，通过插入一系列分隔部件14将组件2装在套筒中，部件14是由多个卡环组成，并用螺钉15将其内侧固定到堆积物上，并且把这些分隔部件支撑在套筒的外边上，因而也就有了相对密封，与堆积物接触的卡环部分高度不高，而且与套筒隔开一定的距离。如图所示，下面的卡环可以有一个根部16，它起支撑组件2的作用，并起将液体朝塔轴线方向返回的部件的作用。螺钉15的头部，或其它固定装置的头部，可以用来保证组件12和套筒1之间具有最小的自由空间。

对于大口径的塔（图16和17），最好能有一个将板组固定、并容易扶持板组的中间装置，用合适的方法（未示出）将该中间装置依次装在塔的套筒中。用一个具有几个环形肋条18和一个下根部19的环形套板17。肋条18可以穿进板组中（图16）或者只紧靠在板的边缘上（图17）。在这种情况下，当然也就在套筒和板之间有了相对密封，以保证上升气体不从堆积物旁边流过。例如，套板17的外面可以有一个象图12的密封部件12或图15的卡环14那样的密封件。这种密封的方法是将该密封部件紧贴在塔的套筒上，而通过肋条18实现套板17和板间密封。

在图12至图17的各个装置中，堆积组件2和将其围住的圆柱壁（套筒1或套筒17）之间产生的环形空间就会将可能给上升气体提供具有一定高度的液体旁流的可能性，在这种情况下，尤其是在塔顶部，当需要高纯度产品时，这就可能是不利的。为了避免这种不利，在这些环形空间中可以填装比组件2的结构更为精细的堆积物2A，例如毛毡或金属纤维。堆积物2A可以全部填满每隔一个或每隔二个环形空间（图16），也可以装一部分，最好是装在液体可以聚积的整个环形空间的下部（图17），或只装在环形空间某个部分中。

图18至图20示出了实现上文提到的剪切的方法。

工具或剪切器20相对于垂直平面Q来讲是对称的，而平面Q又与原材料的波纹带21的水平运动方向f相垂直。它包括：

-二个固定的下刀体22，其上刀刃23呈水平直线，且与平面Q相平行，二个下刀体22的相对的边24相互之间在朝下的方向上有些偏斜，而且刀刃23外侧与外表面23A相接，该外表面与垂直方向之间的夹角约为30°。

-二个可垂直运动的上部压带器部件25，该压带器部件具有也呈水平直线并与平面Q相平行的下刀刃26，每个刀刃26正好位于对应刀刃23的上方，而且其外侧与外表面26A相接，该外表面与垂直方向之间的夹角约为30°，每一个上部压带器部件与另一个相对的压带器部件均有一个与平面Q平行的表面27。

-一个在表面27之间垂直滑动导向的上双刃刀体28，当沿着垂直于f方向（图18和图19）看时，其下端为倒V字形截面，该截面形成了二个与表面27靠近的刀刃29。如图20中可以看到，当沿f方向看时，每一个刀刃均有一个张开很大的倒V字形截面。

在工作中，对于处于上升位置的压带器部件25和刀体28（图18），把带材21支撑在二个刀刃23上，沿着下游方向（相对于箭头f方向）使其一直运动到预定的超过下游刀刃23的带材行程为止。

然后将压带器部件25降下并把带材21在每个刀刃26和端面刀刃23之间进行二面夹紧，以及对形成上述区域7的金属和窄的边部8进行冲压，边部8的宽度与刀刃23和26的宽度一致。在该操作期间，区域7呈现出斜面23A和26A的形状。

在这之后再把刀体28降下并把二个刀体之间的切料30剪切下（图19），由此取下预定长度的板3。

由于剪切器的对称性，尚未被剪成预定长度的带材21的前缘形状与刚被取下的板3后缘的形状类似甚至相同。所以每一块板的前后缘类似，实际使用时，这对于液体的分配并无实质性的影响，但是，利用构成组件2的互相靠紧的板更容易滑动的特点，可以使板的定位得到简化。然而，由于这种方法剪切出的边不太锋利，这还可增加人们在拆装板和/或堆积物时的安全度。

Claims (16)

1、一种在下降液体和上升气体间进行热质逆流交换的装置，这种形式的装置有一组波纹板，每块波纹板处在基本垂直的平面中，并且彼此紧靠着地设置，波纹板的槽纹为斜式的，相邻板的倾斜方向相反，每块板的槽纹均确定了第一和第二槽纹凹部，这二种凹部在板的侧面分别向上和向下张开，其中所述每块板的第一槽纹凹部在其下端部附近构成对液体流的阻碍。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的每个第一槽纹凹部的最大斜面在其下部附近通过板的变形得到显著改善。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征是将形成第一槽纹凹部的槽纹下端部位挤压成板的中界面，以形成基本为等腰三角形的冲压区域，等腰三角形交替地位于所述平面的两边并且从顶部看时，等腰三角形的底位于彼此间的底的延长线上。

4、根据权利要求2所述的装置，其特征是阻碍是由将所有形成第一槽纹凹部的槽纹进行局部挤压构成的，所述挤压导致在距所述下部不远处形成空穴。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征是在所述下部插入填料构成阻碍。

6、根据权利要求1至5的任一权利要求所述的装置，其特征是板组在其周边具有一些槽口，这些槽口至少要与下斜槽纹相交。

7、根据权利要求1至6的任一权利要求所述的装置，其特征是每个所述第二槽纹凹部的上端附近具有与所述第一槽纹凹部在其下底附近的形状相类似的形状。

8、根据权利要求1至7的任一权利要求所述的装置，其特征是板组直接置于套筒中而不与套筒直接接触，通过插入几个高度不高的分隔部件进行密封，这些分隔部件主要由环形密封件或卡环构成。

9、根据权利要求1至7的任一权利要求所述的装置，其特征是板组固定在套板中，并且处于插有几个高度不高的分隔部件的中间，这些部件主要由可任意穿入板组的环形肋条组成。

10、根据权利要求8或9所述的装置，其特征是在分隔部件之间存在的环形空间的一部分填有多孔填料，尤其是这种多孔填料有比板组更为精细的结构。

11、根据权利要求1至10的任一权利要求所述的装置，其特征是在板组底部含有突出于所述板组下部的根部。

12、上述的在下降液体和上升气体之间进行热质逆流交换的装置，参照并如附图中的图1至图6、或图7、或图9、或图10、或图11、或图12和图13、或图14、或图15、或图16、或图17所示的装置。

13、制造权利要求3所确定的用于进行热式换坏淖爸玫姆椒ǎ涮卣魇歉梅椒ɑ拱ù硬ㄎ拼淖攀郑⒂眉羟衅鞔铀霾ㄎ拼纳锨邢掳謇础?

14、根据权利要求13的方法，其特征是该方法还包括在切成所需长度的板以前，将波纹带材夹在二个线性组件中。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征是该方法还包括把波纹带材夹在两个沿带材运行方向隔开的位置中，并进行双切割，即所述每个位置作一切割。

16、制造所述进行热质交换的装置的方法，该方法参照并参见附图中图18至20所示。

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