CN104394981B - 填料元件和生产其的方法以及包括所述元件的塔或反应器 - Google Patents

填料元件和生产其的方法以及包括所述元件的塔或反应器 Download PDF

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Abstract

用于使用在质量和/或热量传递工艺中至少可供一种液体流动经过的填料元件（1），其中所述填料元件（1）：具有包括三个或更多个外拱式肋条元件（21）和两个外连接边缘元件（22）的外表面（2），可选地具有包括可选的内拱式肋条元件（31）的内表面（3），其中该元件（1）大致为球形的或大致为椭圆体的，并且其中所述外连接边缘元件（22）和外拱式肋条元件（21）和可选的内拱式肋条元件（31）被包含使得当以任意方向（7）观看时，优选径向方向（5）或可选的轴向方向（6），所述填料元件（1）的总突出面积（4）由于开放的突出面积（41）的存在因而是部分开放的，其中它部分开放到一定程度，该程度范围是总突出面积（4）的从约15%至约50%，优选约17%至约40%，更优选约18%至约35%，最优选约20%至约30%。本发明进一步涉及用于生产所述元件（1）的方法。本发明进一步也涉及包括所述元件（1）的床的塔或反应器，制备所述床的方法以及所述元件（1）或塔或反应器在质量传递和/或热量传递工艺中和/或在化学反应中的用途。

Description

填料元件和生产其的方法以及包括所述元件的塔或反应器
技术领域
本发明涉及填料元件。本发明也涉及生产所述元件的方法，所述元件的用途以及包括带有多个所述元件的填料床的塔或反应器，以及来生产所述填料床的方法。
背景技术
使用于塔和化学反应器中的质量传递和/或热量传递工艺的填料元件是已知的。例如，随机的或堆积的填料元件通常被使用在气-液或液-液接触塔器或塔内以提供质量传递表面于向下流动的流体（通常是液体流）与向上升高的流体（通常是气体或蒸汽流或另外的液体流）之间。随机的填料元件可被使用在多个化学的和处理工艺中，例如，举例说明，精馏、汽提、分馏、吸收、分离、洗涤、萃取或任何其它化学工艺，热交换工艺或处理类型的工艺。通常，分离的随机的填料元件具有特定的几何形状并且对于给定的质量传递表面积被设计来使性能最大化。因为随机的填料元件通常以任意取向被堆积或随机地填充至塔壳中在任意取向的填料床中，当在填料床内以多个旋转的方向被放置时，对于单独的随机的填料元件需要具有高的质量传递效率和良好的液压容量两者。注意到增加元件的特定的表面积通常将增加质量传递效率；然而，与此同时这个增加的面积将趋向于不利地增加塔中的压力损失。
伴随着流体流动经过填充了填料元件的塔的压力损失由同时的动能损失和粘性能量损失而引起。在填料床中确定能量损失（即压降）的基本要素是：流体流的速率、流体的粘性和密度；填料元件的紧密度和取向；以及填料元件的尺寸、形状和表面。前面两个变量与流体相有关，而后两个与固体填料元件有关。在塔中增加的压力损失超过特定的限制将导致溢流现象，其中液体累积而变成被夹带在塔的顶部的蒸汽中。溢流是由于在塔中压差、液体滞留的急剧增加和分离效率的显著下降而被探测到的。因此非常需要在填料塔中避免大的压力损失和与其相关的溢流。
根据填料元件的旋转取向，填料元件具有突出面积，该突出面积对于任何液相和气相的流具有可变的开放性。关于在垂直于流动方向（即向上或向下）的平面上的突出部的非常开放的突出面积允许气相经历小阻力向上流动，其因而有助于减小沿着塔的压降。然而，在流动方向上非常闭合的突出面积迫使气相来向上行进更远的路径，其因而促使压降增加。因此填料元件的突出面积的相对开放性和其相对于流动方向（例如在竖直塔中的向上和向下）的取向将确定沿着填料床的压降是否过高，和塔是否将会被溢流以及它的效率是否会下降。
现有技术的随机的填料以多种形状和材料存在。通常，随机的填料元件由金属、陶瓷类型材料、塑料、玻璃或类似物构成。常见地，随机的填料元件是圆柱状的、弧形的或“鞍形的”或具有其它的非弧形的形状，例如螺旋管形的以及类似的。现有技术的随机的填料元件的一个缺点在于通常特定元件的性能高度取决于它的结构和它相对于流体经过在填料床内的元件的流动方向的取向。例如，鲍尔环（Pall ring）是众所周知的圆柱状类型的填料，其具有多个开槽式壁和内部舌状物或突出部。当沿着它的纵向轴线观看时，鲍尔环对于质量传递呈现非常小的表面积，但是当垂直于它的纵向轴线观看时，元件呈现非常大的表面积。由于此差异，可用于蒸汽/液体或液体/液体接触的表面积随着元件的取向而变化，其最终影响元件的性能。此外，在垂直于鲍尔环的纵向轴线的方向上的大表面积是不利的，在于其趋向于“遮蔽”或抑制流体流动直接经过在向下流动方向上的相邻环。
最近研发的随机的填料包括在Raschig AG的US 5,882,772中公开的或在Koch-Glitsch的US 2010/0230832 A1中公开的那些。在US '772中公开的随机的填料元件具有使用来形成一定表面积的特定的周期性条带。这些填料元件被非常不规则地成形。因此当倾倒或堆积填料床时，其不容易流入塔或反应器中，并且其容易在床中呈现带有变化的流动性质的多种取向。例如，条带仅在x-y平面上是弯曲的，其允许当以箭头II的方向观看时，如在US '772的图2中所示，达到高度开放的突出面积（接近90%开放）。当以任意方向观看时，填料元件的突出部的开放面积%被定义为看到的突出部的开放面积除以突出部的总面积，再乘以100%。本领域技术人员将理解到“任意方向”意味着填料元件被观看使得整个元件能够被看见。例如，元件通常在轴向或径向方向可被看见。同样地，本领域技术人员将理解到总面积在此指在垂直于观看方向的平面上的元件的突出部的包络的整个面积。然而，当在US '772的图1的透视图中观看时，这个实施例的开放面积%仅为42%。此外，当在箭头III的方向观看时，如在US '772的图3中所示，能够看见这个相同的填料的突出面积几乎完全闭合（接近0%开放）。因此根据在填料床中的这个填料元件相对于气体流动的方向的取向，气体或者能够相对不受阻碍地经过元件（US '772的图2），或者它必须行进相对长的路径来围绕填料元件流动（US '772的图3）。结果，这些填料元件的使用在填料床中引起不规则的压降场和欠佳的相分布。
US '832 A1公开了鞍形的随机的填料元件，其具有略微更接近球形的形状并且当元件被以多种旋转取向被放置时试图使开放流动体积更均匀。这通过沿着部分的圆环面布置条带以在这些取向中给予相当开放的突出面积而被达到。然而，部分的圆环面并不是围绕所有可能的径向轴线对称的，以及一些取向具有相当开放的突出面积，而其它的是相当闭合的。例如，US '832 A1的图14-26中的填料元件实施例的开放面积%指出它从在图16中的约开放9%的最小值变化至在图20中的约50%。结果，这些填料元件的使用仍然在填料床中引起不规则的压降场和欠佳的相分布。此外，在这些填料元件中，外肋条元件中的一些会遮蔽内肋条元件。此遮蔽效果会通过减小用于质量和/或热量传递的元件有效表面积而减小质量传递效率。
此外，US '832 A1的部分圆环面形式在床的倾倒期间不容易流入塔或反应器中，并且不规则形状的圆环面会因而容易在床中呈现多种不等效的取向（例如带有纵向或径向轴向指向竖直方向），由此在床中导致不规则压降场和欠佳的相分布。
总而言之，具有通过倾倒或堆积以随机的方式相对容易地快速填入填料床的填料元件将是需要的，并且其产生更均匀的仅相对低的局部压力损失和更均匀的液体分布，以及由此当在填料床中这样随机填充时避免过早的局部溢流。
发明内容
从本领域的此状态出发，本发明的目的在于提供不遭遇前述缺陷的填料元件，该缺陷尤其是当通过倾倒或堆积来随机地填充填料床时产生不规则压降场和溢流的相关问题和欠佳的相分布的趋势。另外，本发明的目的包括生产所述元件的方法，以及包括所述元件的床的塔或反应器，以及制备所述床的方法。本发明进一步额外的目的在于提供所述元件、塔或反应器在质量传递和/或热量传递工艺和/或在化学反应中的用途。
根据本发明，这些目的被达到是通过用于使用在质量和/或热量传递工艺中可让至少一种液体流过的填料元件，其中该填料元件具有包括三个或更多个外拱式肋条元件和两个外连接边缘元件的外表面，可选地具有包括可选的内拱式肋条元件的内表面，其中该元件是大致球形的或大致椭圆体的，并且其中该外连接边缘元件和外拱式肋条元件和可选的内拱式肋条元件被提供，使得当以任意方向观看时，优选径向方向或可选的轴向方向，填料元件的总突出面积由于开放的突出面积的存在是部分开放的，其中它部分开放到一定程度，该范围是总突出面积的从约15%至约50%，优选约17%至约40%，更优选约18%至约35%，最优选约20%至约30%。
根据本发明，这些另外的目的被达到首先通过提供元件被成型的方法，其中该元件在成型工艺中从金属板材被成型，通过包括切割、弯曲和扭曲，可选地打孔或冲压的成型步骤，优选仅切割和弯曲，并且其中每个填料元件的金属板材重量中优选平均小于20%的重量百分比，更优选小于10%的重量百分比，以及最优选小于1%的重量百分比在成型工艺中作为废料被丢弃或损失掉。在替代的实施例中，该目的被达到是在包括注塑模制步骤的成型工艺中通过提供使填料元件从热塑性材料成型的方法，可选地是填充了填充物或纤维的热塑性材料。
而且，另外的目的被达到是通过提供包括带有多个所述填料元件的填料床的质量传递塔或热量传递塔或化学反应器。所述塔或反应器根据本发明通过制备填料床的方法而被制备，其中工艺包括随机地倾倒或堆积填料元件进入塔或反应器，以便于产生包括以多种随机取向的多个填料元件的填料床。
所述元件被使用作随机的填料元件，或者塔或反应器中的一个根据本发明被使用于质量传递和/或热量传递工艺中和/或化学反应中。
本发明达到这些目的并且提供对于这个问题的解决方案是借由元件的大致球形的或大致椭圆体的形状，以及借由外连接边缘元件和外拱式肋条元件和可选的内拱式肋条元件被包含，使得当沿着任意方向观看时，优选径向方向或轴向方向，填料元件的总突出面积由于开放的突出面积的存在是部分开放的，其中它部分开放到一定程度，该范围是总突出面积的从约15%至约50%，优选约17%至约40%，更优选约18%至约35%，最优选约20%至约30%。结果，在包含这些元件的填料床中的压降场或速度分布将会是相当均相的，强烈的速度变化将被避免，良好的相分布将产生并且局部溢流将被最小化。此类元件在所有的取向中具有相对均相的适中的开放性，并且由此在所有取向中具有相对低和均相的压降场。此外，填料元件的大致球形的或大致椭圆体的形状有助于在床中在它所有可能的取向中形成填料的相对均相的开放性，这是因为此类形状高度的旋转对称性。另外，此类相对旋转对称的形状允许元件来相对容易地和快速地以随机的方式通过倾倒或堆积进入填料床，并且相同的形状性质有助于元件在床中随机地达到所有可能的取向，例如，通过在床的制备期间的滚动或旋转。元件的相对取向的这种高度随机性和它们的相对均相的开放性以及在所有这些不同的取向中的流动和压降性质因而有助于在床中形成更均匀的和低的局部压力损失以及均匀的液体分布。
对于本发明的大致球形的或大致椭圆体形状的元件，外连接边缘元件和外拱式肋条元件和可选的内拱式肋条元件可以是容易被包含的以在任何径向或轴向方向上提供开放的突出面积所需的百分比。本领域技术人员将理解到减少突出面积的外连接边缘元件或肋条元件的宽度和/或突出面积的外连接边缘元件或肋条元件的数量将增加对于此突出部的开放面积的百分比。可达到对于所有方向增加开放面积百分比的均相性是通过增加在外表面上方的外拱式肋条元件的分布的均匀性和在可选的内表面上方的可选的内拱式肋条元件的分布的均匀性，以及增加外拱式肋条元件的宽度的均匀性和可选的内拱式肋条元件的宽度的均匀性。
本领域技术人员将理解到本发明的其它实施例也是可能的。例如，带有具有相似开放性程度的突出面积的填料元件可通过提供带有相对更多但是更窄的肋条元件的一些突出面积被得到，而其它的突出面积具有相对更少但是更宽的肋条元件。
这些结果因此令人惊讶地被达到，而不需要填料元件和它的外连接边缘和肋条元件的任何特殊的复杂形状和结构。此外令人惊讶地发现，即使当填料元件使用相对薄规格的材料被构造时，本发明的填料元件具有抵抗形变的构造。
在填料元件的优选实施例中，当沿任何不同方向观看时，在开放的突出面积的最大和最小百分比之间的差值小于约20%，优选小于约15%，更优选小于约10%。最小化此差值所具有的优点在于确保当元件被随机地填料时在床中围绕元件周围的局部压降场的高度均匀性，更少限制的流动路径和在床中良好的相分布。
在该元件的另外的优选实施例中，填料元件在沿着至少一个取向的倾斜平面上能够部分旋转，优选滚动。在尤其优选的实施例中，填料元件在它的至少两个或更多个，优选三个或更多个取向的倾斜平面上能够滚动。其中填料元件可容易地旋转或滚动的这些实施例所具有的优点在于该元件可容易地仅通过倾倒或堆积填料元件被填入塔或反应器中来产生填料床，并且该元件也将容易地在填料期间在床中呈现多种随机的取向。
根据另外的优选实施例，填料元件包括至少一个内拱式肋条元件，并且其中该内拱式肋条元件是完全内拱的，或在一个或更多个连续的内拱式段中部分内拱的，并且其中内拱式肋条元件可选地是部分或完全不连续的以提供内拱式肋条元件段。内拱式肋条元件和段的优点在于当液体流经过填料床时来减小在两个气-液接触点之间的流动长度，并且来在填料元件的体积上提供更均相的表面积分布。在这些接触点处，气体能够将能量和质量传递至液体。考虑当气体流动经过仅具有外拱式肋条元件的单一的填料元件时，气体必须流动相对长的路径经过填料元件直至它接触在外表面的相对侧的新鲜液体。因此，提供带有内拱式肋条元件和段的填料元件允许气体流动来在短路径上更早地接触液体流。因此在填料床中沿着流动轴线的气体和液体之间的接触点的数量通过使用内拱式肋条元件和段而被增加。另外，这些段可以有利地被指向朝着填料元件的内部，以便于从填料元件的外表面最小化突出的元件。此类的突出会妨碍填料元件来容易地旋转或滚动的能力，或者其会引起填料元件的缠绕，由此减小其在倾倒或堆积期间的流动能力，或者引起在床中的突出面积具有减小的开放性或流动。
根据另外的优选实施例，填料元件在形状上大致是椭圆体的并且在轴向方向上比在径向方向长得多，使得轴向长度与最大径向长度的比值是从约1.1至约3，优选从约1.2至约2.5，更优选从约1.5至约2.2，最优选从约1.7至约2.0。如稍后将详细讨论的，椭圆体形状的填料元件可由金属板材管容易地制造而成。此外，椭圆体的形状在几个取向中的倾斜平面上能够部分旋转或甚至滚动。此外，较少对称的细长形状在填料期间将不趋向于随机下降和着陆，类似于铅笔落在桌子上。因此维持比值的这些范围和限制大致椭圆体形状的细长确保填料元件可在填料床中容易呈现多种随机的取向，并且帮助在该床中围绕元件达到局部压降场的高度均相性。
在填料元件的另外的优选实施例中，外拱式肋条元件中的至少一个是部分或完全不连续的以提供外拱式肋条元件段。如上所述的，此类部分或完全不连续的段的产生在包含该填料元件的填料床中的沿着流动轴线的气体和液体之间提供额外的接触点。同样地，这些段可以有利地被指向朝着填料元件的内部，以便于从填料元件的外表面最小化突出元件以及最小化其先前所述的缺点。
在填料元件的另外的优选实施例中，外拱式肋条元件和任何内拱式肋条元件的总数量是从3至20，优选4至15，更优选4至10，最优选5至8。肋条元件的此总数量提供填料元件的最佳强度和机械完整性，以及所需要的大表面积，而不是过于复杂以至不能容易且便宜地制造，或者以至对于达到低压降和良好的相分布不能提供过少的开放的突出面积。
在填料元件的另外的优选实施例中，填料元件由金属制成，优选不锈钢或铝金属板材，更优选金属板材的厚度是3.0至0.08mm，优选1.0至0.2mm，或者是陶瓷，或者是塑料材料，优选热塑性材料，可选填充了填充物或纤维的热塑性材料。此类构造的材料允许本发明的填料元件当提供给它必需的机械完整性和强度时的迅速制造。此外，这些列出的材料具有广泛的多种性质，因而允许填料元件来根据特定的应用被制造为具有特定的热的、化学的和/或耐腐蚀的性质。
在本发明的方法中，填料元件在成型工艺中从金属板材被成型通过包括切割、弯曲和扭曲，可选地打孔或冲压的成型步骤，优选仅切割和弯曲，并且其中每填料元件重量的金属板材平均优选小于20%的重量百分比，更优选小于10%的重量百分比，以及最优选小于1%的重量百分比在成型工艺中作为废料被丢弃或损失掉。在一个优选实施例中，产生肋条元件的切口将被制造成不平行于所生产的元件的轴线，以便于最小化元件的缠绕。以这种方式制造填料元件提供简单和经济的生产工艺。
在这个方法的进一步优选的实施例中，填料元件或者是：（i）大致球形的并且其中填料元件由平坦的金属板材制成，该金属板材包括以平行相对的矩形折板形式的两个外连接边缘元件和在该边缘元件之间的弯曲条带形式的肋条元件，其中制造工艺的步骤包含一些肋条元件从边缘元件和金属板材的平面被向上弯曲以及另一些肋条元件被向下弯曲，以便于产生带有大致球形形状的外拱式肋条元件和外表面，以及其随后的步骤中边缘元件的两个直接相对的角朝向彼此被拉引；或者是（ii）大致椭圆体的并且其中填料元件由金属板材管制成，该金属板材管具有以实心管边缘元件形式的两个外连接边缘元件，其带有以连接条带形式的肋条元件由在该边缘元件之间的内部管部分组成，在其制造工艺中肋条元件从最初的管状形状被向外弯曲以产生带有大致椭圆体形状的外拱式肋条元件和外表面，并且由此优选外拱式肋条元件被扭曲或切割来使其与椭圆体的填料元件的轴向轴线错位。在一个实施例中，大致椭圆体的填料元件的生产开始于平坦的金属板材，其被切割来提供实心管边缘元件和连接条带，并且因此被卷至管状形式。在一个进一步的特定实施例中，在被卷的板材的端部边缘两者之间存在间隙，并且在另外的特定的进一步的实施例中不存在间隙，因为在卷起来之后端部边缘被焊接封闭以提供实心的连续板材管。在另外的实施例中，大致椭圆体的填料元件的生产开始于实心板材管（例如通过挤出所生产的），实心管边缘元件和连接条带被切割至该实心板材管内。
在生产填料元件的方法的替代的优选实施例中，填料元件由热塑性材料在包括注塑模制步骤的工艺中制成，可选填充填充物或纤维的热塑性材料。以此方式制造填料元件提供简单和经济的生产工艺。
本发明的另外的方面包括带有多个根据本发明的填料元件的填料床的质量传递塔或热量传递塔或化学反应器。此类的塔和反应器受益于先前所述的本发明的填料元件的优点。
本发明的相关的另外的方面是制备所述质量传递塔或所述热量传递塔或所述化学反应器的填料床的方法，其中该工艺包括随机地倾斜或堆积本发明的填料元件进入塔或反应器以便于产生包括以多种随机取向的多个填料元件的填料床。此类方法受益于先前所述的本发明的填料元件的优点，尤其是在所有取向中的相对均相的适中的开放性以及它的旋转对称性，以及在一些优选实施例中它的部分旋转和/或滚动的能力。
本发明的最后进一步的方面在于本发明的填料元件作为随机的填料元件或者是包含包括根据本发明的多个填料元件的填料床的塔或反应器中的一种在质量传递和/或热量传递工艺和/或在化学反应中的用途。此类用途因此受益于先前所述的本发明的填料元件的优点。
本领域技术人员将理解到本发明的多个权利要求和实施例的主题的结合在本发明中是可能的且不受限制的，只要此类的结合是技术上可行的。在这样的结合中，任何一个权利要求的主题可以与其它权利要求中的一个或更多个的主题相结合。在这样的主题的结合中，任何一个填料元件权利要求的主题可与一种或更多种的方法、塔、反应器或用途权利要求的主题或者一个或更多个其它填料元件权利要求的主题或者一个或更多个填料元件、方法、塔、反应器或用途权利要求组合的主题相结合。同样地，任何一个方法权利要求的主题可与一个或更多个其它方法权利要求的主题或者一个或更多个填料元件、塔、反应器或用途权利要求的主题，或者一个或更多个方法权利要求和填料元件、塔、反应器或用途权利要求的组合的主题相结合。举例说明，权利要求1的主题可与权利要求10至15中任意一个的主题相结合。在一个实施例中，权利要求10、13、14或15的主题与权利要求1至9中任意一个相结合。在一个特定实施例中，权利要求10的主题与权利要求2的主题相结合。在另外的特定实施例中，权利要求3的主题与权利要求11的主题相结合。列举另外的示例，权利要求1的主题也可与权利要求2至15中任意两个的主题相结合。在一个特定实施例中，权利要求1的主题与权利要求2和3的主题相结合。在另外的特定实施例中，权利要求11的主题与权利要求1和2的主题相结合。举例说明，权利要求1的主题可与权利要求2至15中任意三个的主题相结合。在一个特定实施例中，权利要求1的主题与权利要求2、3和10的主题相结合。在另外的特定实施例中，权利要求10的主题与权利要求1、3和11的主题相结合。在还有另外的特定实施例中，权利要求1的主题与权利要求2至9和11的主题相结合。在还有另外的特定实施例中，权利要求13的主题与权利要求1和9至11相结合。举例说明，任何一个权利要求的主题可以与任意数量的其它权利要求的主题相结合而没有限制，只要此类的结合是技术上可行的。
本领域技术人员将理解到本发明的多个实施例的主题的结合在本发明中是可能的且不受限制的。例如，上述优选实施例中的一个的主题可以与上述其它优选实施例中的一个或更多个的主题相结合而不受限制。举例说明，根据填料元件的尤其优选实施例，该填料元件在至少一个取向的倾斜平面上能够大致滚动，并且外拱式肋条元件和任何内拱式肋条元件的总数量是从5至8。举另外的示例，根据生产填料元件的方法的另外尤其优选实施例，本发明的填料元件大致是球形的并且它由1.0mm至0.2mm厚度的平坦金属板材制成，该金属板材具有以平行相对的矩形折板形式的两个外连接边缘元件和在该边缘元件之间的弯曲条带形式的肋条元件，其中制造工艺的步骤包含一些肋条元件从边缘元件和金属板材的平面被向上弯曲以及另一些肋条元件被向下弯曲，以便于产生外拱式肋条元件和外表面，以及其随后的步骤中边缘元件的两个直接相对的角朝向彼此被拉引；并且每填料元件重量的金属板材的小于1%的重量百分比在成型工艺中作为废料被丢弃或损失掉；产生的填料元件在至少两个或更多个取向的倾斜平面上能够滚动；并且填料元件具有的外和任何内拱式元件的总数量是从5至8。举例说明，任何一个实施例的主题可以与任意数量的其它实施例的主题相结合而不受限制，只要此类的结合是技术上可行的。
附图说明
本发明将在下文中参照本发明的多个实施例以及附图更详细地进行解释。示意性的附图显示：
图1显示根据本发明的大致球形的填料元件的示意性视图。
图2显示图1的大致球形的填料元件的另外的透视图。
图3显示图1的大致球形的填料元件的另外的透视图。
图4显示图1的大致球形的填料元件的另外的透视图。
图5显示图1的大致球形的填料元件的总突出面积的示意图。
图6显示图5的大致球形的填料元件的总突出面积的开放的突出面积的示意图。
图7显示根据本发明的大致椭圆体的填料元件的实施例的示意性视图。
图8显示图7的大致椭圆体的填料元件的另外的透视图。
图9显示图7的大致椭圆体的填料元件的另外的透视图。
图10显示图7的大致椭圆体的填料元件的另外的透视图。
图11显示根据本发明的大致椭圆体的填料元件的实施例的示意图，其具有部分不连续的外拱式肋条元件以提供外拱式肋条元件段。
图12显示根据本发明的大致椭圆体的填料元件的实施例的示意图，其具有完全不连续的外拱式肋条元件以提供外拱式肋条元件段。
图13显示根据本发明的大致椭圆体的填料元件的实施例的示意图，其具有在一个或更多个连续的内拱式段中部分内拱的内拱式肋条元件。
图14显示根据本发明的大致椭圆体的填料元件的实施例的示意图，其具有在一个或更多个不连续的内拱式段中部分内拱和部分不连续的内拱式肋条元件。
具体实施方式
图1显示根据本发明的填料元件的实施例的示意图，其整体被标记为附图标记1。填料元件1在形式、形状、构造或组成上并不被特别限制，除非另外特别指出，如在指出大致球形或大致椭圆体元件1的情形下。任何能够被制造的材料能够用来制成填料元件1。出于经济和机械强度和完整性的考虑，填料元件1经常由金属制成，优选不锈钢或铝金属板材，更优选金属板材的厚度是3.0mm至0.08mm，优选1.0mm至0.2mm，或者是陶瓷，或者是塑料材料，优选热塑性材料，可选填充了填充物或纤维的热塑性材料，或指定为特定应用的任何其它材料。在一个实施例中，为了低的初始成本，填料元件1用聚丙烯或其它塑料或根据工艺需求用包括金属的任何其它材料制造。合适的金属包括碳钢、不锈钢、镍合金、铜合金、钛和锆。合适的工程塑料包括含氟聚合物，例如PTFE、PVDF或ETFE、PVC；以及聚丙烯。在一些优选实施例中，填料元件1将具有光滑（无凹陷）表面。
当填料元件1用金属板材制造时，根据本发明的方法，其中该填料元件在成型工艺中从金属板材被成型通过包括切割、弯曲和扭曲，可选地打孔或冲压的成型步骤，优选仅切割和弯曲，并且其中每填料元件重量的金属板材平均优选小于20%的重量百分比，更优选小于10%的重量百分比，以及最优选小于1%的重量百分比在成型工艺中作为废料被丢弃或损失掉。当填料元件1用热塑性材料制造时，可选填充了填充物或纤维的热塑性材料，在本发明的方法中它在包括注塑模制步骤的成型工艺中被成型。此类制造方法的特点在于简单和便宜的方法以及便宜的原料，并且其因此是经济上有利的。
填料元件和其构造和使用在质量传递和/或热量传递的塔和化学反应器的填料床中以及在质量传递和/或在热量传递和/或化学反应中在现有技术中是众所周知的，例如在由Elsevier于2005年出版的由R. K. Sinnott, John Metcalfe Coulson和John FrancisRichardson所著的Chemical Engineering Design, Coulson & Richardson's ChemicalEngineering Series第4版（ISBN 0 7506 6538 6）中或由Elsevier于2006年出版的由N.Kolev所著的Packed bed columns: for absorption, desorption, rectification anddirect heat transfer第1版（ISBN-13: 978-0-444-52829-2）中所公开的。除非另外指出，常规构造材料和装置可被使用于填料元件1，并且填料元件1可以现有技术已知的常规方式被使用在塔或反应器的质量传递和/或热量传递和/或反应工艺中。
图1中的实施例是大致球形的填料元件1，但是本领域技术人员将领会到填料元件1的其它大致球形的形状只要在技术上可行的都是可能的。术语“大致球形”意味着不显著偏离球的形状并且包括外拱式肋条元件21和外连接边缘元件22的外表面2将限定大致球形的形状。在一些实施例中，元件1将是接近球形的（subspherical），在其它实施例中它将是球形的。
在本申请中，“外连接边缘元件22”指实现将外拱式肋条元件21以及可选的内拱式肋条元件31（如果其存在）连接在一起的功能的外边缘连接元件。此类外连接边缘元件22提供用于在填料元件1的制造期间使用的固定、接触或夹紧表面。此类表面在例如切割、弯曲或扭曲的多个成型步骤（例如机械操作）期间是有用的。
在一些实施例中，填料元件的形状将偏离完美的球形，因为由于制造工艺拱式肋条元件21会不是完美地或平滑地被弯曲，或者其可以是有意地被扭曲的以便于减少在相邻的填料元件1之间缠绕的可能性。在另外的实施例中，元件21已经通过所生产的填料元件1的不平行于的轴线的切口而被产生，以便于最小化填料元件1的缠绕。在其它实施例中，填料元件1的形状将偏离完美的球形，因为外连接边缘元件22由于制造工艺而略微变平。在许多实施例中，大致球形的填料元件1将在至少一个取向，优选两个或更多个，更优选三个或更多个的取向的倾斜的平面上能够至少部分旋转，优选滚动。本领域技术人员将理解到随着填料元件1的形状越接近完美球形的形状，它将能够越好地滚动，并且最后因而在任何取向上滚动。此外，本领域技术人员将理解到完美球形的填料元件1将仅具有径向方向而没有轴向方向。
图1的大致球形的填料元件1能够被看见具有包括三个或更多个外拱式肋条元件21和两个外连接边缘元件22的外表面2。实际上，能够看见此实施例具有两个外连接边缘元件22和五个外拱式肋条元件21。外连接边缘元件22的数量在本发明的填料元件1中不被特别限制，然而在它的例如从金属板材的制造期间，对于抓紧填料元件1和它的前身至少需要两个边缘元件22。也能看出在图1中的此实施例不具有包括可选的内拱式肋条元件31的可选的内表面3。填料元件1将优选从具有足够厚度和强度的材料而制成以抵抗它的外表面2和它的元件21和22的形变。
图2-4显示图1的大致球形的填料元件1的另外的透视图。能够看到填料元件1不是完美的球形，并且因而它具有例如51的径向轴线和例如5的方向以及轴向轴线61和方向6。图5显示图1的大致球形的填料元件1的总突出面积4的示意图。图6显示图5的总突出面积4的开放面积41的示意图。
如之前所述的，当以任何特定方向观看时，填料元件的突出部的开放面积%被定义为看到的突出部的开放面积除以突出部的总面积，再乘以100%。本领域技术人员将理解到“任意方向”意味着填料元件在一个方向被观看使得整个元件能够被看见。例如，元件典型地在轴向或径向方向（6或5）可被看见。同样地，本领域技术人员将理解到总面积在此指垂直于观看方向的平面上的元件的突出部的包络的整个面积。当总突出面积4以任意方向7被观看时，开放面积%按如下所述的被确定。填料元件1的图像（以使整个元件和它的整个包络在图像中能够被看见的方式观看），例如通过照相机获得，首先被载入图像分析软件，例如商业上可获得的来自SPSS Inc.的SigmaScan ProTM软件或来自美国National Instituteof Health的开源软件ImageJ。通过外表面4的外部轮廓的剖面限定的外表面2的像素面积因此作为总突出面积4的代表而被测量，如在图5中的阴影面积所指出的。下一步由能够在原始图（例如图1）中看见的外拱式肋条元件21和外连接边缘元件22的内部轮廓所限定的所有内部剖面的像素面积作为开放的突出面积41的代表而被测量。最后，测量的开放的突出面积41除以测量的总突出面积4并且乘以100%以得到开放的突出面积%。此类开放的突出面积%的测量可对于几个不同的其它观看方向被重复以便于计算范围和/或平均值和/或最大和最小百分比。本领域技术人员将理解到较不规律构造的元件1（旋转的-非对称的大致椭圆体元件1）比更规律构造的元件1（例如旋转的-对称的完美球形元件1）将需要在更多个方向上被测量。
在一个优选实施例中，元件1是大致球形的并且它是以径向方向5被观看，以及在另外的优选实施例中，元件1是大致椭圆体的并且它是以径向或轴向方向（5或6）被观看。
在本发明的填料元件1中，外连接边缘元件22和外拱式肋条元件21以及可选的内拱式肋条元件31被包含使得当以任意方向观看时，优选径向方向5或可选的轴向方向6，填料元件1的总突出面积4由于开放的突出面积41的存在是部分开放的，其中它开放的程度范围是从总面积4的约15%至约50%，优选约17%至约40%，更优选约18%至约35%，最优选约20%至约30%。
在本发明的填料元件1的优选实施例中，在不同的观看方向中的开放的突出面积41的最大和最小百分比之间的差值小于约20%，优选小于约15%，更优选小于约10%。
在基于图5和图6的计算中，开放的突出面积的百分比被确定为接近26%，并且在不同的径向或轴向观看方向中的多个测量指出开放的突出面积的百分比在约50%的最大值和约15%的最小值之间变化，并且平均值为约29%。
在本发明的填料元件1的一个实施例中，在不同的观看方向7中的开放的突出面积41的最大和最小百分比之间的差值小于约20%，优选小于约15%，更优选小于约10%。最小化此差值有助于确保在床中围绕该元件的局部压降场的高度均相性和更小限制的流动路径，以及良好的相分布。
填料元件1被适用于至少一种液体的流动；然而，在许多实施例中，它将适用于液相和蒸汽或气相的流动。在许多实施例中，液相将向下流动和蒸汽相将向上流动。然而在一些实施例中，向下和向上的相两者可为液体或者两者可为气体。通常向下的相会更重以及向上的相会更轻。液体、蒸汽和气体不被特别限制并且其可例如包括一种或更多种有机化合物、溶剂、水或它们的混合物。
在一些优选实施例中，填料元件1在至少一个取向的倾斜平面上能够部分旋转，优选滚动。例如，在图1-4中所示的大致球形的填料元件1可被看出能够在许多取向中部分旋转。此外，能看出这个大致球形的实施例在图3中所示的取向中的倾斜平面900上沿着箭头910的方向能够容易地滚动。在其它优选实施例中，填料元件1在至少两个或更多个，优选三个或更多个取向的倾斜平面900上能够滚动。对于不那么球形对称的元件1，滚动也可包括例如摆动、旋转、滑动或跳跃的其它运动作为沿倾斜平面900的整体运动的一部分。来部分旋转或甚至滚动的能力使得填料元件1容易通过倾倒或堆积填料床来被填入塔或反应器中，并且元件1也将在填料期间在床中呈现多种随机的取向。此外能够部分旋转或甚至滚动的元件1将趋向于更旋转对称，此旋转对称也将因而有助于增加在元件周围的局部压降场的均相性。
本领域技术人员将因此容易理解如何达到部分旋转或滚动。更旋转对称的以及具有更多数量的和/或均匀间隔的以及更平滑的外拱式肋条元件21的元件1将具有更好的旋转和滚动。如在图11所示的部分不连续的或如图12所示的完全不连续的外拱式肋条元件段211将趋向于抑制旋转和滚动，尤其是如果任何不连续将向外突出时。更完美的球形的或椭圆体的元件1比较于大致不那么球形的或椭圆体的元件1将更好地旋转和滚动。大致球形的元件1比较于大致椭圆体的元件也将趋向于能够在更多种取向上旋转或滚动。
元件1来旋转或滚动的能力可通过本领域技术人员仅将元件1放置在倾斜平面上在没有过度的负担下容易地被测试。具有良好的旋转或滚动的元件当被放置在具有较小倾斜角的倾斜平面上时将容易旋转或滚动。同样地，元件1可以多种取向被放置在倾斜的平面上以便于测试元件1根据那些取向来旋转或滚动的能力。
从图3中也能够看出填料元件1在轴向方向6上并不显著长于在径向方向5上，使得轴向长度611与最大径向长度511的比值是从约1至约1.6，优选从约1.1至约1.5，更优选从约1.2至约1.4。在图3所示的特定实施例中，该比值接近1.4。此类小比值有助于确保当填料元件1被倾倒或堆积以产生填料床时它随机地下降和着陆。
在产生填料元件1的优选方法中，例如在图1至图4中所示例的大致球形的元件1，是由平坦的金属板材制成，该金属板材包括以平行相对的矩形折板形式的两个外连接边缘元件22和在该边缘元件22之间的弯曲条带形式的肋条元件，其中制造工艺的步骤包含一些肋条元件从边缘元件22和金属板材的平面被向上弯曲以及另一些肋条元件被向下弯曲，以便于产生外拱式肋条元件21和外表面2，以及其随后的步骤中边缘元件22的两个直接相对的角朝向彼此被拉引。此类方法的特征在于低成本材料和制造步骤并且因此在经济上是有利的。此外其可优选是自动化的。
在图7-10中所示的实施例是大致椭圆体的填料元件1，但是本领域技术人员将理解到填料元件1的其它大致椭圆体的形状只要技术上可行都是可能的。术语“大致椭圆体”意味着不显著偏离椭圆体的形状并且包括外拱式肋条元件21和外连接边缘元件22的外表面2将限定大致椭圆体的形状。在一些实施例中，填料元件的形状将偏离完美的椭圆体，因为由于制造工艺拱式肋条元件21会不是完美地或平滑地被弯曲，或者其可以是被有意扭曲的以便于减少在相邻的填料元件1之间的缠绕的可能性。在另外的实施例中，来制造肋条元件的切口将被制造成不平行于所生产元件的轴线，以便于最小化元件的缠绕。在其它实施例中，填料元件1的形状将偏离完美的椭圆体，因为外连接边缘元件由于制造工艺而略微变平。在一些实施例中，填料元件1将是大致椭圆体的，以及在另外的实施例中它将是椭圆体。在许多实施例中，大致椭圆体的填料元件1将在至少一个取向，优选两个或更多个，更优选三个或更多个的取向中的倾斜平面上能够部分旋转，优选滚动。本领域技术人员将理解到随着填料元件1的形状接近完美椭圆体形状，它将能够越好地滚动，并且最后因而在许多取向上滚动。对于不那么旋转对称的大致椭圆体的元件1，滚动也可包括例如摆动、旋转、滑动或跳跃的其它运动作为在沿倾斜平面900的整体运动的一部分。
与先前在图1-4中所见的大致球形实施例相似，在图7-10中的大致椭圆体的填料元件1具有包括三个或更多个外拱式肋条元件21和两个外连接边缘元件22的外表面2。能够看出这个实施例实际上具有两个外连接边缘元件22和8个外拱式肋条元件21，并且它不具有可选的内表面3或可选的内拱式肋条元件31。
图7-10的大致椭圆体的填料元件1具有两个外连接边缘元件22和外拱式肋条元件21被包含使得当以任意方向观看时，优选径向方向5或可选的轴向方向6，填料元件1的总突出面积4由于开放的突出面积41的存在是部分开放的。在这个特定实施例中，它开放的程度范围是从总面积4的约20%至约30%，并且平均值是约25%。因此在这个实施例中，开放的突出面积41的最大和最小百分比之间的差值小于约10%。
在图9中能够看出大致椭圆体的填料元件1具有带有方向5和最大径向长度511的径向轴线51以及带有方向6和轴向长度611的轴向轴线61两者。从图9也能够看出填料元件1在轴向方向6上比在径向方向5上长得多，使得轴向长度611与最大径向长度511的比值是从约1.1至约3，优选从约1.2至约2.5，更优选从约1.5至约2.2，最优选从约1.7至约2.0。在图9所示的特定实施例中，该比值接近1.7。此类比值有助于确保当填料元件1被倾倒或堆积以制造填料床时，它着陆时带有其轴向轴线61取向于与下降方向垂直的平面内，但是带有轴向轴线61随机取向于所述平面内。
在生产填料元件1的方法的优选实施例中，例如在图7-14中所示的实施例的大致椭圆体的填料元件1由金属板材管制成，该金属板材管具有以实心管边缘元件形式的两个外连接边缘元件22，该实心管边缘元件带有以连接条带形式的肋条元件由在该边缘元件22之间的内部管部分组成，在其制造工艺中肋条元件从最初的管状形状被向外弯曲以产生外拱式肋条元件21和外表面2，并且由此优选外拱式肋条元件被扭曲来使其不与椭圆体的填料元件1的轴向轴线61对准。在替代的优选实施例中，来制造肋条元件21的切口将被制造成不平行于所生产元件1的轴向轴线61，以便于最小化元件1的缠绕。此类制造方法是经济的在于其使用便宜和简单的材料和制造步骤。
图11-14显示本发明的大致椭圆体的填料元件1的一些优选实施例。在图11中所示的实施例具有部分不连续的外拱式肋条元件段211；然而在图12中的实施例具有完全不连续的外拱式肋条元件段211。图13显示具有内拱式肋条元件31的优选实施例，其中每个元件31在一个连续的内拱式段32中是部分内拱的。图14显示具有内拱式肋条元件31的另外的优选实施例，其中每个元件31是部分内拱的和部分不连续的以提供不连续的内拱式肋条元件段311。如先前所述的例如211、32或311的此类段有利地增加了在填料床中沿着流动轴线的气体和液体之间的接触点的数量。在优选实施例中，段211和/或311有利地被指向朝着填料元件1的内部，以便于从填料元件的外表面最小化突出元件以及最小化由于旋转和/或滚动产生的缠绕或干扰。
在填料元件的优选实施例中，外拱式肋条元件和任何内拱式肋条元件的总数量是从3至20，优选从4至15，更优选从4至10，最优选从5至8。肋条元件的此类总数量提供填料元件的最佳的强度和机械完整性，并且抵抗它的形变，以及提供大表面积，而且容易和便宜地被制造以及提供足够的和均相的开放的突出面积用于达到低压降、大的流体流动以及良好的液体分布。
在本发明的大致椭圆体的填料元件1的一些另外的优选实施例中，外拱式肋条元件21和可选的内拱式肋条元件31可以是沿着轴向轴线在中心纵向对准的，或者优选地可以替代地是从中心纵向的轴向轴线错位的（misaligned）。这样的错位产生蒸汽/液体接触的点，而不是由中心对准的肋条元件产生的流体接触的平面。此外，通过最小化由于连续的中心对准的肋条元件产生的遮蔽效应，错位有助于开启穿过填料元件1的本体的纵向流体流动路径。此外，纵向的错位能够减小在随机填料的床中一个随机的填料元件1的一个或更多个肋条元件来变得插入于另外的随机的填料元件1的一个或更多个肋条元件内的趋势，这样的情况有时被称为“嵌套”。嵌套会降低质量传递效率并且会促使液体和蒸汽在填料床内产生沟道效应。在还有的其它优选实施例中，相似的效应可通过扭转肋条元件来达到。
本发明的另一方面在于包括带有多个填料元件1的填料床的质量传递塔或热量传递塔或化学反应器。此类填料床有利地使用本发明的填料元件1的良好的低压降和均相的压降场和高流动性质。因此，此类塔和反应器在其床中将具有更少的由于溢流和欠佳的相分布的问题。在特定实施例中塔或反应器可包含多个床的结合，例如包括至少一个本发明的床，但是也包括一个或更多个随机的填料床、规整填料床和/或托盘区段。
本发明另一个相关的方面在于来制备此类质量传递塔、热量传递塔或化学反应器的填料床的方法，其中该工艺包括随机地倾倒或堆积本发明的填料元件1进入塔或反应器，以便于产生包括以多种随机取向的多个填料元件1的填料床。
在一些实施例中，包括多个填料元件1的填料床的表面将典型地介于约20m2/m3与约500m2/m3之间。在其它实施例中，填料床的自由体积将在约92%与约98%之间。在其它实施例中，填料床具有的质量将介于约100kg/m3和约400kg/m3之间。
本发明的另外的方面在于本发明的填料元件1作为随机的填料元件的用途或者包括带有多个填料元件1的填料床的塔或反应器中的一个在质量传递和/或热量传递工艺和/或化学反应中的用途。
虽然多个实施例已经为了说明的目的已经被提出，但是前述的描述不应该被认为是对本文的范围的限制。因此，多种修改、改装和替代能够由本领域技术人员想到，而不违背本文的精神和范围。

Claims (14)

1.一种用于在质量和/或热量传递工艺中可供至少一种液体流动经过的填料元件（1），其中所述填料元件（1）：
具有外表面（2），其包括三个或更多个外拱式肋条元件（21）和两个外连接边缘元件（22），
具有内表面（3），其包括内拱式肋条元件（31），
其中，所述填料元件（1）是大致球形的或大致椭圆的，并且其中外连接边缘元件（22）和外拱式肋条元件（21）和内拱式肋条元件（31）被包含，使得当以任意方向（7）观看时，所述填料元件（1）的总突出面积（4）由于开放的突出面积（41）的存在而是部分开放的，其中它开放到一定程度，该程度的范围是总突出面积（4）的从15%至50%，
其中，所述填料元件（1）包括至少一个内拱式肋条元件（31），所述内拱式肋条元件（31）在一个或更多个连续的内拱式段（32）中是部分内拱的，
其中i）所述内拱式肋条元件（31）是部分或完全不连续的以提供不连续的内拱式肋条元件段（311），和/或ii）所述外拱式肋条元件（21）中至少一个是部分或完全不连续的以提供外拱式肋条元件段（211）。
2.一种用于在质量和/或热量传递工艺中可供至少一种液体流动经过的填料元件（1），其中所述填料元件（1）：
具有外表面（2），其包括三个或更多个外拱式肋条元件（21）和两个外连接边缘元件（22），
具有内表面（3），其包括内拱式肋条元件（31），
其中，所述填料元件（1）是大致椭圆的，并且其中外连接边缘元件（22）和外拱式肋条元件（21）和内拱式肋条元件（31）被包含，使得当以任意方向（7）观看时，所述填料元件（1）的总突出面积（4）由于开放的突出面积（41）的存在而是部分开放的，其中它开放到一定程度，该程度的范围是总突出面积（4）的从15%至50%，
其中，所述填料元件（1）包括至少一个内拱式肋条元件（31），所述内拱式肋条元件（31）在一个或更多个连续的内拱式段（32）中是部分内拱的，
其中外拱式肋条元件被扭曲来使其与所述填料元件的纵向轴线错位。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中在开放的突出面积（41）的最大和最小百分比之间的差值小于20%。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中所述填料元件（1）是大致椭圆的，并且外拱式肋条元件和内拱式肋条元件替代地从中心纵向轴线错位。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中当以任意方向（7）观看时，所述填料元件（1）的总突出面积（4）由于开放的突出面积（41）的存在而是部分开放的，其中它开放到一定程度，该程度的范围是总突出面积（4）的从18%至35%。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中所述填料元件（1）在形状上是椭圆的并且在轴向方向（6）上长于在径向方向（5）上，使得轴向长度（611）与最大径向长度（511）的比值是从1.1至3。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中当以任意方向（7）观看时，所述填料元件（1）的总突出面积（4）由于开放的突出面积（41）的存在而是部分开放的，其中它开放到一定程度，该程度的范围是总突出面积（4）的从20%至30%。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中所述外拱式肋条元件（21）和任何内拱式肋条元件（31）的总数量是从3至20。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的填料元件（1），其中所述填料元件（1）由具有3.0mm至0.08mm的厚度的金属板材制成，或者是陶瓷，或者是塑料材料。
10.一种生产根据权利要求1至9中任一项所述的填料元件（1）的方法，其中所述填料元件（1）由金属板材在成型工艺中通过包括切割、弯曲和扭曲，并且其中每填料元件（1）重量的金属板材平均小于20%的重量百分比在成型工艺中作为废料被丢弃或损失，
其中所述填料元件（1）或者是：
（i）大致球形的并且其中所述填料元件（1）由平坦的金属板材制成，该金属板材具有以平行相对的矩形折板形式的两个外连接边缘元件（22）和在该边缘元件（22）之间的弯曲条带形式的肋条元件，其中工艺的步骤包含一些肋条元件从边缘元件（22）和金属板材的平面被向上弯曲以及另一些肋条元件从边缘元件（22）和金属板材的平面被向下弯曲，以便于产生外拱式肋条元件（21）和外表面（2），以及其随后的步骤中所述边缘元件（22）的两个直接相对的角朝向彼此被拉引；
或者是
（ii）大致椭圆体的并且其中所述填料元件（1）由金属板材管制成，该金属板材管具有以实心管边缘元件形式的两个外连接边缘元件（22），该实心管边缘元件带有以连接条带形式的肋条元件，其由在所述边缘元件（22）之间的内部管部分组成，在工艺中肋条元件从最初的管状形状被向外弯曲以产生外拱式肋条元件（21）和外表面（2），并且由此所述外拱式肋条元件（21）被扭曲或切割来使其与所述椭圆的填料元件（1）的轴向轴线（61）错位。
11.一种生产根据权利要求1至9中任一项所述的填料元件（1）的方法，其中所述填料元件（1）由热塑性材料，在包括注塑模制步骤的成型工艺中制成。
12.一种质量传递塔或热量传递塔或化学反应器，其包含带有根据权利要求1至9中任一项所述的填料元件（1）的填料床。
13.一种制备根据权利要求12所述的质量传递塔或热量传递塔或化学反应器的填料床的方法，其中所述方法包括随机地倾倒或堆积根据权利要求1至9中任一项所述的填料元件（1）至所述塔或反应器中以便于产生包括以多种随机取向的多个填料元件（1）的填料床。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的填料元件（1）作为随机的填料元件或者根据权利要求12所述的塔或反应器中的一个在质量传递和/或热量传递工艺中和/或在化学反应中的用途。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013018190B4 (de) 2013-10-30 2018-03-01 Raschig Gmbh Füllkörper, insbesondere für Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen oder -türme
US9975106B2 (en) * 2013-10-30 2018-05-22 Raschig Gmbh Packing element for mass-transfer and/or heat-exchange columns or towers
CN105682788B (zh) 2013-10-30 2017-11-24 德国拉西格有限公司 填充体、特别是用于物质交换柱或塔和/或热交换柱或塔的填充体
JP1517589S (zh) * 2014-03-02 2015-02-16
DE102018119693A1 (de) * 2018-08-14 2020-02-20 Rvt Process Equipment Gmbh Füllkörper
DE102018221652A1 (de) * 2018-12-13 2020-06-18 Sgl Carbon Se Füllkörper
EP3808445A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-21 Sulzer Management AG Structured packing element with reduced material requirement
CN111744453B (zh) * 2020-07-27 2021-12-28 安徽国微华芯环境科技有限公司 基于陶瓷基复合树脂填料的气液传热装置及填料制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2823726C2 (de) * 1978-05-31 1986-03-27 Vereinigte Füllkörper-Fabriken GmbH & Co, 5412 Ransbach-Baumbach Fuellkoerper
US4554114A (en) * 1981-09-18 1985-11-19 Telpac Company Limited Packing element and method using same
JPS58219915A (ja) * 1982-06-16 1983-12-21 Nittetsu Kakoki Kk 充填物
CN2083071U (zh) * 1991-01-19 1991-08-21 蓬莱县化工填料厂 球形填料
US5112536A (en) * 1991-03-13 1992-05-12 Koch Engineering Company, Inc. Random packing element and method
DE59604529D1 (de) 1995-08-24 2000-04-06 Raschig Gmbh Füllkörper, insbesondere für Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen oder/ -türme
US6387534B1 (en) 2000-11-14 2002-05-14 Saint-Gobain Norpro Corporation Random packing element
EP1541229B1 (de) * 2003-12-10 2014-09-03 Vereinigte-Füllkörper-Fabriken GmbH & co. KG Füllkörper für den Stoff- und Wärmeaustausch
US7722945B2 (en) 2006-10-10 2010-05-25 Koch-Glitsch, Lp Random packing elements and column containing same
CN201889198U (zh) * 2010-11-03 2011-07-06 萍乡市新创利实业有限公司 灯笼环

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