CN104602804A - 用于流体接触柱的高性能规整填料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于流体接触柱的高性能规整填料。该填料由堆叠板形成，包括形成一系列通道的波纹。每个通道包括翅片，并且每个翅片由从所述板的其中之一切割出的至少一个条带组成，以便其稳固地保持连接到该板的至少一个侧面上，该条带变形以形成孔口，该孔口打破了板表面的连续性。根据本发明，一个板的通道的方向相对于邻近板的脊缘的方向形成非零角度。一个通道的翅片的长度不同于邻近通道的翅片的长度。

Description

用于流体接触柱的高性能规整填料
本发明涉及流体接触设备的领域。
接触柱的用途是提供流体之间的接触以便在流体之间达到材料或热量的转移。该类型的流体接触设备广泛地用来实施蒸馏、精馏、吸收、热交换、萃取、化学反应操作等。
接触柱通常由设置有促进流体之间交换的内部接触元件的圆柱形封闭物组成。在圆柱内，流体可在同向流或反向流中循环。一般地，该圆柱允许在上升的气相和下降的液相之间提供紧密的接触。增大流体之间接触表面的接触元件可以是盘子、规整填料，即，好几个单一的元件并置，以有序的方式布置，例如，波纹板片，或随机的填料，即，单一元件的杂乱无章地堆叠，例如，环、螺旋形物。
规整填料可由折叠板片组成，它们以有组织的方式布置排列成大块，例如，如文献US-3,679,537和US-4,296,050中所描述的。新一代随机填料通常由金属元件组成，金属元件设置有打孔和带有复杂形状的弧形部分。
规整填料提供这样的优点：对给定的代表性直径(通常是通道的水力直径)提供大的几何面积，然而，有效面积小于或接近于其几何面积。相对于其有特征的尺寸，对抗的随机填料提供颇为低的几何面积值，但它们可具有大于其几何大面积有效传输面积。
专利申请US-2010/0,213,625描述了组合规整填料的优点和随机填料优点的填料。如此的规整填料设计成呈现随机填料之特性，该随机填料特别诱发与填料表面的液体脱离，并允许形成基本上大于其几何面积的有效面积。该填料(图1)由堆叠的包括波纹的板(图2、3A和3B)组成，每个板内接在两个平行平面之间，所述平面之间的距离在5到50mm之间的范围内。波纹形成了一系列正向边缘(通道的顶部，CA2)和负向边缘(通道的中空部，CA1)，它们包括内接在所述两个平行平面之间的翅片。通过切割和变形条带B，形成翅片。在条带B中切割出凹口C1和C2。凹口C1和C2形成相对于通道主方向的角度90°。条带B在端部E1和E2处保持固定到板上。条带B变形而遵循相对于中间平面P基本上关于其初始形状对称的三角形。条带B的宽度L近似地等于沿着通道的两个毗邻的条带之间距离(在1到15mm之间)。板边缘的方向D形成相对于邻近板边缘的方向D’的非零角度。两个毗邻板的位置是这样：两个板中每个板的边缘的主方向夹角在从60°至90°的范围内。
图4和图5分别示出了两个毗邻板之间的两种可能的接触。当接触出现在板正向边缘和邻近板负向边缘之间时，则两个板之间的接触被称作为良好的。在图4中，两个无开口的区域之间有一种匹配且板之间有良好的接触，这样，不存在互相贯通的风险。在图5中，一方面无开口的区域(下部板)和另一方面设置有开口的区域(上部板)之间有一种匹配；因此在板之间没有良好的接触，于是，它们可互相贯通，因此，对于与工业生产相容的实施例，不可能有满意的设置。
差接触的可能性图示在图6中。该图对应于两个重迭板的二维图。可以指出的是，尽管有些区域有良好的接触(虚线圆)，但大多数是差的接触(实线圆)。当安装工业用的填料块时，组成块体的许多板彼此紧紧地保持抵靠，没有足够的接触点，导致不能符合于总的块体厚度；存在有板杂乱布置的有害于流动的区域，以及带有太大间距的其它区域，有可能让气体或液体旁路。
为了保持填料特性，重要的是，提供板相对于彼此的良好安装，即，无杂乱排列的安装。
本发明的目的因此涉及到组合了规整填料的优点和随机填料的优点的填料，诸如是文献US-2010/0,213,625中所描述的填料，其中，通过一个通道和邻近通道之间的翅片长度差使得良好接触数达到最大。
一般地说，本发明涉及流体接触柱的规整填料，该柱对至少一个液相形成交换表面，该液相要与至少一个气相发生紧密接触，所述填料由包括波纹的矩形板堆叠组成，每个板内接在两个平行平面(L1；L2)之间，所述波纹形成一系列包括翅片A的通道，翅片A内接在所述两个平行平面之间，所述翅片中的每个都由从一个所述板中切割出的至少一个条带B组成，条带的宽度L范围在1到15mm之间，条带B在至少一个侧部(E1；E2)处保持固定到板上，条带B变形而形成孔口，该孔口形成板表面上的不连续性，其中，板通道的方向D形成相对于邻近板通道的方向D’的非零角度，且其中，通道翅片的长度不同于邻近通道的翅片长度。
根据本发明，通道翅片的长度范围可在1到15mm之间，相邻通道的翅片长度可以较大，在2到50mm之间的范围内。
根据一个实施例，一个通道的所有翅片具有相同的长度。
本发明还涉及流体接触柱，其包括若干个带有根据本发明的规整填料的块体，其中，填料通道的所述方向定向成相对于柱轴线形成夹角，角度范围在10°至75°之间，其中，所述块体之一的规整填料的中间平面形成相对于邻近块体的中间平面的夹角，角度范围在20°至90°之间。
本发明还涉及根据本发明的接触柱的应用，用于气体干燥、天然气脱氧、烟气脱碳、克劳斯尾气处理或蒸馏。
参照附图阅读以下的描述，将会清楚本发明其它的特征和优点，附图中：
图1示出了由包括翅片的堆叠波纹板组成的填料，
图2示意地示出了显示为不带翅片的波纹板形式，
图3A和3B示出了波纹板通道内切割出的条带，
图4示出了两个连续板之间良好接触的情形，
图5示出了两个连续板之间差接触的情形，
图6示出了两个连续板之间差接触和良好接触的可能性，
图7示出了根据本发明的填料板的三维图，
图8示出了根据本发明的板的俯视图，长开口位于顶上(粗线的正向边缘)和短的开口位于中空体中(细线的负向边缘)，以及
图9示出了根据本发明的两个填料板的俯视图，一个板在另一个板之上，突出显示了良好接触(由圆圈包围的区域)。
图2、3A和3B示出了根据本发明形成规整填料基础的矩形的波纹板片或板。波纹由两个相当靠近的平行平面L1和L2限定。L1和L2之间的距离h可在5mm到50mm之间的范围内。中间平面P将L1和L2之间的空间划分为两个相等的部分。在图2、3A和3B中，波纹具有三角形的形状，它们分布在中间平面P的两侧上；一部分的波纹定位在平面P的一侧上，而另一部分定位在平面P的另一侧上。波纹形成了连续的通道，它们沿着箭头D所示的方向延伸。在图2中，通道CA1定位在平面P之下。毗邻通道CA1的通道CA2在平面P上方。较佳地，选择产生通道的波纹，通道接触平面L1和L2而不超过由这两个平面限定的空间。因此，波纹板片占据了平面L1和L2所界定的平面部分中最大的表面面积。通道包括正向边缘CA2或负向边缘CA1。
各种板波纹的形状可用于根据本发明的规整填料。例如，可采用正弦的波纹板。还可能使用不是对称的波纹，例如，一系列的半圆和三角形。也可使用包括不规则和随机的波纹的板。
波纹形成一连串正向(通道的顶部)边缘和负向(通道的中空部)边缘，这样的波纹包括内接在两个平行平面之间的翅片。每个翅片由一个板中切割出的至少一个条带组成，条带宽度在1mm到5mm之间的范围内，保持固定到板上的条带位于至少一侧上，条带变形而形成一孔口，该孔口在板的表面上形成不连续性。板的边缘方向D相对于邻近板边缘的方向D’形成非零角度。
两个连续板的位置应是这样：两个板中每个板的边缘的主方向在60°至90°之间的范围内。
为了改进该类型填料的特性，关键的是对板提供良好的安装，即，不让它们杂乱无章。因此，诸板被修改成使两个板之间的良好接触的数量最大，即，出现在板正向边缘和邻近板负向边缘之间的接触。
根据本发明，通道翅片的长度不同于相邻通道翅片的长度，如图7和图8所示。
例如，大的开口可用在正向边缘上，而小的开口用在负向边缘上。
小开口的长度在1到15mm之间的范围内，较佳地在2到10mm之间。
大开口的长度在2到15mm之间的范围内，较佳地在5到25mm之间。
通道的特征是：形成50至800m2/m3的几何面积，较佳地是150至500m2/m3的几何面积。
图7示出根据本发明的填料板的三维图。
图8是根据本发明的板的俯视图，长开口位于顶上(正向边缘)和短的开口位于中空体中(负向边缘)。
图9是根据本发明的两个填料板的俯视图，一个板在另一个板之上(仅示出上部板的下部开口和下部板的上部开口)。圆圈显示具有良好接触的点(板的正向边缘和邻近板的负向边缘之间)。
设置有翅片的波纹板堆叠起来而形成规整的填料。较佳地，波纹板片的通道方向相对于邻近板片通道的方向偏离，例如，偏离的角度范围在20°至90°之间，较佳地偏离具有基本上接近于90°值的角度。
对于高度H和长度L的波纹板，高度H是填料块的高度，它通常接近于20cm，但可在2cm到1m之间的范围内，较佳地在10cm到30cm之间。长度L是变量，其取决于含有填料的柱的直径，该直径范围通常从5cm到15m。对于传统的工业用柱，即，直径大于1m，该长度范围较佳地在0.5到3m之间，更加较佳地在1到2m之间。
根据本发明的填料可用于气体干燥、天然气脱氧、烟气除碳以及克劳斯(Claus)尾气处理。
在这些应用中，待处理的气体与接触柱中的液体吸收溶液接触。该圆柱包括若干个含有根据本发明的规整填料的块体，其中，填料通道的方向定向成相对于柱轴线成一定角度，该角度范围在10°至75°之间，且其中，所述块体之一的规整填料的中间平面相对于邻近块体的中间平面形成介于20°至90°之间的角度范围。
根据本发明的填料可用于蒸馏、特别是脱碳氢化合物的蒸馏。在该应用中，根据本发明的填料布置在柱体内，该柱对重态和轻态设置有至少一个馈送线和两个收回线。

Claims (5)

1.一种流体接触柱的规整填料，所述柱限定用于至少一个液相的交换表面，所述液相要与至少一个气相发生紧密接触，所述填料由包括波纹的矩形板堆叠组成，每个板内接在两个平行平面(L1；L2)之间，所述波纹形成一系列通道，通道包括内接在所述两个平行平面之间的翅片(A)，所述翅片中的每个都由从所述板的其中之一切割出的至少一个条带(B)组成，所述条带的宽度(L)范围在1到15mm之间，所述条带在至少一个侧部(E1；E2)处保持固定到板上，所述条带变形以形成孔口，所述孔口形成板表面上的不连续性，其中，板通道的方向(D)相对于邻近板通道的方向(D’)形成非零角度，其中，通道的翅片长度不同于邻近通道翅片的长度。
2.如权利要求1所述的填料，其特征在于，通道翅片的长度范围在1到15mm之间，邻近通道翅片长度较大，长度范围在2到50mm之间。
3.如上述权利要求中任一项所述的填料，其特征在于，一个通道的所有翅片具有相同的长度。
4.一种流体接触柱，所述柱包括若干个带有如上述权利要求中任一项所述的规整填料的块体，其特征在于，所述填料通道的所述方向定向成相对于柱轴线形成夹角，角度范围在10°至75°之间，并且所述块体之一的规整填料的中间平面形成相对于邻近块体的中间平面的夹角，角度范围在20°至90°之间。
5.一种如权利要求4所述的接触柱的应用，用于气体干燥、天然气脱氧、烟气脱碳、克劳斯尾气处理或蒸馏。
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