CN104984723B - 填料体及其层件、塔器和混合器 - Google Patents

填料体及其层件、塔器和混合器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种填料体及其层件、塔器和混合器。所述层件由被变形的片状件构成，所述层件包括：至少一个板壁组件，所述至少一个板壁组件沿纵向方向排列，且相邻的板壁组件通过沿横向方向延伸的连接板连接，其中，所述板壁组件内限定出沿横向方向延伸的中央通道，且所述板壁组件与所述连接板之间限定出与所述中央通道平行的侧向通道。根据本发明的层件，具有和散堆填料类似的几何形状，可以增加填料的持液量，增加传质接触时间，提高效率，同时通过将中央通道和侧向通道交叉分开，按照规整填料一样规则排列，规定了气液流路，由此可以降低压降，增加填料的处理能力。

Description

填料体及其层件、塔器和混合器
本案为申请日为2013年8月30日、申请号为201310389841.1、发明名称为“填料体及其层件、塔器和混合器”的发明专利申请的分案。
技术领域
本发明涉及化工生产设备技术领域，尤其涉及一种用于填料体的层件、填料体、具有所述填料体的塔器和混合器。
背景技术
填料塔是连续接触式气液/液液传质设备，其中的填料是气液/液液传质或传热的基础元件，决定了填料塔内气液/液液流动及接触传质的方式。填料一般分为散堆填料和规整填料两种类型。散堆填料由一个个具有一定几何形状的填料体，以乱堆的形式装填在塔内。由于散堆填料的气液流道曲折，折返路径长，填料层的持液量大，气液接触时间长，气液接触面的湍动程度增加，传质效率高，在高压、高液体量或者带有化学反应的吸收过程中具有明显优势。但由于散堆填料的比表面积较小，流动阻力较大，许多散堆填料通过增加径高比来尽可能实现填料堆砌的规整性，同时增加填料壁的开敞性，以降低填料的压降，增加填料的通量和效率。
规整填料是一种在塔内以均匀的几何结构，通过规则排列，整齐堆砌的填料体，它规定了气液流路，压降很小，和散堆填料相比，在同等比表面积下，规整填料的持液量低，通量更大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于填料体的层件，所述层件能够增加填料的持液量，从而提高传质接触时间、提高填料的处理能力。
本发明的另一个目的在于提出一种具有所述层件的填料体。
本发明的再一个目的在于提出一种具有所述填料体的塔器或混合器。
根据本发明第一方面实施例的用于填料体的层件，所述层件由被变形的片状件构成，所述层件包括：至少一个板壁组件，所述至少一个板壁组件沿纵向方向排列，且相邻的板壁组件通过沿横向方向延伸的连接板连接，其中，所述板壁组件内限定出沿横向方向延伸的中央通道，所述板壁组件与所述连接板之间限定出与所述中央通道平行的侧向通道，所述板壁组件包括至少一个板壁单元，所述至少一个板壁单元沿所述横向方向依次排列，所述板壁单元包括：第一切边和第二切边，所述第一切边和所述第二切边相互平行并在横向方向上错开，且在厚度方向上分别位于所述连接板的两侧；第三切边和第四切边，所述第三切边和所述第四切边在横向方向上错开且平行地位于所述第一切边和所述第二切边之间，且在所述厚度方向上分别位于所述连接板的两侧，在所述厚度方向上，所述第三切边和所述第二切边位于所述连接板的同一侧，所述第四切边和所述第一切边位于所述连接板的同一侧；其中，所述第一切边和所述第二切边在平行于所述第一切边和第二切边的参考平面上的投影共同限定出第一区域，所述第一区域形状为大体菱形、大体圆形或椭圆形；所述第三切边和所述第四切边在平行于所述第一切边和第二切边的参考平面上的投影共同限定出的第二区域形状为两个菱形，所述两个菱形之间通过连接边连接。
根据本发明实施例的层件，具有和散堆填料类似的几何形状，可以增加填料的持液量，增加传质接触时间，提高效率。同时通过将中央通道和侧向通道交叉分开，按照规整填料一样规则排列，规定了气液流路，由此可以降低压降，增加填料的处理能力。
优选地，所述两个菱形的至少两条边之间通过圆弧过渡。
优选地，所述两个菱形的至少一条边向内凹入或向外凸出以形成弧形边。
根据本发明的一个实施例，所述第一至第四切边沿横向方向的宽度均相等。
根据本发明的一个实施例，所述第一切边的延伸方向与所述横向方向之间的角度为5-175度。
根据本发明的一个实施例，形成所述层件的所述片状件为金属片、塑料片、陶瓷片或金属丝网。
根据本发明实施例的层件，提高了传质效率，而且降低了压降，可以增加填料的处理能力。
根据本发明第二方面实施例的一种填料体，包括多个根据本发明第一方面实施例所述的用于填料体的层件，所述多个层件沿所述厚度方向彼此平行地排列，且相邻层件的所述中央通道的延伸方向交叉。
根据本发明第三方面实施例的一种塔器，包括：器体，所述器体内具有多个根据本发明第二方面实施例的填料体用于气液/液液等流体流动并接触，以进行传质或传热，所述多个填料体沿所述流体的流动方向排列布置在所述器体内，其中每个填料体中的所述中央通道的延伸方向与所述流体的流动方向之间的夹角范围为0-180度，每相邻的两个填料体中的层件的纵向方向交叉。
可选地，同一填料体中每相邻的两个层件中的所述中央通道的延伸方向相对于所述流体的流动方向的倾斜方向相反且夹角大体相等。
根据本发明第四方面实施例的一种混合器，包括：器体，所述器体内具有至少一个根据本发明第二方面实施例的填料体用于流体混合，其中所述流体沿相同方向流过所述填料体的所述中央通道和所述侧向通道。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的用于填料体的层件的示意图；
图2是图1中A向视图；
图3a是图2中D-D向视图；
图3b是图2中E-E向视图；
图4是根据本发明一个实施例的层件的示意图；
图5是图4中A向视图；
图6是根据本发明一个实施例的层件的A向视图；
图7是根据本发明一个实施例的层件的A向视图；
图8是根据本发明一个实施例的层件的A向视图；
图9a是图6-图8中所示实施例中的任一个的D-D向视图；
图9b是图6-图8中所示实施例中的任一个的E-E向视图；
图10是根据本发明一个实施例的层件的A向视图；
图11是根据本发明一个实施例的层件的A向视图；
图12a是图10或图11中的D-D向视图；
图12b是图10或图11中的E-E向视图；
图13是根据本发明实施例的塔器的部分示意图。
附图标记：
A向、平行于第一切边和第二切边的参考平面的垂直方向；
B-B、连接板平面；
C-C、相邻层件之间的分界面；
100、层件，其中100a和100b互为相邻的层件；
10、板壁组件；
1、板壁单元；
11、第一切边；
11A、第一弧线段；11B、第一直线段；
12、第二切边；
12A、第二弧线段；12B、第二直线段；
13、第三切边；
13A、第三弧线段；13B、第三直线段；
14、第四切边；
14A、第四弧线段；14B、第四直线段；
15、第一区域；16、第二区域；
161、连接边；
20、连接板；
30、中央通道；40、侧向通道
200、器体；
300、填料体，其中300a和300b互为相邻的填料体
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“厚度方向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图13描述根据本发明实施例的用于填料体的层件100。
根据本发明实施例的用于填料体的层件100，层件100由被变形的片状件构成，可选地，形成层件100的片状件为金属片、塑料片、陶瓷片或金属丝网。
如图1所示，层件100包括至少一个板壁组件10，至少一个板壁组件10沿纵向方向排列，且相邻的板壁组件10通过沿横向方向延伸的连接板20连接，其中，板壁组件10内限定出沿横向方向延伸的中央通道30，且板壁组件10与连接板20之间限定出与中央通道30平行的侧向通道40。本领域内普通技术人员可以理解，横向方向垂直于纵向方向，且下文中将会提到的厚度方向同时垂直于该横向方向和纵向方向。
根据本发明实施例的层件，具有和散堆填料类似的几何形状，可以增加填料的持液量，增加传质接触时间，提高效率，同时通过将中央通道和侧向通道交叉分开，按照规整填料一样规则排列，规定了气液流路，由此可以降低压降，增加填料的处理能力。
具体地，如图1所示，板壁组件10包括至少一个板壁单元1，至少一个板壁单元1沿横向方向依次排列。
如图1-图3b所示，根据本发明的一个实施例，板壁单元1包括第一切边11和第二切边12，第一切边11和第二切边12相互平行并在横向方向上错开，且在厚度方向上分别位于连接板20的两侧。
根据本发明的一些实施例，第一切边11和第二切边12在平行于第一切边11和第二切边12的参考平面上的投影共同限定出的第一区域15形状为大于三边的多边形。可选地，第一区域15形状为大体菱形，如图2和图7所示。在本发明的另一个可选示例中，第一区域15形状为大体六边形，如图5和图8所示。当然，本发明并不限于此，在本发明的再一个可选示例中，第一区域15形状还可以为不规则四边形或平行四边形，如图10和图11所示。
优选地，形成为多边形的第一区域15的至少两条边之间通过圆弧过渡。具体而言，如图2、图5、图7–图8所示，第一切边11包括至少两条第一直线段11B和分别连接在相邻两条第一直线段11B之间的至少一个第一弧线段11A，第二切边12包括至少两条第二直线段12B和分别连接在相邻两条第二直线段12B之间的至少一个第二弧线段12A。
例如图2中所示的示例中，第一区域15为大致菱形，第一切边11包括两条直线段11B和一个弧线段11A，且第二切边12包括两条直线段12B和一个弧线段12A。又例如，如图5所示的示例中，第一区域15为大致六边形，其中第一切边11包括三条第一直线段11B和两个第一弧线段11A，且第二切边12包括三个第二直线段12B和两个第二弧线段12A。
在一些优选的示例中，形成为多边形的第一区域15的至少一条边向内凹入或向外凸出以形成弧形边。具体而言，如图4-图5所示，第一切边11的第一直线段11B和第二切边12的第二直线段12B分别向内凹入以形成内弧形边。
根据本发明的另一些实施例，第一切边11和第二切边12在平行于第一切边11和第二切边12的参考平面上的投影共同限定出的第一区域15形状为大体圆形，如图6所示。当然，本发明并不限于此，第一区域15还可以形成为大体椭圆形，图未示出。
在本发明的进一步的实施例中，如图10-图11所示，板壁单元1还包括第三切边13和第四切边14，第三切边13和第四切边14在横向方向上错开且平行地位于第一切边11和第二切边12之间，且在厚度方向上分别位于连接板20的两侧，如图12a-12b所示。
可选地，如图10-图11所示，在厚度方向上，第三切边13和第二切边12位于连接板20的同一侧，第四切边14和第一切边11位于连接板20的同一侧。
在一些实施例中，第三切边13和第四切边14在平行于第一切边11和第二切边12的参考平面上的投影共同限定出的第二区域16形状为大于三边的多边形，且第二区域16与第一区域15部分重合。
例如在如图10和图11所示的示例中，第一区域15和第二区域16分别形成为四边形，其中两个四边形的其中一条对角线相互重合。在图11所示的示例中，第一区域15和第二区域16分别相对于对角线对称。可选地，第一区域15的各边之间分别通过圆弧过渡，第二区域16的各边之间分别通过圆弧过渡。具体而言，如图10和图11所示，第一切边11包括两条直线段11B和一个弧线段11A，且第二切边12包括两条直线段12B和一个弧线段12A，第三切边13包括两条直线段13B和一个弧线段13A，以及第四切边14包括两个直线段14B和一个弧线段14A。优选地，第一区域15和/或第二区域16的至少一条边向内凹入或向外凸出以形成弧形边，图未示出。
在如图5-图8所示的示例中，第三切边13和第四切边14在平行于第一切边11和第二切边12的参考平面上的投影共同限定出的第二区域16形状为两个菱形，两个菱形之间通过连接边161连接。也就是说，如图5-图8，第三切边13和第四切边14在所述参考平面上交错设置，形成类似于“X”形结构。
优选地，形成两个菱形的第二区域16的至少两条边之间分别通过圆弧过渡。具体而言，如图5-图8所示，第三切边13包括两组第三直线段13B，每组第三直线段之间连接有第三弧形段13A，第四切边14包括两组第四直线段14B，每组第四直线段之间连接有第四弧形段14A。在一些进一步的优选示例中，形成两个菱形的第二区域16中的至少一条边向内凹入或向外凸出以形成弧形边，如图5所示。
根据本发明的一些实施例，第一切边11至第四切边14沿横向方向的宽度均相等，如图3a-3b、9a-9b、以及12a-12b所示。优选地，第一切边11的延伸方向与横向方向之间的角度为5-175度。也就是说，所述横向方向与平行于第一切边11和第二切边12的参考平面之间的夹角为5-175度。
根据本发明实施例的层件，提高了传质效率，而且降低了压降，可以增加填料的处理能力。
根据本发明第二方面实施例的一种填料体300，包括多个根据本发明上述实施例的用于填料体的层件100，多个层件100沿厚度方向彼此平行地排列，如图13所示，且相邻层件的中央通道的延伸方向交叉。
根据本发明第三方面实施例的一种塔器，包括：器体200，器体内具有多个上述实施例中所述的填料体300，用于气液/液液等流体流动并接触，以进行传质或传热。多个填料体300沿流体的流动方向排列布置在器体200内，其中每个填料体300中的中央通道30的延伸方向与流体的流动方向之间的夹角范围为0-180度，每相邻的两个填料体中的层件100的纵向方向交叉。具体而言，如图13所示的示例中，示出了两个上下相邻的填料体300a、300b，其中填料体300a的纵向方向与填料体300b的纵向方向交叉。
可选地，同一填料体中每相邻的两个层件100中的中央通道30的延伸方向与流体的流动方向之间的夹角大体相等。例如图13所示的塔器中，流体的流动方向为器体200的轴向方向，即上下方向。也就是说，填料体300中的层件100a的中央通道30的延伸方向即其横向方向，而相邻层件100b的中央通道的延伸方向即其横向方向，其中层件100a的横向方向和层件100b的横向方向分别相对于流体流动方向的倾斜方向相反且夹角相等。
根据本发明第三方面实施例的一种混合器，包括：器体，器体内具有至少一个上述实施例所述的填料体用于流体混合，图未示出，其中流体沿相同方向流过填料体的中央通道30和侧向通道40。
根据本发明实施例的塔器和混合器的其他构成对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于填料体的层件，其特征在于，所述层件由被变形的片状件构成，所述层件包括：
至少一个板壁组件，所述至少一个板壁组件沿纵向方向排列，且相邻的板壁组件通过沿横向方向延伸的连接板连接，其中，所述板壁组件内限定出沿横向方向延伸的中央通道，所述板壁组件与所述连接板之间限定出与所述中央通道平行的侧向通道，所述板壁组件包括至少一个板壁单元，所述至少一个板壁单元沿所述横向方向依次排列，所述板壁单元包括：
第一切边和第二切边，所述第一切边和所述第二切边相互平行并在横向方向上错开，且在厚度方向上分别位于所述连接板的两侧；
第三切边和第四切边，所述第三切边和所述第四切边在横向方向上错开且平行地位于所述第一切边和所述第二切边之间，且在所述厚度方向上分别位于所述连接板的两侧，在所述厚度方向上，所述第三切边和所述第二切边位于所述连接板的同一侧，所述第四切边和所述第一切边位于所述连接板的同一侧；
其中，所述第一切边和所述第二切边在平行于所述第一切边和第二切边的参考平面上的投影共同限定出第一区域，所述第一区域形状为大体菱形、大体圆形或椭圆形；
所述第三切边和所述第四切边在平行于所述第一切边和第二切边的参考平面上的投影共同限定出的第二区域形状为两个菱形，所述两个菱形之间通过连接边连接；
所述第一切边的延伸方向与所述横向方向之间的角度为5-175度；
所述第一至第四切边沿横向方向的宽度均相等。
2.根据权利要求1所述的层件，其特征在于，所述两个菱形的至少两条边之间通过圆弧过渡。
3.根据权利要求1所述的层件，其特征在于，所述两个菱形的至少一条边向内凹入或向外凸出以形成弧形边。
4.根据权利要求1所述的层件，其特征在于，形成所述层件的所述片状件为金属片、塑料片、陶瓷片或金属丝网。
5.一种填料体，其特征在于，包括多个根据权利要求1-4中任一项所述的用于填料体的层件，所述多个层件沿所述厚度方向彼此平行地排列，且相邻层件的所述中央通道的延伸方向交叉。
6.一种塔器，其特征在于，包括：
器体，所述器体内具有多个根据权利要求5所述的填料体用于气液/液液流体流动并接触，以进行传质或传热，所述多个填料体沿所述流体的流动方向排列布置在所述器体内，其中每个填料体中的所述中央通道的延伸方向与所述流体的流动方向之间的夹角范围为0-180度，每相邻的两个填料体中的层件的纵向方向交叉。
7.根据权利要求6所述的塔器，其特征在于，同一填料体中每相邻的两个层件中的所述中央通道的延伸方向相对于所述流体的流动方向的倾斜方向相反且夹角大体相等。
8.一种混合器，其特征在于，包括：
器体，所述器体内具有至少一个根据权利要求5所述的填料体用于流体混合，其中所述流体沿相同方向流过所述填料体的所述中央通道和所述侧向通道。
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