CN106111045B - 带有规整填料的物质交换设备 - Google Patents

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Abstract

一种吸收器或解吸器包含用于规整填料的第一层(10)，第一层(10)具有波形的轮廓，其中，通过该波形的轮廓构造多个敞开的通道(12,14,16)，其中，通道包括第一波谷(22)、第一波峰(32)以及第二波峰(42)。第一波峰(32)和第二波峰(42)限制第一波谷(22)，其中，第一和第二波峰具有第一顶部(33)和第二顶部(43)。在第一波峰(32)的第一顶部(33)上构造有在第一顶部(33)的方向上延伸的凹口(34)。第一波谷(22)具有谷底(23)，其中，凹口(34)的至少一个点到波谷(22)的谷底(23)的垂直间距(27)小于第一顶部(33)到波谷(22)的谷底(23)的垂直间距(28)。

Description

带有规整填料的物质交换设备
技术领域
本发明涉及一种规整填料(strukturierte Packung)以及一种包含这种类型的规整填料的物质交换设备(Stoffaustauschapparat)，例如吸收塔(Absorptionskolonne)或解吸塔(Desorptionskolonne)。
背景技术
在商业通用的实施形式中，规整填料实施成折叠(falten)的连续布置的金属片(Blech)，其结构具有倾斜的且重复地交叉的通道(Kanal)。这些通道正面地影响在填料之内的气相和液相的流动，并且有利于在相之间的物质传输(Stofftransport)。也就是说，在填料的通道中，将气相和液相引入接触中，并且由此有利于在相之间的物质传输。
为了提高规整填料的分离能力(Trennleistung)，通常增大规整填料的表面，这大多数通过更大的层数量和/或更窄的通道几何结构实现。然而这些措施导致在规整填料中的压力降增大。但是由此导致，为了减小压力降必须设置更小的填料表面，由此损害分离能力，即填料的效率。此外，可设置敞开的交叉通道。敞开的交叉通道意味着，更小地选择通道相对于主流动方向的倾斜角度。这意味着，根据应用情况必须找到在压力降和尽可能好的分离能力之间的最佳值。
然而，交叉的通道具有多个接触部位，其在一些应用中正面地起作用，在其它应用中也可负面地起作用。
在流动的液体的方向上观看，在接触部位的下游可形成死区，与位于规整填料上的剩余的液体相比，在该死区中液体以更小的程度参与物质交换。从文件US 6,378,332 B1中已经已知该现象，在该文件中描述了用于低温(kryogen)精馏(Rektifikation)的填料，其应减小这种死区的出现。根据文件US 6,378,332 B1的解决方案在于，在层之间通过每个单个层的交替地高的和不太高的折叠部减少接触部位的数量。
由此，从文件US 6,378,332 B1中已知这样的精馏方法，即，在其中使用这样的规整填料，即，其具有这样的交叉通道结构，也就是说由成波形(wellen)的或折叠的金属片制成，金属片以交叉的方式相叠地放置。邻近的金属片沿着波峰或棱边触碰(berühren)。在折叠的金属片之间，易挥发的流体、尤其地气相可在逆流中流向难挥发的流体、尤其地液相，其中，可发生物质交换。在文件US 6,378,332 B1中显示出一种方法，用于减少在两个邻近的金属片之间的接触点的数量。为此设置成，如此改变波峰或棱边的高度，即，每个金属片的波峰或棱边的仅仅一部分还具有最大的高度。由此，金属片仅仅沿着带有最大的高度的波峰部或棱边彼此触碰。
根据文件US 6,378,332 B1提出的填料的缺点在于其不充足的机械的稳定性。此外，由于部分不太高的折叠部未优化地利用几何的交换面填充通过填料填充的体积，也就是说，该结构上的设计方案伴随有物质交换面的损失。
发明内容
因此，本发明的目的为提供这样的规整填料，即，在接触点数量相同或更少时其具有改善的稳定性。
本发明的另一目的在于，尤其地在液态侧受控的吸收器(Absorber)或解吸器(Desorber)中改善物质交换。
解决方案在于这样的吸收器或解吸器，即其包含用于规整填料的第一层。用于规整填料的第一层具有第一波形的轮廓(Profil)，其中，通过该波形的轮廓构造多个敞开的通道。通道包括第一波谷、第一波峰以及第二波峰，其中，第一波峰和第二波峰限制第一波谷，其中，第一和第二波峰具有第一顶部(Scheitel)和第二顶部。在第一波峰的第一顶部上构造有在第一顶部的方向上延伸的凹口(Einbuchtung)，其中，第一波谷具有谷底(Talgrund)，其中，凹口的至少一个点到波谷的谷底的垂直间距(Normalabstand)小于第一顶部到波谷的谷底的垂直间距。
此外，设置有第二层，其中，第二层具有第二波形的轮廓，其中，如此布置第一层和第二层，即，第一层的通道与第二层的通道交叉(kreuzen)。第一层和第二层处于触碰的接触中，其中，该触碰的接触在凹口中的每一个的区域中中断。
由此，通过凹口实现用于液体流动的引导的附加的可能性、以及接触部位的这样的布置方案，即，其使填料表面的最大的液体湿润成为可能。
根据一种优选的实施形式，在第二顶部上布置有第二凹口。备选地或补充地，可在第一谷底上布置第三凹口。显然，可在层上设置多个第一、第二或第三凹口。
每个层可包括第一边缘限制部(Randbegrenzung)以及第二边缘限制部，其中，第一边缘限制部布置成基本上平行于第二边缘限制部。尤其地，在第一边缘限制部和第二边缘限制部之间可布置多个凹口。
为了在相同或更小数量的接触点的情况下改进稳定性，层具有波形的轮廓，其中，波高度基本上恒定。
根据一种优选的实施例，顶部的至少一部分构造成棱边和/或波谷的至少一部分构造成V形。
由此，规整填料包括根据前述实施例之一的第一层和第二层，其中，第二层具有与第一层相同的波形的轮廓，其中，如此布置第一层和第二层，即，第一层的通道和第二层的通道交叉。第一层和第二层处于触碰的接触中，优选地，通过第一层的波峰的顶部与第二层的波谷的顶部触碰。
凹口可布置在第一和第二层中的每个上。通过凹口中断第一层和第二层的接触。
根据本发明的填料由这样的结构化的层组成，即，其折叠全部相同高。由此保证了填料的高的稳定性，尤其地在带有大的直径的塔中该稳定性尤其重要。根据本发明，通过引入凹口实现单个层的交叉点数量的减小。这些凹口可构造成透镜形的凹陷部(Delle)，可例如通过层的顶部的塑性的变形施加该凹陷。在折叠的填料层的一定的部位处施加凹口，并且由此填料层可以特定的间距且在特定的部位处彼此分离。
备选地，可通过设置空腔(在空腔中可安装插入元件(Einsatzelement))将凹口设计到填料层中。
此外，凹口的至少一部分在这样的长度上延伸，即，该长度为顶部的长度的直至75%。有利地，凹口布置在第一或第二边缘限制部中的至少一个之内，以使得边缘区域构造成用于填料的提高的形状稳定性。
可通过突起部(Erhebung)中断凹口中的每一个。可以与第二层的凹口至少部分地相叠的方式布置第一层的凹口。
凹口可包括中间突起部，尤其地当凹口延伸了直至顶部的长度的75%时。中间突起部可位于邻近的层的顶部上或布置成与该顶部成间距。
层的每一个可包含孔。这种类型的孔可使气体和/或液体穿过到邻近的层上更容易。这种类型的孔可布置在折叠部的壁区域中、在波峰或波谷的顶部上或也可布置在凹口的区域中。
根据一种可能性，通过变形方法与层的制造一起制造凹口。由此，可以最小的过程步骤数量实现层的制造。此外，凹口可在特定的部位(例如填料层的上棱边和下棱边)处通过压入(Eindrücken)、压印或深拉伸从金属片中加工出来。在相叠地放置单个的层时，通道分别在凹口的区域中不触碰。在边缘区域的至少每两个中，或者在层的上棱边和下棱边处或者在层的侧棱边处不存在凹口，从而存在足够的接触部位，以使得将邻近的层彼此保持在通过波高度定义的间距中。通过在边缘区域的每一个之内设置多个凹口，引起接触部位的显著减少以及湿润的填料表面的最大化与此同时稳定单个层且由此同样稳定由多个层组成的填料体。
即使在限制敞开的通道的顶部上存在凹口时，邻近的填料层的间距也保持恒定。顶部既可理解为波峰也可理解为棱边，即，这样的顶端，即，通过通道的两个邻近的侧面构造该顶端。
为了清洁易挥发的流体、尤其气体，在多个顺序地进行的部分步骤中进行物质交换。包含在气体中的必须分离的组分通过对流和扩散被输送到相对于液体的边界面处。紧接着组分必须经过边界面并且被容纳在液体中。为了可改善物质交换，有利的是，设置尽可能大的用于液体的物质交换面。
本发明的另一目的在于，如此选择接触点的布置方案，即，通过接触点实现物质交换的最小化的变化。
尤其地，在根据前述实施例之一的装置中，接触点以增多的方式布置在第一层的边缘区域中。与背景技术(根据背景技术，力求接触点的始终均匀的分布，但是减少接触点的数量)相比，在本发明中可取消在填料的表面上的接触点的均匀分布。因此，如果接触部位更紧密地位于一起，则在接触部位之后流动收缩引起回流，由此减小在接触部位之后的未湿润的面。因此，得到带有较少的未湿润的面的较少的接触部位，并且在总数上得到未湿润的填料表面相对于整个填料表面的最小的比例。
根据装置的一种有利的实施例，在层的每一个上存在多个凹口。在这种情况中，相同地构建所有层，这减少制造成本。在这种形式中，通过连续地折叠带，可连续地制造层，在此期间也可产生凹口。将折叠的且设有凹口的带切割到期望的尺寸。已切割的带部分产生层，其中，反转每个第二层，以使得当层以邻近的方式彼此重叠地放置时产生层的交叉的布置方案。
一种物质交换设备、尤其地塔可包括根据前权利要求中任一项的规整填料。
一种用于清洁在包含规整填料的物质交换设备中的流体的方法包括以下步骤：将难挥发的流体输送到物质交换设备；输送的难挥发的流体分布在填料的表面上；将易挥发的流体输送到物质交换设备中输送到流体进入区域；在气体进入区域中的易挥发的流体分布到填料的表面上，其中，易挥发的流体在相对于液体的逆流中流动；收集易挥发的流体，该易挥发的流体在流体离开区域中离开填料，其中，规整填料包含第一层和第二层，其中，第一层和第二层具有带有恒定的波高度的波形的轮廓，其中，通过波形的轮廓构造敞开的通道，其中，第一层的通道与第二层的通道交叉，其中，易挥发的流体通过通道从流体进入区域在流体离开区域的方向上流动，其中，难挥发的流体包围流动通过通道的易挥发的流体，并且沿着通道壁流动。第一层与第二层通过波峰的顶部处于触碰的接触中，以使得在通过通道形成的物质交换面上进行在易挥发的流体和难挥发的流体之间的物质交换。
通过使用凹口以及接触部位的布置方案，使在物质交换设备中的填料表面的最大的液体湿润成为可能。
优选地，由结构化的层组成填料，其折叠部全部相同高。由此，产生填料的高的稳定性，尤其地在带有大的直径的塔中该稳定性尤其重要。根据本发明，通过将凹口引入两个邻近的层的至少每一个的波峰的顶部处，减少在单个层之间的交叉点数量。
附图说明
下面根据图纸解释本发明。其中：
图1显示了包括多个填料层的根据本发明的装置的视图，
图2a显示了穿过根据本发明的两个邻近的填料层的截面图，
图2b显示了根据本发明的带有成波形的轮廓的两个邻近的填料层的视图，
图3显示了在说明难挥发的流体的流动路径的情况下的传统的填料层的图示，
图4显示了根据按照背景技术的解决方案的节点的图示，
图5显示了根据本发明的第一实施例的节点的图示，
图6显示了根据本发明的另一实施例的节点的图示，
图7a以透视图显示了在层上的根据本发明的凹口的布置方案的变型方案的图示，
图7b显示了在折叠部的方向上的根据图7a的层的视图，
图8a显示了在横向负载下的根据背景技术的填料的变形的图解，
图8b显示了在横向负载下的根据本发明的填料的变形的图解，
图9显示了作为用于本发明的应用示例的吸收设备的图示，
图10显示了用于气体侧受控的吸收系统或解吸系统所用的NTUM值的测量值，
图11显示了用于液体侧受控的吸收系统或解吸系统所用的NTUM值的测量值。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的包括规整填料7的几个层的装置1，这些层形成了填料体。规整填料7理解为用于在两个流体的相之间的物质交换的介质。规整填料7使用在物质交换设备2中。物质交换设备可尤其地实施成塔5，其可用于吸收或解吸。
规整填料7由多个层组成，其彼此处于有规律地重复的几何关系中。可选择邻近的层的间距作为用于该几何的关系的示例。根据该几何的关系，邻近的层彼此的间距可周期性地采取相同值，从而从层的总和中得到这样的结构，即，其特征在于相同的或至少周期性相同的间距。该周期性发生在整个的规整填料中，由此填料包含有规律的结构。尤其地，该结构可构造成波形的轮廓。
与此相反地，散装填充体填料(Schüttfüllkörperpackung)由散装填充体组成，也就是说，由相同的几何的结构的元件组成，但是其中，每个散装填充体相对于邻近的散装填充体可具有任意的间距，由此不可识别该间距的周期性。散装填充体作为倾倒物(Schüttung)被引入塔中。其在塔底部上形成堆积(Haufwerk)。该颗粒的特征在于单个散装填充体的随机布置。
根据图1的层由薄壁的元件组成，该元件具有波形的轮廓。波形的轮廓的特征在于，突起部(即波峰)和谷形的下沉部(即波谷)的周期形地重复的序列(Folge)。该波形的轮廓可尤其地构造成带有具有朝向尖端伸延(zulaufen)的棱边的锯齿轮廓(Zick-Zackprofil)的折叠部。如此相对于彼此布置层，即，两个邻近的层的波形的轮廓以一定的角度相对于主流动方向倾斜。以彼此交叉的方式布置邻近的层的波形的轮廓。
图2a显示了根据图1的规整填料7的两个邻近的层10,100。第一层10布置成邻近第二层100。尤其地，第一层10和第二层100可包括由金属片或金属织物制成的元件，但是此外备选地，也可包括由塑料或陶瓷制成的元件。在此，元件可包括整个的层，但是或者，也可仅仅形成层的一部分。元件可具有板的形状，其包括波形的轮廓，尤其地锯齿形轮廓或带有倒圆的顶端和谷底的波形的轮廓。元件可具有由塑料或陶瓷制成的覆层，以使得层相对于化学的影响(例如腐蚀)或热的影响(例如温度)或机械的影响(例如压力)的稳定性更强。
在图2a中，在这样的视图中示出了第一层10和第二层100，即，该视图显示了填料7的第一表面8的区段。填料7的第一表面8布置成基本上垂直于(normal)主流动方向6。将这样的流动方向称为主流动方向6，即，在该流动方向中，易挥发的流体、尤其地气体在不带安装部(Einbauten)的塔中向上、即在塔5的头部的方向上流动。此外备选地，也可将相反的方向定义为主流动方向。在这种情况中，主流动方向相应于这样的方向，即，在该方向上难挥发的流体(也就是说大多数情况液体)流经不带安装部的塔(即在自由的情况中)。在填料中，该流动方向局部地与主流动方向不同，因为，通过填料的层使流动转向。
规整填料7的第一层10具有波形的轮廓，其中，通过波形的轮廓构造多个敞开的通道12,14,16。通道包括第一波谷22、第一波峰32以及第二波峰42。第一波峰32和第二波峰42限制第一波谷22。第一波峰32和第二波峰42具有第一顶部33和第二顶部43。在第二波峰42的第二顶部43上构造有在第二顶部43的方向上延伸的凹口44。第一波谷22具有谷底23。第一波谷22具有谷底23，其中，凹口34的至少一个点相对于波谷22的谷底23的垂直间距27小于第一顶部33相对于波谷22的谷底23的垂直间距。
在第一波峰32的第一顶部33和第一波谷22的谷底23之间的垂直间距称为波高度28。相应地，波高度28大于垂直间距27。在根据本发明的层中，波高度28尤其地基本上恒定，也就是说，其位于通常的在0.5mm的范围内的公差的范围内。
在第一顶部33上也可布置第一凹口34。可选地，也可在第一谷底23上布置第二凹口24。
规整填料7的第二层100具有波形的轮廓，其中，通过该波形的轮廓构造多个敞开的通道112,114,116。通道包括第一波谷122、第一波峰132以及第二波峰142。第一波峰132和第二波峰142限制第一波谷122。第一波峰132和第二波峰142具有第一顶部133和第二顶部143。在第一波峰132的第一顶部133上构造有在第一顶部133的方向上延伸的凹口134。在第二波峰142的第二顶部143上构造有在第二顶部143的方向上延伸的凹口144。第一波谷122具有谷底123。与第二波峰142的第二顶部143距波谷122的谷底123的垂直间距相比，凹口134和凹口144具有距波谷122的谷底123的更小的垂直间距。顶部的至少一部分可构造成棱边。波谷的至少一部分可构造成V形。根据图2a，对于层的所有波峰，在谷底和顶部之间的垂直间距基本上为相同的。
图2b显示了带有波形的轮廓的规整填料的两个邻近的层，根据该轮廓，顶部不形成尖的棱边，而是实施成圆形。其它可参考图2a的描述。
图3显示了接触部位的布置对层(例如在图2a或2b中所示出的填料的层10)的表面的可湿润性的影响。层10覆盖不可见的因为位于绘图平面之后的层100。在层10中示例性地显示了第一顶部33、第二顶部43以及位于其间的谷底23。第一顶部和第二顶部33,43以及谷底23形成折叠棱边。顶部33,42位于谷底123上，谷底123属于层100。显然，层10和层100中的每一个分别包含多个其它顶部和谷底，未详细绘出这些顶部和谷底，因为其与绘出的顶部和谷底没有区别。在图3中，与属于谷底的线相比，更粗地绘出属于波峰的顶部的线。此外，设置长虚线用于第二层100的波峰的顶部，以及短虚线用于层100的谷底。在层10的谷底和层100的顶部相遇的点处产生接触部位48，在图3中以圆圈标记出接触部位48。在所显示的两个层10,100中，接触部位均匀地分布在整个表面上。
从图3中可看出，接触部位非常密集地位于一起，由此得到未湿润的表面的非常多的小的区域46，并且由此得到未湿润的表面相对于总填料面的相对大的份额。在图3中仅仅显示出唯一的区域46，箭头47代表难挥发的流体的流动。
图4显示了这样的情况，即，在该情况中例如通过层的折叠减少接触部位，如在文件6,378,332 B1中提出的那样。虽然总地得到明显更少的未湿润区域46，但是为此由于借助于箭头47代表的难挥发的流体的流动得到更大的未湿润的区域46。在该实施方案中，使液体流动进一步偏转。在总数中再次得到在层10的总表面处的未湿润的表面的大的份额。在图8a中还将以细节涉及根据图4的层的几何的形状。
图5显示了根据本发明的在两个邻近的层10,100之间的接触部位48的布置方案。层100布置在层10之后。在图示方面参考图3。在层10的表面方面，接触部位的数量减小。尤其地，接触部位不均匀地分布在表面上。
相反地，如果少的接触部位更窄地位于一起，流动收缩引起在接触部位之后的回流，由此再次减小在接触部位之后的未湿润的面。因此，得到带有更小的未湿润的面的少的接触部位，并且在总数上得到未湿润的表面相对于层的总表面的最小的比例。
层10包括第一边缘限制部50以及第二边缘限制部60，其中，第一边缘限制部50布置成基本上平行于第二边缘限制部60。在层的垂直的取向中，边缘限制部50展开上边界面，并且第二边缘限制部60展开下边界面。此外，层10包括第一边缘限制部51和第二边缘限制部61。在层的垂直的取向上，第一边缘限制部51和第二边缘限制部61在邻近物质交换设备、尤其为塔的内壁的填料中伸延。这样的间隙联接到上边界面或下边界面中的至少一个处，即，至少另一填料邻接到该间隙处。
接触部位48布置在第一和/或第二边缘限制部50,51,60,61的附近。邻近的层触碰到该这些触部位处。在边缘限制部附近的这些接触部位之间通过设置凹口至少部分地避免其它接触部位。多个凹口(其可具有与根据图2a或图2b的第一、第二或第三凹口24,34,44中之一相同的结构)可布置在第一边缘限制部50,51和第二边缘限制部60,61之间。
显然，凹口也可位于第一和第二边缘限制部的至少每一个附近。
此外，在图6中示出另一变型方案，在其中，接触部位不是并排地而是相叠地布置。在此，在接触部位处向下的液体流动也引起在接触部位之间的未湿润的面的最小化。
在图7a以透视图显示了根据本发明的层10的视图。图7b为在折叠的方向上的根据图7a的层的视图。所属的规整填料1包括第一层10和第二层100，其中，优选地，第二层100具有与第一层10相同的波形的轮廓。如此布置第一层10和第二层100，即，第一层10的通道与第二层10的通道交叉。第一层10和第二层100通过第二层100的与第一层10的波峰相对的波谷的顶部处于触碰的接触中。第一和第二顶部33,43,133,143位于第一和第二层10,100的每一个上。优选地，与在图5或图6中相同地布置形成触碰点的第一和第二顶部33,43,133,143。在图中，利用圆圈示出触碰点。在不存在圆圈的部位处不出现触碰点而出现凹口。
出于简单性原因，在图7a和图7b中未以图纸的方式示出第二层100。第一层10的凹口24,44在至少一个点中具有相对于第二层100(在图7a和图7b中布置在之上)的波谷的未示出的第一和第二顶部的间距。优选地，如此布置位于第一边缘限制部50附近的凹口44，即，其构造成在层10的第一侧11上的凹入部。布置在第一边缘限制部50和第二边缘限制部60之间的凹口24构造成在层10的第二侧13上的凹口。层10的第一侧11布置成与第二侧13相对，并且形成层的相应一个表面。
尤其地，在第一和第二层10,100的垂直的取向中，凹口可布置在彼此之下。此外，备选地或以组合的方式，在第一和第二层的垂直的取向中，凹口可并排布置。
沿着层10,100的顶部也可布置其它凹口，其不必或不必仅仅构造成凹陷部。这种类型的凹口可包括空腔，在该空腔中包含带有相对于邻近的层的顶部具有间距的轮廓的插入元件。如此设计该轮廓，即，其至少局部段地不超过垂直的折叠高度。折叠高度理解为在波峰和邻近的波谷之间的间距。当波峰在其顶部处具有有限的(endlich)弯曲时，该间距定义为两个平行于彼此的顶部点切线的垂直间距。当弯曲为无限的时，也就是说顶部是尖的并且由此最高点不具有明确地确定的切线时，通过最高点设定这样的平面，即，其包含层的侧边的所有顶部点。同样通过波谷的最深的点设定这样的平面，即，其包含波谷以及其它波谷的所有点。两个平面应彼此平行。由此，折叠高度为在两个平面之间的垂直间距。
根据前述实施例中之一的凹口在顶部或棱边的一部分上延伸。可从用于层的坯件(例如填料金属片)中通过变形(即压入、压印或深拉伸)制造凹口。有利地，凹口单侧地布置在折叠的波峰或波谷的顶部上。
该布置方案的优点在于，可以无限长的方式制造坯件。可由带材料制成这种类型的坯件，例如这种类型的坯件可构造成板形的金属片。紧接着，从带材料中切割出确定的长度的区段。例如通过弯曲方法将该区段转变成波形的轮廓。此外备选地，应用这样的带材料，即，其已经具有波形的轮廓。之后，带有波形的轮廓的已切割的区段形成层。在弯曲过程期间可为波形的轮廓叠加变形过程，以使得在弯曲过程期间制造凹口。再次通过反转每个第二波形的轮廓以匹配的方式相叠地放置第一层10和第二层100。在所有层之间存在至少一排在上和下边缘限制部附近的和/或在侧向的边缘限制部附近的凹口。
优选地，凹口的深度在层高度的10%至30%的范围中，从而在刚好该值范围中的单个层之间得到间隙。对于含水的系统，该间隙为最小1.5mm。更窄的间隙可为不利的，因为液体、尤其地水可粘附在两个邻近的棱边之间，可保留在该处并且可形成液体桥(Flüssigkeitsbrücke)。
在图8a中示出了根据已知的带有不同高度的折叠以用于减少接触部位的结构形式的层。该结构形式的缺点在于，在对上侧和下侧进行加载时压紧(zusammenstauchen)层，其中，箭头20,21指出力的方向，在该方向上将层压紧。折叠包括第一顶部65以及第二顶部85以及位于之间的波谷75。第一和第二顶部65,85可与未示出的邻近的层接触。形成折叠部的中间波谷66和中间波峰67位于第一顶部65和谷底75之间。中间波谷66具有中间谷底68，并且中间波峰67具有中间顶部69。在中间谷底68和中间顶部69之间的垂直间距70小于在顶部65和谷底75之间的垂直间距71。在图8a中显示的实施例中，垂直间距70约为垂直间距71的一半。由此，通过中间波谷66和中间波峰67形成半高的折叠。半高的折叠用作变皱区(Knautschzone)，并且可使半高的折叠变形。通过该变形一方面不可建立稳定的填料体，另一方面不可实现遵守填料的固定的层高度。层高度相应于之前定义的垂直间距71。
通过根据本发明的结构形式可避开该问题。如图8b显示的那样，在每个折叠上的带有凹口的层可更少地被压缩，并且由此可在上侧和下侧上层可经受更高的负载。这使稳定的填料体的结构成为可能，并且保证基本上恒定的层高度以用于获得特定的填料表面。
此外，凹口的表面可供物质交换使用。这意味着，不仅与背景技术相比，而且与传统的填料(其具有带有恒定的波高度的波形的轮廓的交叉的层)相比可期待在物质交换面方面获益。
图9显示了吸收设备90。吸收设备90包括两个物质交换设备，吸收器91和解吸器92，其尤其地实施成塔。在吸收设备中，在吸收器91中从气流中分离一种或多种组分。为此，应用液态的溶剂或吸收介质。在解吸器92中，使溶剂或吸收介质净化不带有容纳的组分。
吸收和精馏均为分离方法，以用于从当前的使用流(Einsatzstrom)93中分离出一种或多种组分。应用精馏方法，以用于基于单个组分的不同的沸点分离液体混合物，其中，精馏理解为连续的蒸馏，其尤其地包括多个分离阶段。相反地，在吸收时，借助于合适的溶剂或吸收介质94从气流中吸收一种或多种组分，并且由此将其从气流中分离。由此，吸收器91的塔顶产物(Kopfprodukt)为已清洁的气流95。吸收器91的塔底产物(Sumpfprodukt)96为加载有该一种或多种组分的吸收介质或溶剂。出于经济性、能量的或生态的原因，可为有意义的是，清洁吸收介质或溶剂，并且再次将其作为已清洁的溶剂或吸收介质94重新输送到吸收器处。在解吸器92中进行吸收介质或溶剂的清洁。加载的吸收介质或溶剂，即，吸收器的塔底产物96形成解吸器的使用流。根据图10，该使用流作为液体进给到解吸器中。解吸器92可包含根据前述实施例中的一个的一个或多个填料。加载的溶剂或吸收介质在解吸器的塔底(Sumpf)95的方向上流动。在塔底中使吸收介质或溶剂至少部分地蒸发，为此设置塔底蒸发器98。在塔底蒸发器中蒸发的吸收介质或溶剂包含待分离的组分，并且在塔中的上升期间容纳来自加载的吸收介质或溶剂的在塔底的方向上流动的使用流的待分离的组分。由此，在解吸器中产生气态的部分流99，其富含有待分离的组分。或者可以热的方式(也就是说通过冷凝)或者通过其它置于之后的分离步骤将待分离的组分与气态的部分流99分离。
此外备选地或补充地，当相对于吸收器解吸器在较低的压力下运行时，可设置去降压装置，或者当相对于吸收器解吸器在较高的压力下运行时，可设置压缩装置。
通常，在精馏时由于塔底相对于头部的温度差在两个方向上进行在气体和液体之间的物质传输。难蒸发的流体从气态的相中液化并且在液体中被吸收，并且，易挥发的流体从液态的相中蒸发到气态的相中。在吸收时，仅仅在一个方向上进行物质传输，在此，由液体吸收气体。
但是，现在在精馏和吸收之间的区别在于，在精馏时气体流和液体流相互耦合，相反地在吸收时，可彼此独立地调整两个流：在精馏时蒸发一定量的液体，并且其在塔的塔头部的方向上向上升起。全部的蒸气在塔头部处液化，并且至少部分地再次作为液体流被引导回到塔中。相应地，最大可设想的液体量为到达塔头部处的全部液化的蒸气量。如果在塔底中较多的液体蒸发，则同样较多的液体可回流。就此而言，两个流相互耦合并且物质传输决定性地取决于蒸气流。因此，通常在气体侧控制精馏应用。
与此相反地，在吸收应用中可借助于泵和鼓风机调整不同的运行条件：可将大的吸收介质流与相对小的气体流引入接触或反之亦然。此外，吸收介质可以不同的方式与气体组分相结合(binden)：以物理的方式、通过化学反应或既以物理的方式又通过化学方式。在此，用于一定的气体组分的吸收介质或溶剂的选择以及在气体和液体中的浓度对于以下是决定性的，即，是在气体侧还是在液体侧控制物质传输。
为了检验根据本发明的填料的可用性，制造了填料的样件(Prototyp)，其包含根据本发明的凹口以用于减少接触点的数量。在研究的情况中，通过凹口产生的在两个顶部点之间的间距为2.5mm。对于样件，接触部位的数量从37500m-3减少到18000m-3，由此相对于背景技术，在相同的205m2/m3的总表面积的情况下接触部位的数量减少约50%。
将该样件与带有相同的几何面的例如根据CH398503的不带凹口的已知的填料相比较。在样件中，通过凹口减少了接触部位的数量。此外，将沿着交叉通道流动的气体部分地作为分支流通过凹口导引到邻近的交叉通道中。然而，在样件中，由于改变的气体流动，可预料减小的分离效果。
首先在带有300mm的内直径的吸收塔中试验以上提及的样件。在此，利用水从空气中吸收异丙醇。在此，涉及主要气体侧受控的系统，与精馏相似。如预料的那样，对于样件测得较少的过渡单元数量或NTUM(每米的传输单元数量)，这在图10中作为第一系列的测量点52,53,54的示出。NTUM数量越大，填料在物质过渡方面效率更高。该图示示例性地显示了用于根据CH398503的填料和根据本发明的填料的对于选择为1.5Pa0.5的F因数的NTUM。改变液体负载L。F因数为用于在空的塔中的平均气体速度乘以气体密度的方根的指标(Mass)。F因数与气体的动能成比例。用于根据CH398503的已知的填料的测量点55,56,57显示出比用于根据本发明的填料的测量点52,53,54更大的NTUM。
因此，到目前为止的发现指出，虽然根据本发明的填料利用减少的接触部位减小压力损失，但是附加地也导致分离能力的降低，这可从图10中根据较低的NTUM值看出。因此，这种填料对于吸收和精馏来说看来好像没有好处(Nutzen)，并且由此基本上与在文件US 6,378,322 B1中介绍的显然对于精馏有利的填料不同。
出人意料地，从其它试验中得到，存在这样的物质系统，即，对于该物质系统根据本发明的填料得到分离能力的改善。第二试验的物质系统为利用含水的氢氧化钠溶液(NaOH)从空气中吸收CO2，其中，以化学的方式结合CO2。图11显示了用于带有用于约10至80m3/m2h的液体负载的试样的系统的测量点，其中，用于试样的测量点58,59,63,64,72,73,74具有比用于已知的填料的测量点78,79,83,84,86,87,88更高的NTUM值。如图11显示的那样，尽管改变的气体流动，根据本发明的带有减小的接触部位数量的试样的填料导致与参考填料至少同样好的分离能力。这意味着，在某种系统中，实际上可通过减少接触部位和接触部位的合适的布置改善分离能力。同样，通过使用根据本发明的填料可避免压力损失。图11的下方的曲线101显示了在1.5Pa0.5的F因数时在增加带有难挥发的流体的物质交换设备的负载时，用于根据文件CH398503的市场通用的规整填料的NTUM，其中，在X轴上以m3/m2h表示负载L。与此相比，图11的上方的曲线102显示了用于根据本发明的规整填料的NTUM。在相同的负载L时对于所有考虑的测量点得到，在使用带有凹口的填料的情况下的NTUM大于对于不带凹口的填料的NTUM。
在其中根据本发明的填料具有优点的系统主要用在废气的吸收的处理(Aufbereitung)中，在其中应借助于反应性的含水的溶液从废气流中提取有问题的组分。在此，作为示例的是借助于含水的吸收介质(其可包含有机的或无机的碱性(basisch)物质，例如MEA(单乙醇胺)或碳酸钾)从发电装置废气中吸收有害环境的CO2。
因此，为什么在某种应用中接触部位的减少导致更好的吸收能力的假设的内容是：通过所使用的液体的不良的湿润特性在填料层上的接触部位之后形成这样的区域，即，完全不由液体湿润该区域。由此，液体不可在整个周缘上湿润全部表面。在接触部位处防止液体继续流动，截住液体并使其朝向侧向偏转。类似地，也可确定的是，水作为膜在平的面上向下流并且突然通过引入的对象(例如放置到平面上的指部)干扰该流动。在该对象之后膜流动裂开并且产生干燥的未湿润的面，当从流中移除该对象时才再次湿润该面。在这样的吸收应用(即，在其中由于根据本发明的改变产生的恶化的气体流动对分离能力没有负面影响)中，得到改善的分离能力。在异丙醇从空气到水中的系统(气体侧地控制该系统)中，填料面的湿润度几乎对物质交换无影响。相反地，改变的气体流动不利地作用于物质交换。在液体侧地受控的系统(如CO2从空气到NaOH中)中填料面的完全的湿润引起NTUM的提高。

Claims (11)

1.一种吸收器或解吸器，包含用于规整填料的第一层(10)，所述第一层(10)具有第一波形的轮廓，
其中，通过所述第一波形的轮廓构造多个第一敞开的通道，
其中，所述多个第一敞开的通道中的一个包括第一波谷(22)、第一波峰(32)以及第二波峰(42)，
其中，所述第一波峰(32)和所述第二波峰(42)限制所述第一波谷(22)，
其中，所述第一波峰和所述第二波峰分别具有第一圆形顶部(33)和第二圆形顶部(43)，
其中，在所述第一波峰(32)的第一圆形顶部(33)上构造有沿着所述第一圆形顶部(33)的延伸方向延伸的第一圆形凹口(34)，
其中，在所述第二波峰(42)的第二圆形顶部(43)上构造有沿着所述第二圆形顶部(43)的延伸方向延伸的第二圆形凹口(44)，
所述第一波谷(22)具有谷底(23)，
其中，在所述谷底(23)上构造有沿着所述谷底(23)的延伸方向延伸的第三圆形凹口(24)，
所述第一圆形凹口(34)的至少一个点到所述第一波谷(22)的谷底(23)的第一垂直间距(27)小于所述第一圆形顶部(33)到所述第一波谷(22)的第一谷底(23)的第二垂直间距(28)，
由此，在所述第一层(10)上布置有第二层(100)，
其中，所述第二层(100)具有第二波形的轮廓，其构造多个第二敞开的通道，
其中，如此布置所述第一层(10)和所述第二层(100)，即，使得所述第一层(10)的多个第一敞开的通道与所述第二层(100)的多个第二敞开的通道交叉，
其中，所述第一层(10)和所述第二层(100)通过所述第一波形的轮廓的第一圆形顶部(33)和第二圆形顶部(43)与所述第二波形的轮廓的谷底处于触碰的接触中，
其特征在于，通过所述第一波形的轮廓的第一圆形顶部(33)和第二圆形顶部(43)与所述第二波形的轮廓的谷底的触碰的接触在所述第一圆形凹口(34)，所述第二圆形凹口(44)或所述第二波形的轮廓的谷底上构造的凹口的每个中被中断，
其中，通过相应的谷底(23)，第一圆形顶部(33)和第二圆形顶部(43)的塑性的变形施加第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)的每个，
其中，所述第一圆形凹口(34)的深度和所述第二圆形凹口(44)的深度在第二垂直间距(28)的10%至30%的范围中，从而在该范围中的第一层(10)和第二层(100)之间得到间隙。
2.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述吸收器或所述解吸器包括第一边缘限制部以及第二边缘限制部，其中，所述第一边缘限制部布置成平行于所述第二边缘限制部。
3.根据权利要求2所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)或第三圆形凹口(24)布置在所述第一边缘限制部和所述第二边缘限制部之间。
4.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)中的至少一个构造成透镜形的凹陷部。
5.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，波高度(28)恒定。
6.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)布置在所述第一层(10)和第二层(100)中的每一个上。
7.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第三圆形凹口(24)、第一圆形凹口(34)和第二圆形凹口(44)在这样的长度上延伸，即，所述长度为相应的谷底(23)，第一圆形顶部(33)和第二圆形顶部(43)的长度的直至75%。
8.根据权利要求2所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)构造在所述第一边缘限制部或第二边缘限制部中的至少一个之内。
9.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，以与所述第二层(100)的凹口至少部分地相叠的方式布置所述第一层(10)的第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)。
10.根据权利要求1所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一圆形凹口(34)、第二圆形凹口(44)和第三圆形凹口(24)包括中间突起部。
11.根据前述权利要求中任一项所述的吸收器或解吸器，其特征在于，所述第一层(10)或第二层(100)中的至少一个包含孔。
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