CN1079034C - 处理流体的设备及其使用、和用块状体填充设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种流体处理设备，它包括一容器，此容器通过至少两个由颗粒材料构成的相邻块状体限定了一非垂直的流体流动通路，每个块状体可按没有间隙的方式与相邻的块状体直接触，从而形成了一基本上为垂直的交界区。所说的设备可特别用于分离或干燥空气。

Description

处理流体的设备及其 使用，和用块状体填充设备的方法
本发明涉及到用于处理至少一种流体的设备，这种设备包括至少一个容器，该容器借助至少两块相邻的由颗粒材料构成的块状体限定了至少一个非垂直的流体通路，所述块状体之间则具有基本上垂直的交界区。
上述类型的设备在使用诸如催化物质和/或吸附物质之类颗粒材料的技术中有广泛的应用。在大多数这种应用中，最佳效率的取得取决于每一块状体的厚度，该厚度在流体流动的(水平)方向上是恒定的。迄今为止，在大型设备中，特别是在具有同轴材料块的设备中，这种精确性如文件EP-A-0118349所述那样需要进行安装中间隔板这样难以进行且繁重的操作，这对于存取填充物的内部特别是对进行修理来说，是一种很严重的障碍。就小型设备而言，文件EP-A-0480797说明了这样一种方法：逐步将材料块放置到平放的容器中并挤压所放置的材料块，然后将所述容器竖立在一垂直位置处。但是，对大型设备来说，无法以工业规模采用后一过程，其中，对使用“薄”材料层的设备来说或者对具有非平坦材料层并且通常具有对称轴和/或转轴的设备来说，在原地使所述容器竖立起来如果不是不可能的也是困难的。此外，在许多国家中，规程要求有规律地对所述容器反复进行流体静压试验，这就需要在现场完全排空所述容器，然后再重新填充该容器。
本发明的目的是提供一种改进型的、可靠的且成本低廉的流体处理设备，该设备带有串接的填充物，从而具有多种适应性并能提供使得该设备最佳化的多种可能性，尤其是能增加相邻填充物的数量，同时，从“可靠性”的角度来说，可以确保每个填充物均不含用来形成相邻填充物的颗粒。
为了达到上述目的，依照本发明，所述块状体的材料是不同的，这些块状体沿所说的交界区彼此直接相接触，并且，每个块状体均具有最大的横向(垂直或侧向/水平)尺寸，该尺寸约比块状体的厚度大4倍。
一般地说，对处理混合气体尤其是处理空气的其中颗粒材料为吸附物质的设备来说，上述比例应大于6，最好大于10。
本发明的目的还在于提供在现场用由颗粒材料构成的块状体来填充上述设备的改进型方法，这种方法不需人工干预所说的容器并且能够确保包括“薄”和多个填充物在内的适用于高效设备的填充物的可靠性。
为了达到上述目的，依照本发明，设置有一薄片，此薄片由具有预定高度的至少两个相邻材料薄层构成，重复上述操作以便在所述容器中形成层叠的由相邻薄层构成的薄片。
业已提出了在具有垂直流体流的催化反应器中通过连续地沉积材料来形成不同的相邻垂直薄层，这项工作是以手工方式进行的并且除了可见部分以外不对薄层的高度作任何检查，而且，在整个填充操作过程中需要有操作者出现在所说的容器内。
从以下对说明性但非限制性的实施例的说明中可以看出本发明的其它特征和优点，以下的说明带有附图，在附图中：
图1是本发明一个实施例的正处于填充过程中的本发明之处理设备的垂直剖面的概略图；
图2是图1中双排放装置的概略透视图；
图3和图4是与图1相似的图，它们显示了本发明的其它实施例；
图5是本发明又一实施例的概略平面图；
图6是图5中设备的垂直剖面的概略图；
图7是本发明再一实施例的垂直剖面的概略图；
图8是与图7相似的类似图，它显示了图7的另一种形式；以及
图9是本发明还一种形式的垂直剖面的概略图。
在以下的说明及附图中，相同或相似的部件标记有可能带下标的相同标号。
图1显示了上述文件EP-A-0118349所说明的那种吸附净化设备的容器1，它限定了一封闭的内部容积，此容积带有一垂直的轴线并在内部被一中央管状有孔壁面或隔板2和一边缘管状有孔壁面或隔板3所分隔，上述隔板与中央容积4，中间环形容积5以及边缘环形容积6相同轴，而所说的这些容积也是同轴的，中间环形容积5中填充有至少一个在本例中为两个由吸附物质构成的块状体A、B，气体可连续地穿过这些块状体，从而在容积4与6之间径向地流动，并且，依照本发明，中间环状容积5不带有中间隔板。为了能在蒸馏空气之前净化空气或者能用所谓的压力变化吸附技术(PSA或VSA)来分离空气，吸附物质A和B通常包括颗粒材料，这些颗粒材料因其成份和/或颗粒大小的不同而有所不同，这些颗粒材料通常分别包括氧化铝和/或沸石颗。粒。
在图1所示的实施例中，依照本发明方法使用吸附材料块状体A和B的设备包括两个并置的撒布器装置7和8，这两个装置具有小于中间容积5径向宽度的整个宽度并安装在一框架9上，框架9包括驱动装置，例如包括转轮10，这些转轮径向地支承在隔板2和3的壁面上并且轮流地受上述框架所承载的电机11的驱动。每个撒布器装置7、8均包括一主要部分，该部分构成了颗粒材料的支架，此支架向下且向后延伸进一薄的后端，该后端相应地终止于一分流出口12、13，每个装置7、8的下部前面均具有一形状相类似的圆形导向板14，一水平的支承表面使该导向板向后延伸，而所说的支承表面则终止于排放出口12、13并与该出口成直角。在所示的实施例中，撒布器装置7和8的主要部分分别通过软管或伸缩套管15和16而与颗粒材料储放器17和18相连，而储放器17和18则在标号19处以可旋转的方式支承在中央隔板2的无孔的上端上。储放器17和18以及撒布器装置7和8的尺寸能够穿过最好轴向地形成在容器1外壳上端上的存取口20，从而能在填满中间容积5之后将它们抽出。
如图2所示，当所述容器沿与开口12、13相反的方向移动时，每个撒布器装置7、8均会在该容器的后面进行沉积，一由颗粒材料构成的连续条片21A、21B具有与沉积出口12、13相同的横截面，因而具有恒定的厚度。所以，通过使中间箱室5内的撒布器装置7和8旋转，这些撒布器就会在每转一圈时都沉积出由两个具有相同厚度的相邻条片21A、21B构成的薄片，而所说的厚度则占据了中间容积5的整个径向宽度。每当新转一圈时，支承在先前沉积出的薄片上并在该薄片上滑动的撒布器装置7和8均能逐渐地沉积出一层新的薄片直至到达了中间容积5顶部的适当位置，此后，撒布器装置以及储放器17和18均后退，而阻挡和/或密封装置则会到达中间容积5顶部的位置以便在使用过程中避免块状体A和B的流体化而形成的局部分流现象。
如图2所示，本发明的方法可以使至少两个填充物并置地固定就位，所说的填充物是由不同的吸附物质构成的，而吸附物质则是由不同材料或者是由具有不同颗粒大小的相同材料构成的，依照本发明的内容，不必在由颗粒材料构成的块状体之间装嵌一分隔和包围隔板。事实上，在本实施例中同时进行的对具有在实践中为1至20cm的恒定受控厚度的条片21A、21B的相应撒布操作可以避免沿边缘及边界倾斜的问题，甚至在具有较多流体颗粒材料的情况下避免两个相似条片之间相混合的问题，该混合区的数量级与前述坡度相同，也就是说，如果撒布操作是连续的，则该混合区约为撒布条片的厚度的三倍，或者，如果如本最佳实施例所述那样撒布操作是同时进行的，则该混合区是一个相当低的值。
图3和图4显示了填充操作的方法，该方法可以克服同时沉积或实际上同时沉积的情况并且使用了具有低高度的圆柱形滑动结构30，此滑动结构可在填充阶段结束时罩在所述容器的顶部内并且在沉积出由颗粒材料构成的薄片时逐步地垂直移动，从而，通过消除所说的斜坡，在连续撒布或沉积时能够形成与前述在同时进行撒布时同样精确的交界面。图3中示出了图1中的两个撒布器装置7和8，正如滑动结构30所允许的那样，这两个撒布器装置在本例中是分开的并且是独立的，但在活动上是同步的。滑动结构30呈具有一定长度的管状形状，它以同轴的方式设置在空间5内并且带有一轴向延伸部，此延伸部大于撒布器装置7、8的下部出口(13)轴向高度的1.5倍并在撒布器装置7、8之间延伸。最佳的是，滑动结构30的上端包括一径向凸缘31，它支承在位于撒布器装置之一的顶部上的滚动件32上，从而能与该撒布器同时作轴向运动。启动另一个撒布器装置以使之与第一个撒布器装置同步地旋转。
图4的实施例与图3的实施例在以下方面有所不同：在图4中，利用一喷杆80如滑动结构30所允许的那样通过雨状喷射来用由颗粒材料构成的块状体之一在本例中为内部块状体进行填充操作，而所说的喷杆则可以移动，从而能够与通过前述撒布器装置7依照图1和图3之方法所进行的恒定厚度薄片的沉积相同步地旋转。
图5示出了带有两个同轴滑动结构的装置，它用于在限定于内部隔板2与外部隔板3之间的环状内部容积5内填充三个由颗粒材料构成的同轴块状体。如图5所示，上述装置包括一旋转组件70，该组件可轴向移动同时以最佳的方式悬挂于容器1的顶部并包括三个排放斗71、72、73，这些排放斗通过横臂74相连并设置有低摩擦轴承或滚动件，这些低摩擦轴承或滚动件与两个同轴管状滑动结构301、302的径向凸缘311和312相互配合，从而将吸附物质的三个同轴块状体A、B、C分隔开来。正如在图1的实施例中那样，由同前述组件一起旋转的储备物所填加的测量斗71-73包括下部排放口81、82、83，这些排放口分别位于内部结构312与内部隔板4之间，结构312与311之间以及外部结构311与外部隔板3之间的环形空间内。在填满了隔板2与3之间的区域之后，就经由开口20从容器1上拆下并除掉组件70，然后，用包含块状体A-C上部部分的一个或多个装置例如用可与加压气源相连的外壳40来至少局部地占据块状体A、B、C上方的上部容积。
如前所述，主要的技术问题在于特别是在块状体为环形且同轴时在吸附物质的有限容积内形成至少两个由颗粒材料构成的同质块状体，事实上，必需将接收容积或撒布装置中的颗粒材料的高度保持于狭窄的范围内(图1和图2中其它结构内的连续薄层的高度，图3和图5中另外结构内的滑动结构的高度以及前述撒布装置的漏斗的高度)。事实上，必须要对这些高度加以限制，因为，需要在填满排放或撒布器装置之后从容器中除去这些装置或者在这些装置不影响所述设备的正确操作的情况下将这些装置留在位于所述容器顶部的一定容积内。
事实上，除了在使用了可在工厂内组装的小型容器的设备的情况下，很难填充与顶部相通的容器，这种容器允许使用至少一个高度大于隔板2和3高度1/3的滑动结构，在完全填满所述容器之后应能除掉该滑动结构，所述滑动结构的上端壁面通过一凸缘焊接并安装在外壳上。依照本发明的一个方面，必须在任何时候都能调节放置在所述容内的各种颗粒材料的流速以便使之保持在均匀的水平。为此，排放/撒布器装置应包括：用于控制颗粒材料流速的装置，该装置通常位于撒布器装置的上游，例如是阀门式或龙头式的排流装置，如图1中标号51和52所示；用于测量颗粒材料在撒布斗内高度的装置，该装置例如是如图2中标号53和54所示的光电元件，或者，靠反射进行操作的装置，特别是超声波装置，如图5中标号55和56所示。
图7示出了与前述设备相似的同轴填充物设备中的同轴环形填充物的另一个实施例。该图中示出了颗粒材料储放器17和18以及这两个储放器的旋转支承件19，在本例中，该支承件为支臂式支承件，在本例中，储放器及其支承件均设置在容器1的外侧，每一个储放器均能分别经由软管或伸缩套管15、16通过构成滑动结构的薄壳而排入相邻的环形确定空间内，而所说的空间则位于有孔壁面2与3之间的中间环形容积5内。
如图7的左侧部分所示，每个伸缩套管16和15的下端均处于结构30上端略微往下的位置处并在标号46处以可断开的方式与该结构30相连。因此，通过排放出多于滑动结构所形成的空容积的一定量颗粒材料，可以填充该容积，直至颗粒材料的量与伸缩套管15、16的端部相平齐，这就能中止填充所说的容积。然后，用阀门51、52中止排放并且例如用穿过通路40和开口41、42的缆绳47将薄壳30提升一定的高度，该高度小于薄壳自身的高度，也就是说，由于薄壳的下端仍陷在先前沉积的由颗粒材料层内，所以，伸缩管15和16的下端会随着这种运动而运动并相对薄壳30保持在适当位置以供新的填充步骤使用。
在图7所示的实施例中，伸缩管15和16贯穿形成在容器1上部壁面上的填充开孔40，开孔40以垂直的方式与环形空间5成直线并且成角度地分布在容器1的轴线周围，并且，伸缩管15和16还贯穿形成在偏移板43和44上的开口41、42，所说的偏移板一般象一个V字那样彼此会聚到一起，从而在其顶点处形成一环形通路45并构成了环形填充物A和B活动部分的上部边界，以便引导这一区域内的流体流经所说的填充物。当薄壳30在上升结束之后到达偏移板43和44的高度时，该薄壳就会在所示的实例中被上拉经过在图7右侧部分的顶部处由虚线所示的结构中位于偏移板正面端部与永久嵌在容器1上端内的其余部分之间的环形空间45。关闭偏移板43和44上的开口41和42，然后，通过位于偏移板44、43上方的缩短了的伸缩管15和16来净化由颗粒材料构成的保留物，而偏移板44、43则因固定在其上部位置处的薄壳30而保持分离。通过经由位于薄壳30两侧上的开孔40直接排放颗粒材料而完成填充操作，此后，除去伸缩管15和16，储放器17和18及其支承件19，关闭通路40并将容器置于可供使用的状态。
图8的实施例示出了处于完全填满状态的容器，在图8的实施例中，滑动结构30包括一“透气”的下部部分30A，它是由网栅构成的分层结构，上述下部部分不会影响两个相邻填充物之间的准确交界区的形成。在这种情况下，如图8中右侧部分所示，所述网状的下部分会在偏转件43、44的下方陷在填充物A和B的操作区内。另外，如图7的左侧部分所示，可以省略所说的偏转件，结构30的“硬的”上部部分也陷在块状体A和B内，从而构成了一障碍物并防止流体以短路的方式流过填充物的顶部。
示出了处于填充操作开始的容器的图9说明了本发明之连续垂直薄层的另一个实施例，所说的薄层在没有隔板的情况下由不同的材料构成。在这种情况下，以同步的方式将所说的材料直接排放进位于填充孔40下方的环形箱室内。这些箱室在开始时由具有特定高度的薄壳33所限定，薄壳33的上部边缘固定在容器顶上，并且，一环形底壁34以永久的方式与所述箱室的下端相连，所说的底壁可按密封的方式沿内部和外部包围隔板2和3滑动，并且，缆绳43在底壁下降的过程中可固定住该底壁。底壁34可逐渐下降直至它停靠在容器1的底部结构上，如图9中下部部分的虚线所示。应该认识到，在本实施例中，形成在薄壳33两侧的相邻填充物薄片会同底壁34一道逐渐“下降”，同时因隔板2和3而保持着相接触并由这两个隔板所引导。当完全填满了所说的容器时，一直延伸至包围隔板2和3的“允许通过”区的上层处的薄壳33象图7和图8实施例中的结构30那样起一防分流障碍物的作用。
尽管参照了特定的实施例对本发明进行了说明，但这些实施例并不能限制本发明，相反，本发明可以进行改进和改变，这些改进和改变对本技术的专家是显而易见的。因此，特别是为了能在非圆柱形的垂直处理设备中装嵌多个由具有较小厚度及不同颗粒大小的颗粒材料所构成的相邻块状体，可以使用图1中的方法在非圆柱形的垂直处理设置中连续地沉积并置的条片。

Claims (14)

1.用于处理至少一种流体的设备，该设备包括至少一个容器(1)，它通过至少两个设置在该容器内由不同微粒或颗粒材料构成的相邻块状体(A、B、C)限定了至少一个非垂直的流体通道部分，上述至少两个相邻的块状体沿一垂直的交界区彼此直接接触，每个块状体均具有最大的横向尺寸，该尺寸约比其水平厚度大4倍。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所说的交界区包括至少一个平坦部分。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所说的交界区具有棱形结构。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所说的交界区包括至少一个弯曲部分。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所说的交界区具有圆柱形结构。
6.如权利要求1至5中任一所述的设备，其特征在于，所说的块状体(A、B、C)具有对称的共同轴线。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所说的块状体(A、B、C)是同轴的。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述块状体中至少一种块状体的颗粒材料是用于流体的至少一种成份的吸附物质。
9.如权利要求1用于处理气流的设备的使用。
10.用由微粒或颗粒材料构成的至少两个相邻的块状体来填充如权利要求1至8中之一所述设备的容器的方法，该方法包括下列步骤：
(a)同时沉积出由至少相邻的两层材料构成的薄片，每个薄片均具有预定的高度。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，重复步骤(a)若干次，以便形成具有基本上相同高度的相邻薄层的叠层。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，一排放装置的垂直尺寸确定了所说的预定高度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所说的排放装置包括：至少一个滑动结构(30)，该结构具有垂直的基体；以及，至少两个材料排放件(15、16；71、72、73)，这些排放件在所述结构的上端附近位于该结构的两侧上，并且能同该结构一道垂直移动。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，每个排放件均包括至少两个管道(15、16)，这些管道的下端外露并位于滑动结构(30)的上部边缘的下方。
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