CN109070046B - 接触器 - Google Patents

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Abstract

一种包括用于传导第一流体的结构(100.0)的装置，该结构(100.0)另外具有用于传导第二流体的界面，其中可使第一流体在结构的该界面与第二流体接触。用于截断第二流体的流动的断流器(120.0)位于该结构(100.0)的该界面处。

Description

接触器
技术领域
本发明涉及一种装置，特别是一种用于接触至少两个流体流的接触器，包括用于传导第一流体的结构，由此该结构另外具有界面，该界面布置为传导第二流体，由此在接触区域中可使第一流体接触第二流体。本发明还涉及一种包括至少一个装置的设备及一种用于在第一流体和第二流体之间产生接触的方法。
背景技术
在工艺工程中，使不同的流体流在不同的程序步骤中彼此接触。使得能够通过流体流的定向接触而在流体流或者化学反应之间进行物质和能量的交换。流体流可由两种不能混合的流体组成，或者由气态流体和液体组成。为了产生接触，应用不同的技术。一方面，可在相应的另一种流体流中分布或者雾化一种流体流，以在流体之间产生较大的表面。通常，在后一步骤中使两种流体再次分离。另外，可使两种流体同时通过容器，在容器的内部提供用于接触流体流的大表面。这种装置的实例是塔式填料塔或者规整填料塔。特别有效的是使待接触流体流同时通过的方法。相应装置的实例是板式塔、塔式填料塔、规整填料塔、降膜蒸发器、薄膜蒸发器及更多的。对于一些过程，也可使用交叉流接触器。在交叉流接触器中，两个流体流不像并流的情况一样在相同的方向上延伸，也不像逆流的情况一样在相反的方向上延伸，而是彼此交叉并在交叉的同时交换物质。实例是交叉流薄膜蒸发器或者气体洗涤器，其中，流体由于重力而作为薄膜在填料表面或者结构化内部上向下流动，同时蒸汽流或者气体流在偏离流体的流动方向的方向上通过该结构，并与所述的薄膜接触。
对于此原理的大规模实施，出于成本原因而证明仅在重力的帮助下执行逆流或者交叉流接触是合理的。然而，这涉及可实现吞吐量的限制，因为接触流体彼此拖曳。在逆流接触的情况中，至于特定的吞吐量，流体流之间的力因此变得比重力大，这应该会使两个相中更重的一个位于装置的下方。相之间的力一变得比重力大，便会出现溢流。至于溢流点，更重的相不再向下流动通过装置，而是由更轻的相向上拖曳。在交叉流的情况中，通过与其交叉流过的流体而将流体薄膜拖走。在交叉流接触中，由于流体的拖走而无法适当地控制该过程，并使得在薄膜中收集多余的液相(或者分别分离两个流体流)更困难。
一种类型的这种流体-流体接触过程是蒸馏。在此情况中，通常在流体和气体流之间同时产生物质交换。在规整填料中的蒸馏中，结果是，在大约10-12mbar/m的气体流体的压降的情况中通常具有天然限制。因此，在向上翻的气体流中带有更大压降的工艺点通常是不可能的，通常会使塔溢流。
目前已知的接触器具有这样的缺点：由于其溢流的趋势，所以其仅允许有限的质量转移。
发明内容
本发明的目的是提供一种与一开始描述的技术领域相关的装置，通过该装置而使两种流体接触，由此减小溢流的危险或者将一种流体拖走的危险。特别地，这以这样的方式进行，使得在两种流体的非常高的流速的情况中，可在待处理流体之间实现强烈的物质交换，并且可将用于物质交换的装置构造得更紧凑。
实现该目的的解决方案由专利权利要求1中的特征定义。根据本发明，在接触区域中布置至少一个断流器以截断第二流体的流动。
将该装置与其一起使用，以在过程中产生第一流体和第二流体之间的接触。
优选地，选择第二流体的流速，使得不出现溢流。除了别的之外，在结构的接触区域中形成断流器尤其具有这样的效果：可分别防止逆流情况中的溢流现象，或者防止在交叉流情况中在薄膜中拖曳流体。特别地，在两种情况中，在用于传导第一流体的结构中传导第一流体，特别是在该结构的孔和/或毛细管中，使得其润湿用于传导第一流体的结构。第二流体沿着接触区域流动，特别是通过位于传导第一流体的结构之外且特别是不包括该结构的任何孔和/或毛细管的装置的区域，使得其几乎不润湿传导第一流体的结构或者完全不润湿该结构。于是提供一种特别有效的用于不将第一流体分布在第二流体中(或者反过来)而使第一流体接触第二流体的装置。以此方式，在界面处实现第一流体和第二流体之间的特别强烈的接触。
在变型中，可选择流速使得仅减小溢流的危险。
原则上可任意选择该结构。关于该结构的唯一要求是，可将流体从结构的第一端传导到结构的第二端。不需要直线引导第一流体，而是也可沿着通过结构的随机路径引导第一流体。
特别地，接触区域是传导第一流体的结构的表面、包围表面和/或边界表面的区域。接触区域本质上由传导第一流体的结构的几何形状限定，特别是由传导第一流体的结构的外边界和/或包围表面的几何形状限定。特别地，接触区域位于传导第一流体的结构之外，并且特别地不包括任何孔和/或毛细管。设计接触区域，使得在传导第一流体的结构内流动的第一流体可在接触区域中与第二流体接触，该第二流体在传导第一流体的结构之外流动。
当使用根据本发明的装置时，在第一流体和第二流体之间的接触区域中形成界面。换句话说，这是两种流体之间的相分离表面。因此不将该界面自动理解为传导第一流体的结构处的几何上不同的表面。特别地，该界面并非必须与传导第一流体的结构的表面、包围表面和/或边界表面相同。取决于所使用的流体，流体之间的界面可变化，并位于例如传导第一流体的结构的表面、包围表面和/或边界表面的上方。界面的形状和位置特别地取决于所使用的流体、流动条件和/或在两种流体的流动中的压力分布。由于波现象的原因和/或如果在结构的一个区域中特定时段内流入的流体比流出的流体多，那么也可随着时间动态地改变界面的形状和位置。具体地，该界面是弯曲的和/或球根状的表面，其特别地由至少一个断流器截断和/或限制。
原则上，第一流体和/或第二流体可作为任何流动物质存在，特别是作为液体、蒸汽、气溶胶、泡沫，等等。这是以两种流体彼此无法均匀混合为前提的。在本上下文中，“均匀混合物”定义了两种流体的混合物，这两种流体在分子水平上混合并且处于一个相中，即其在光学上无法识别为混合物。
第一流体优选地是液体，特别是当在提取中使用该装置时。特别是对于蒸馏或者气体洗涤，第一流体也可以是气体。
第二流体优选地作为气体存在。在一些变型中，其也可能是液体。然而，第一流体和第二流体不同时作为气体存在。
断流器优选地是可影响第二流体的流动的元件。术语“截断流动”通常理解为改变流动行为。这种变化可包括流速的减速、重定向流体流动等。
包括术语“和/或”的引用原则上必须以可选择所列出的特征的非空子集的方式解释。
特别优选的是，在过程中系统地通过该至少一个断流器改变第二流体的流动方向，特别是局部地使其逆转。由此，在第二流体中产生至少一个局部涡流，其被局部地限定。由此，可在第一流体和第二流体之间实现特别是局部的同时接触。
在一些变型中，还可以操作装置，使得不出现涡流。相反，该装置可这样操作，使得仅有第二流体的减速。
优选地布置结构、接触区域和/或边界表面，使得该在各流体中实现良好的混合。这样就可以实现在接触区域中总是可获得新鲜流体。
断流器优选地包括至少两个凸缘，由此第二流体可特别地在第二方向上流动，第二方向与凸缘的方向交叉。术语“凸缘”本质上理解为棱柱形元件。优选地，其是矩形块形状，特别是细长块形状。在一个优选实施例中，凸缘可与结构形成为一体化，但是在一些变型中，装置也可由凸缘和结构组成。另外，可用非矩形截面以棱柱形的方式形成凸缘。
在一些变型中，也可用不同的方式形成断流器。断流器可以是，例如，波线形状的、锯齿形状的、蜿蜒的或者任何其他类似形状的。技术人员知道断流器的其它可能的布置。
因此，优选地通过沿着第一流体和第二流体的两个流动方向之间的边界表面布置的凸缘系统来分别防止交叉流中的溢流现象或者交叉流中的拖曳。凸缘优选地相对于第二流体的移动方向大致垂直，第二流体优选地基本上不会润湿该结构。在实践中，在特别优选的实施例中证明凸缘与第二流体的流动方向形成70°到90°的范围内的角度。在特殊的实施例中，该角度可甚至小于70°。
两个相邻凸缘之间的距离与凸缘的高度的比值优选地在1到10的范围内，特别优选地在3到7的范围内。这意味着，两个相邻凸缘之间的距离优选地比凸缘本身的高度大1到10倍，特别优选地大3到7倍。在试验中，能够证明，在两个相邻凸缘之间的距离不足的情况下，通常无法充分保证第一流体和第二流体之间的接触。另一方面，在距离过大的情况下，作为断流器的凸缘的影响可能太小，这反而将再次引起溢流。上述系数在1和10之间(特别优选地在3和7之间)的范围还取决于所使用的流体以及装置本身的大小、流动方向、体积流动等。因此，技术人员理解该系数也可以大于10或者小于1。
可通过使用合适的凸缘高度以及相邻凸缘之间的合适距离来具体调整凸缘之间的流动。令人惊讶的是，在许多实验中结果是，通过选择合适的尺寸，特别是凸缘高度和凸缘之间的距离之间的比例，可增加第一流体和第二流体之间的物质交换，尽管通常减小边界表面处的相之间的速度。
通过此原理，可产生这样的结构，在该结构内，第一流体和第二流体的两个流体流在接触区域中形成非常大的特定相分离表面，并且仍然可以以非常高的速度进行灌注。特别是在逆流应用的情况中，可基本上增加两个待接触流体的速度，从而可构造明显更紧凑的装置。例如，在蒸馏塔中，结构的最大容量可增加5倍或者更高，同时在相之间具有非常好的交换。虽然在这种操作中，压力损失会变得很大，远远高于现有技术的极限10-12mbar/m，但是没有发生溢流。由于结构尺寸适当，可在很大程度上调节第一流体的吞吐量。由此，与现有技术相比，通过选择合适的参数，可实现诸如蒸馏塔、萃取塔、气体洗涤器等物质交换系统的性能的飞跃。
优选地，构造该结构并布置断流器，使得第一流体可在穿过断流器的第一方向上流动。以此方式，实现了第一流体不会特别地在分别与断流器的方向或者凸缘的方向平行的方向上流动。因此，可实现第二流体与第一流体的良好接触，因为这样不会分别在断流器或者凸缘后面部分地传导第一流体。
在一些变型中，该结构可以为使得不在凸缘后面传导平行于凸缘传导的第一流体。这可通过使用合适的通道、毛细管等来实现。另外，在一个实施例中，可提供交叉流，由此相对于凸缘以直角传导第一流体，并且与凸缘平行地传导第二流体。
在逆流接触的情况中，例如，可水平地布置凸缘。在交叉流的情况中，可近似垂直地布置凸缘，因为几乎不润湿结构或者根本不润湿结构的第二流体通常以交叉流近似水平地流动。当选择适当的凸缘尺寸时，可显著减小接触表面处的相之间的速度，这在很大程度上避免了流体的拖曳。
另外，在优选实施例中，可以将凸缘的尺寸构造为，使得在其之间形成限定的涡流。由此，可减小第二流体的流速，或者可将流动方向转向另一方向。对于与第二流体的流动方向垂直的凸缘，在一些情况下，流动方向甚至可通过涡流沿着接触表面完全转向。在正好在两个相直接接触的逆流接触器的情况中，可在局部形成并流接触器。这是特别有利的，因为在并流接触器的情况中通常不会发生溢流。
优选地，第一方向与凸缘方向形成60°到90°的角度，特别是75°到90°的角度，优选地是80°到90°的角度。这特别允许优化两种流体的接触。
或者，角度也可在不同的范围内，特别是在60°以下。
在本方法的优选实施例中，该结构由第一流体润湿，同时特别地，第二流体完全不润湿或者仅较小程度地润湿结构的表面。
在变型中，也可通过具体选择结构来调节两种流体的吞吐量，例如基于结构的孔径，取决于流体的粘度。代替假设流体的润湿性，或者除了对凸缘的选择之外，可提供凸缘、套圈和/或表面的结构。
而且，传导流体穿过结构和接触区域可通过选择凸缘的润湿性来控制。在一个特别优选的实施例中，凸缘包括接近结构的区域，该区域具有第一润湿性，以及远离结构的区域，该区域具有与第一润湿性不同的第二润湿性。通过凸缘的这种构造，可防止第一流体进入凸缘的外部区域并且被第二流体拖离那里。以这种方式，该方法也可用第一流体和第二流体进行，其分别具有相似或者相同的润湿性或者极性。
在一个实施例中，该结构可由亲水性材料制成，特别是亲水性陶瓷，例如氧化铝、氧化锆和/或氧化钛，因此可很好地润湿极性物质。在内部段中，即在结构的方向上，凸缘也可以由亲水性材料制成，特别是亲水性陶瓷，例如氧化铝、氧化锆和/或氧化钛，并且在外部，其可由更疏水的材料，特别是包含稀土的陶瓷制成。特别适合作为更疏水的材料是，例如，二氧化铈。技术人员知道更合适的材料或者涂层。亲水性陶瓷特别理解为是陶瓷材料，相对于水，其接触角＜10°。＞85°的接触角被认为是疏水的。
在这方面，代替或除了选择凸缘区域的润湿性之外，也可提供凸缘、套圈和/或表面结构。
优选地，该结构包括一个或几个以下特征：
a)组织；
b)开孔材料，特别是泡沫；
c)毛细管；
d)阶梯结构。
特别优选的是带有毛细管的结构。在这方面，该结构可包括阶梯结构、开孔材料或者泡沫等。特别地，阶梯结构在实践中被证明是特别有利的。
然而，在一些变型中，该结构也可包括其它特征或者附加特征。
毛细管的平均直径、分段结构中自由空间的平均直径和/或孔的平均直径，优选在50微米到5毫米的范围内，特别是100微米到2毫米，特别是200微米到1毫米。因此，具体地垂直于相应结构的纵向方向测量直径。
凸缘易于被第一流体润湿，优选在结构的毛细管的一侧，并且优选地其在操作中被润湿。这有助于通过毛细管力平衡压力差。在不接触毛细管的相对侧，有利地以其不能被第一流体润湿或者润湿非常困难的方式布置凸缘。例如，这可通过在此区域中的凸缘的表面上提供合适的表面结构来实现，因为可在此区域中适当地涂覆凸缘的表面，或者因为此区域中的凸缘由难以被第一流体润湿的材料制成。由于这里描述的结构的尺寸通常较小及三维结构通常复杂的原因，此材料选择对凸缘特别有利。
如果第一流体不平行于凸缘流动，那么其必须能在凸缘下方流动。这可以不同的方式来实现。例如，可形成毛细管，在凸缘下方引导毛细管。有利地可以这样的方式构造毛细管的尺寸，使得可通过毛细管力来平衡凸缘前面的区域和凸缘后面的区域之间的压力差。然而，同时毛细管的尺寸不应太小，因为在非常小的毛细管中，由于摩擦，流体速度可能变得过慢。因此，优选地，必须调节毛细管适应两种流体以及装置的其它工艺参数，例如温度、流速、体积流量等。
传导液体的毛细管结构可被设置为彼此平行布置的一排液面，其通过杆棒彼此连接。然而，其也可整体地设置为具有不同梳形(三角形、矩形、正方形、六边形)的蜂窝体。凸缘可精确地垂直对准第二流体的流动方向。具体地，在具有由彼此平行布置的多个平面组成的主体的版本中，凸缘也可相对于垂直于第二流体的流动方向以小角度布置。由此，在第二流体的流动中引起循环运动，这影响第二流体的附加混合。
第一流体在其中流动的毛细管，可有利地通过如在申请EP2897783中描述地穿过阶梯棒来实现。这样，可确保在物质交换过程中液体在结构的毛细管中充分混合，从而强化物质交换。然而，毛细管也可随机布置，例如，由由塑料材料、金属或者陶瓷制成的商业上可用的开孔泡沫结构制成。也可设想毛细管结构的其它设置，例如通过组织或者其它多孔材料。
优选地，该结构以蜂窝状构造，由此，断流器在蜂窝中向内伸出。在一个特别优选的实施例中，若干装置包括结合的接合边界表面，其形成用于传导第二流体的多边形通道。简单地设计蜂窝结构，因此可节约成本地制造该蜂窝结构。
在一些变型中，可提供任何其它形状的结构(见下文)。
优选地，蜂窝具有形状为正多边形的截面，特别是三角形、矩形或者六边形。这些设计的优点是，可特别容易地建立单独的装置，以形成具有若干整体的布置。
在一些变型中，也可提供其它横截面。
特别优选的是，该结构包括阶梯棒元件。在结构的逐层构造中特别优选使用阶梯棒元件，因为以此方式可形成用于胎面的层。另外，阶梯结构具有当溢出时第一流体自身混合的优点。
在变型中，该结构还可包括平滑斜面而不是阶梯棒元件。
该结构优选地包括几个横向布置的几个阶梯棒元件。以此方式，实现第一流体必须通过结构中的大量方向变化，进而这将改进混合。
这里，同样地，可在变型中提供横向布置的平滑斜坡。
特别是在具有第一流体在其中流动的毛细管的实施例中，如在专利申请EP 2 897783 A1中描述的，可有利地通过交叉阶梯棒来实现。由此，可确保在物质交换过程中液体在结构的毛细管中充分混合，从而强化物质交换。
然而，在变型中，毛细管也可随机布置，并且可由开孔泡沫结构制成，例如由塑料材料、金属或者陶瓷组成。也可想象毛细管结构的其它组件，例如通过组织或者其它多孔材料。
一种设备优选地包括这样的装置，该装置包括结构和断流器，由此在装置的第一端，在该结构中布置用于分配第一流体的分配器，在与所述第一端相对的另一端布置用于收集来自该结构的第一流体的收集器。由此，流体连接中的结构实际上插在分配器和收集器之间，使得可特别容易地对该结构供应流体。分配器和收集器可包括一个或几个各自用于第一流体的供应管线或者排放管线。然而，特别优选的是，分配器和收集器各自具有正好一条供应管线或者排放管线。
在变型中，也可放弃分配器和/或收集器。在此情况中，例如，结构可在第一端与第一流体直接碰撞。也可以这样的方式使若干装置彼此连接，使得传导第一流体穿过若干装置(见下文)的结构，并且其中，第一端的装置包括分配器，第二端的装置包括收集器。根据这些装置的设计，收集器和分配器不必相对于第一流体的流动方向彼此相反。最后，分配器和收集器也可以是装置的整体部分，并与装置整体连接。
为了可靠地引入和均匀地分配第一流体，并且特别是在高性能逆流接触器的情况中，在下端从结构引出流体，在优选地调节到所述结构的结构的上端设置用于在结构中分配第一流体(特别是分配液体)的分配器。在结构的相对端，优选地具有至少一个对应的液体收集器。
所述分配器，特别是例如液体分配器，和收集器，特别是例如液体收集器，可用以上对结构的逐层组装提到的相同的生产方法产生，利用该方法也可生产装置。另外，分配器和收集器也可与接触器的结构固定一起生产，特别是整体建造或生产。
一旦流体或者液体在结构中均匀分布，通常不会有或者只有很小的风险发生流体或者液体不均匀分布(流过流动区域的体积不均匀)。与传统的逆流接触器，如结构化封装或者塔式填料塔相比，流体或者液体的周期性新的分布都是几乎不需要或者不需要的。这也有助于显著减少相对于现有技术接触器的构造体积。
优选地，以这样的方式布置两个装置，使得第一装置的第一端以这样的方式连接到第二装置的第二端，使得可将第一流体从第一装置的结构传导到第二装置的结构。几个这样的布置可以并联和/或串联连接，这提高了接触器的性能。以此方式，可将若干个这样的装置像模块一样组装在一起以形成任何大小的接触器。
在一些变型中，这些装置可例如仅并行地布置。
一种用于制造上述装置的方法，包括借助增材工艺进行组装。由此，装置可特别容易地组装起来。该组装过程优选地通过化学或物理过程直接通过数据模型进行。技术人员熟悉多种方法。
该装置的组装优选地是以层的形式，这些层连续地施加在彼此的顶部。以此方式，可大批量地、节约成本地生产装置。而且，这有助于非常容易地实现结构和凸缘的不同几何形状。这种方法也叫做3D打印方法，并且原则上可用几乎所有的材料来实现。
通过诸如上述装置的主体的逐层组装，还可能实现非常小的装置。例如，凸缘高度可以在50到大约100微米的范围内。毛细管的尺寸通常由所需的液体吞吐量和液体的粘度决定。其可在大约100微米到几毫米的范围内变化。为了处理低粘度的液体，可用大于1000m2/m3的特定接触面来实现结构式逆流接触器。
在变型中，也可放弃逐层组装。在另一程序步骤中，反而可制造装置的单个元件，并将其彼此连接。在本上下文中，技术人员知道其它变型。
在施加一层之后，优选地具有粘合过程。在此步骤中，例如，可使该层固化。在这种粘合过程中，固化层可与在一些情况下可能已经硬化的已经存在的层形成复合物。
取决于所选择的材料，也可以跳过粘合过程。另外，还可在施加不止一层之后每次都提供粘合过程。
优选地借助模板来施加层。可以这样的方式设计模板，使得可将其定位为印刷板上的平坦平面。模板中的凹槽通常限定层的形状。模板或者成形工具可限定层的多个相同的或不同的形状。模板还可特别用于相同的层，这些层仅在平面内的位置不同(翻转、旋转、镜像)。通过此过程，层可快速而自动地建立起来。因此，该过程特别适合于装置的大规模生产。在一个特殊的实施例中，成形工具是丝网，特别是用于技术印刷的丝网。
在一些变型中，也可放弃模板。可用可移除填充材料填充中间空间。在层材料具有足够的固有稳定性的情况下，也可放弃中间空间的填充。
模板优选地用来形成可塑性变形块以提供层。特别合适的是悬浮物。这些可包括细粒的粉末作为主要物质。此外，适合于此目的的是金属、金属合金以及陶瓷和玻璃陶瓷。为了形成可塑性变形块，可特别添加有机粘合剂，例如CMC(羧甲基纤维素)、聚烯烃、淀粉(玉米粉、小麦粉等)。或者，不同类型的光聚合物可用作有机粘合剂。具有大量不同的光聚合物。优选地，丙烯酸类单体，特别是与少量光引发剂，例如0.5％的2.2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮混合的己烷-1.6-二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯等，可被视为可能的粘合剂。根据各自的要求，这些单体可与不同的聚丙烯酸酯齐聚物混合。
如果可塑性变形的块是用于烧结的(就是这种情况)，例如，关于陶瓷、金属或者玻璃，其优选地含有特别高份额的待烧结粉末，特别是按体积计＞35％，更精确地，特别是按体积计＞50％。
在一个特殊的实施例中，可塑性变形块包括可用于改变块的流变特性的附加添加剂，例如分散助剂。这种添加剂对于技术人员是已知的，并且可单独选择以满足所需的前提条件(工程杂志，第2013卷(2013)，文章ID 930832)。
在另一实施例中，可塑性变形块包括纯塑料部件。这些可包括随后聚合的相应单体和/或低聚物。这种可塑性变形块还可包括用于设置流变特性的附加添加剂以及溶剂、颜料、催化剂或者杀菌剂。
在一个特殊实施例中，可塑性变形块可包含作为悬浮物的基材的粉末，悬浮物选自由以下项构成的组：金属、金属合金、陶瓷、金属-陶瓷复合材料、玻璃、塑料材料和/或具有增强纤维或金属或陶瓷颗粒的塑料复合材料。这些材料的混合物也是可以的。
优选地，将断流器应用于结构。特别优选的是，断流器包括几个施加的层。因此，断流器可单独地施加或者与结构整体地施加。在优选的过程中，可对断流器施加具有不同润湿性的不同材料。以此方式，具有第一润湿性且面向结构的支柱的第一区域可在一层或几层中接收第一材料，而所施加的之后层中的一个或多个可由第二材料组成，第二材料具有不同于第一润湿性的第二润湿性。
或者，结构本身可逐层建立，而断流器随后连接到该结构。
装置优选地通过粘合工艺固化，特别是通过加热或者烧结。如果使用来自上述组的烧结材料作为可塑性变形块，例如金属、金属合金、陶瓷、玻璃或者这些材料的复合材料，那么根据本发明的工艺特别优选地包括对用于烧结的应用层的热处理，这是在完成所应用的层的成形过程之后进行的。
在一个优选实施例中，在500到2500℃，优选地在600到1700℃的范围的温度下烧结接触器。
在一些变型中，假设所使用的材料允许，则可跳过固化过程。另外，固化过程也可通过触发聚合等方式来进行。技术人员熟悉这方面的其它技术。
用于生产该装置的工艺优选地为根据国际专利申请号PCT/CH2014/000177的工艺。
该装置优选地以其可清洗的方式提供。特别优选的是，用陶瓷制造装置，使得装置可通过加热，特别是通过烧坏来清洁。
另选地，该装置也可用于单次使用，特别是如果该装置在操作中暴露于化学品，或者如果出现无法移除的残留物。
基于高得多的流体速度和两种流体的吞吐量以及相之间非常大的特定表面的组合，实现了一种装置或者设备，其中物质交换过程可以小得多的体积进行。特别是在安装在浮式平台，例如FLNG平台(浮式液化天然气)上的化工厂的情况中，结构的体积非常显著且昂贵，使得特别优选在FLNG平台中使用这里描述的装置或设备。然而，借助在本申请中描述的工艺，一般可实现成本效益高的工厂。所提出的结构化的逆流和交叉流流体接触器(分别是装置或设备)可比现有技术的设备关于所需处理体积小几个因子。
从以下详细描述和专利权利要求的全部内容中，本发明的其它有利实施例和特征组合是显而易见的。
附图说明
用于描绘实施例实例的图示出了以下图：
图1是接触器的功能的示意图；
图2是形成为逆流接触器的第一实施例的示意图；
图3a是形成为逆流接触器的第二实施例的示意图；
图3b是形成为逆流接触器的第三实施例的示意图；
图4是带有阶梯结构的第四实施例的示意图；
图5a是形成为交叉流接触器的第五实施例的示意图；
图5b是形成为交叉流接触器的第六实施例的示意图；
图6是形成为热交换器的第七实施例的示意图；
图7是形成为带有成角度凸缘的逆流接触器的第八实施例的示意图；
图8是带有具有三角形横截面的通道的整体的第一实施例的示意图；
图9是带有具有矩形横截面的通道的整体的第二实施例的示意图；
图10是带有具有六边形横截面的通道的整体的第三实施例的示意图；
图11a是由若干整体结构构成的接触器的示意图，包括液体分配器和液体收集器；
图11b是图11a的接触器的切口，其聚焦在液体分配器上；
图11c是图11a的接触器的切口，其聚焦在液体收集器上；
图12是接触器的逐层组装的示意图；并且
图13是根据图10的整体的特别优选的实施例的示意图，带有用于传导第一流体的阶梯结构。
原则上，在附图中，用相同的参考数字指定相同的部件。
具体实施方式
图1示出了接触器100.0的功能的示意图。接触器100.0基本上由用于传导第一流体的结构110.0和若干平行布置的凸缘120.0的形式的断流器组成。凸缘120.0连接到结构110.0。在结构110.0的外表面的区域中，设置接触区域104.0，其布置为传导第二流体并与第一流体和第二流体接触。结构110.0可以不同的方式形成，如下面将用不同的实例来例证的。结构110.0可特别地由壁、毛细管、孔、组织组成，其优选地容易由第一流体润湿。
凸缘120.0包括面对该结构的区域，其可容易地由第一流体润湿。凸缘120.0还包括远离结构的区域，其几乎不能由第一流体润湿。以此方式，第一流体应保持远离第二流体以在相反方向上高速流动的区域，因为第一流体可被第二流体拖离这里。代替不同的可润湿性级别，提供了凸缘的其它特性，特别是其形状、撕裂边缘等。
在操作中，在第一方向101.0上传导第一流体，特别是液体，使其通过该结构。在第二方向102.0上，沿着在几个凸缘120.0上的接触区域104.0中形成的相边界表面104.1，传导第二流体，特别也是液体或者气体、蒸汽等。以此方式在两种流体之间形成的相边界或者边界表面104.1在图1中用虚线表示，并且如图所示，显示弯曲形式。在根据图1的可视化中，方向101.0和102.0彼此相对，其对应于逆流。在以下实例中，示出了两种流体相对于彼此的其它可能的流动方向。在凸缘120.0之间的区域中，使第二流体与第一流体接触。这两种流体可在此区域中交换能量或者物质。在本情况中，相邻凸缘之间的距离和凸缘的高度具有大约5:2的关系。因此，在凸缘120.0之间，第二流体显示出显著降低的流速。由于涡流，第二流体还显示出与凸缘120.0外部的流动方向相比，凸缘120.0之间的明显改变的流动方向。以此方式，于是，以理想的方式，在自由表面产生第一流体和第二流体的同时接触，因此，最终可基本上防止溢流。
图2示出了形成为逆流接触器的接触器100.1的第一实施例的示意图。接触器100.1基本上由结构110.1和若干平行布置的凸缘120.1的形式的断流器组成。结构110.1基本上是板状的，由组织或者开孔泡沫组成，第一流体可在方向101.1上流动通过该组织或者开孔泡沫。凸缘120.2以规则的间隔连接到结构110.1。在此情况中，凸缘距离和凸缘高度之间的比例是大约5:1。结构110.1在两侧上具有凸缘120.1，由此多对凸缘相对于结构110.1彼此相对。第二流体在方向102.1上流动，基本上在与第一流体相反的方向上。在结构100.2的两侧的杆棒之上传导第二流体，使得可在两侧上实现两种流体之间的接触。
图3a示出了形成为逆流接触器的接触器100.2的第二实施例的示意图。接触器100.2基本上由结构110.2和若干平行布置的凸缘120.2的形式的断流器组成。于是结构110.2基本上板状地布置，并包括一系列平行布置的杆棒111.2，在其之间在两侧上设置开放的毛细管。凸缘120.2连接到结构110.2。凸缘120.2垂直于杆棒111.2布置。于是结构100.2在两侧上具有凸缘120.2，其相对于结构100.2成对地彼此相对。在此实例中，凸缘距离和凸缘高度的比例是大约6:1。第一流体在方向101.2上在杆棒111.2之间流动通过结构110.2，同时将第二流体以矩形的方式传导到凸缘120.2，从而平行于杆棒111.2。在杆棒之上在结构100.2的两侧上传导第二流体，使得可在两侧上实现两种流体的接触。
图3b示出了形成为逆流接触器的接触器100.3的第三实施例的示意图。接触器100.3基本上由结构110.3和若干平行布置的凸缘120.3的形式的断流器组成。除了接触器100.2以外，在当前情况中，结构110.3仅显示由杆棒111.3形成的单侧开放的毛细管。在结构100.3的第一侧通过凸缘120.3类似地连接到结构100.2时，结构100.3的相对的第二侧连接到板112.3。在此实例中，凸缘距离和凸缘高度的比例是大约5:1。因此，只在方向102.3上在第一侧上传导第二流体。
图4示出了带有阶梯结构的接触器100.4的第四实施例的示意图。接触器100.4基本上由结构110.4和若干平行布置的凸缘120.4的形式的断流器组成。结构110.4包括多个纵向阶梯元件113.4。这是两层组装起来的。在第一层中，将元件113.4以规则间隔平行布置为使得元件113.4的阶梯彼此面对。用相同的方式构造第二层。现在以阶梯侧彼此接触且第一层的元件113.4以近似矩形的方式朝向第二层的元件113.4的方式布置这两个层。一个层的两个相邻元件113.4之间的距离大约是两个相邻的凸缘120.4之间的距离的三分之一。凸缘120.4进而布置在结构110.4的两侧，由此两个凸缘120.4相对于结构110.4彼此相对。元件113.4与凸缘120.4形成大约45°的角度。在此实例中，凸缘距离和凸缘高度的比例是大约7:1。在平面101.4中的结构的两个平面中传导第一流体。在一个平面中以相对于凸缘45°的角度传导第一流体，并在另一平面中分别以大约-45°或315°的角度传导第一流体。平均而言，第一流体相对于第二流体仍然在相反的方向上流动。因此，接触器100.4是逆流接触器。
图5a示出了同样形成为交叉流接触器的接触器100.5的第五实施例的示意图。接触器100.5基本上由结构110.5和若干平行布置的凸缘120.5的形式的断流器组成。用与结构110.3相同的方式构造结构110.5，由此在后壁112.5上布置若干平行的杆棒111.5。在当前情况中，每第三个杆棒111.5设置有凸缘120.5。然而，技术人员知道，每第二个、每第四个、每第五个等的杆棒111.5可设置有凸缘120.5。在此实例中，凸缘距离和凸缘高度的比例是大约7:1。在方向101.5上在杆棒111.5之间传导第一流体的同时，在方向102.5上传导第二流体，两者都与凸缘120.5及与方向101.5成直角。
图5b示出了形成为交叉流接触器的接触器100.6的第六实施例的示意图。接触器100.6基本上由结构110.6和若干平行布置的凸缘120.6的形式的断流器组成。在当前情况中，结构110.6仅包括板112.6，例如根据接触器100.5。板112.6可提供为组织或者均匀的板。将凸缘120.6彼此平行地布置在板112.6上。在此实例中，凸缘距离和凸缘高度的比例是大约6:1。
图6是形成为热交换器的第七实施例的示意图，其包括两个根据图3b的接触器100.3。本质上，这是根据图3b的接触器的另一种应用可能性。这两个接触器被布置为使得两个板112.7限定传热介质可流经的中间空间。
图7是形成为带有成角度凸缘的逆流接触器的接触器100.8的第八实施例的示意图。接触器100.8基本上由结构110.8和若干平行布置的凸缘120.8的形式的断流器组成。结构110.8包括平板112.8，该平板上平行布置有凸缘，凸缘相对于第一流体的流动方向101.8以大约5到10°的角度倾斜。结构100.8包括具有相同布置的凸缘120.8的第二板112.8。两个板112.8与面对的凸缘120.8相对，使得一个板112.8的凸缘120.8的一个方向与第二板112.8的凸缘120.8的一个方向交叉。第一板和第二板112.8的凸缘120.8隔开，从而形成用于第二流体的流动空间。第二流体在方向102.8上流动，因此在第一流体的相反方向101.8上流动。随着凸缘120.8的取向，在第二流体的流动中引起在方向102.8上于轴线之上的旋转运动，其适合于加强第二流体中的混合。
上述接触器可以实现更大整体结构的方式模块化地组装。具有三个用于从多个根据以上描述的接触器组装的整体的实例。
图8示出了带有具有三角形横截面的通道的整体100.9的第一实施例的示意图。整体100.9基本上由结构110.9和若干平行布置的凸缘120.9的形式的断流器组成。在此实例中，该结构由开孔材料制成，其在第一流体的流动方向101.9上包括多个平行通道，将第二流体通过该平行通道逆流地传导到第一流体。在此实例中，通道具有三角形横截面。在通道内，将向内伸出的凸缘120.9和周向凸缘相对于流动方向101.9成直角地以规则间隔布置。
图9示出了带有具有矩形横截面的通道的整体100.10的第二实施例的示意图。整体100.10基本上与整体100.9相同地组装，由此通道具有六边形横截面，从而形成蜂窝形状。在通道内，将向内伸出的凸缘120.10和周向凸缘相对于流动方向101.10成直角地以规则间隔布置。
图10示出了带有具有六边形横截面的通道的整体100.11的第三实施例的示意图。整体100.11基本上以与整体100.9相同的方式组装，由此通道具有矩形横截面。在通道内，将向内伸出的凸缘120.11和周向凸缘相对于流动方向101.11成直角地以规则间隔布置。
技术人员知道，整体的通道还可包括不同形状的横截表面，例如五边形、圆形、矩形、狭缝形等。
图11a示出了根据图8至图10或图13中的一个的整体100.12的示意图，其包括液体分配器130.12和液体收集器140.12。液体分配器130.2以这样的方式与整体100.12的端部连接，使得在液体分配器130.12的入口中在方向101.12上流动的第一流体到达整体100.12的结构，并可通过该整体。在整体的相对端，将以与液体分配器130.12相同的方式组装的液体收集器140.12组装为使得当离开整体100.12的结构时收集第一流体并将其通过排水管排出。液体分配器130.12及液体收集器140.12都包括多个开口，这些开口与整体100.12的上述通道连通，使得第二流体可通过液体分配器130.12到达通道并可通过液体收集器140.12再次从通道排出。
图11b示出了根据图11a的接触器100.12的切口，聚焦在液体分配器130.12上。
图11c示出了根据图11a的接触器100.12的切口，聚焦在液体收集器140.12上。
在一个优选实施例中，该结构可由氧化铝组成，因此容易润湿，而凸缘在内部(即，在结构的方向上)由氧化铝制成，而在外部由二氧化铈制成，因此后者的润湿性较差。技术人员还分别知道其它合适的材料或者涂层，可通过其制造接触器。
图12最后示出了接触器1的分层设计的示意图。接触器1具有两个阶梯元件2a、2b。第一阶梯元件2a从右下部向左上部延伸，而第二阶梯元件2b从左下部向右上部延伸，并且布置在第一阶梯元件2a后面的水平面上。一般流动方向T是从底部到顶部。分区底部/顶部是随机选择的，仅用于说明附图，并且与接触器1没有任何功能关系。一般流动方向T表示通过接触器1的流体在下端(即，此实例中的接触器1的进口端)与接触器1有第一接触，并且在出口端11处的接触器1的上端离开所述接触器。阶梯元件2a、2b由多个层2、2'、2″、2″′、2″″、2″″′形成，这些层为阶梯元件2a、2b提供整体阶梯结构。其中，第一层2由第二层2'部分地覆盖，第二层2'进而由第三层2″部分地覆盖。在此实例中，重叠的程度，即，与第二层2'的表面份额紧密结合的第一层2的阶梯的表面的份额，在整个接触器1中是恒定的。各个层2、2'、2″、2″′、2″″、2″″′形成第一阶梯元件2a的阶梯及第二阶梯元件2b的阶梯。在本实例中，重叠度是大约50％，即，垂直于主流动方向延伸的层的表面的50％与相邻的层粘结接触。在本实例中，层的厚度，即，平行于主流动方向T延伸的表面，对应于未被后续层重叠的自由表面。层的重叠表面份额形成混合表面5。混合表面5在完成的接触器1中粘结地连接。
以阶梯元件2a、2b的层2″″的实例为例，这意味着位于层2″″中或者位于膨胀轴X、Y的表面区域中的两个阶梯形成接合层。在层2″″的阶梯元件2a、2b的阶梯之间，设置凹槽12。所示示例性的阶梯元件2a、2b朝着彼此往复地延伸，并且以90°的角度交叉，在假定的中轴上通过阶梯元件2a、2b的阶梯的所有边缘计算。
图13示出了另一接触器或者另一整体100.13的示意图。该另一整体100.13是图10中大致举例说明的整体100.11的一个特别优选的实施例。在其中传导流体的通道也具有矩形横截面。在通道内，将向内伸出的凸缘120.13和周向凸缘相对于第一流体的流动方向101.113或者在第二流体102.13的流动方向上成直角地以规则间隔布置。通过整体100.13，用于传导第一流体的结构110.13形成为阶梯结构，类似于图4所示的实施例。从而获得整体结构100.13，其中，通过分别在流动方向101.13或者102.13上布置的，或者以规则间隔布置的立方体连接元件114.13，在周向凸缘120.13的区域中，使相对于彼此以直角布置的若干阶梯状部分结构单元的网络彼此连接。连接元件114.13的短边缘与周向凸缘120.13的短边缘重合。
然而，上述实施例仅必须理解为举例说明可在基础发明的框架内修改的实例。
也可将图1所示的接触器1制造为多个，其产生具有更多阶梯元件2a、2b的更大的接触器1。这种元件可根据需要经常重复，例如作为间隔A，也可具有不同的基本取向，以产生更大的接触器1。
图1所示示例性的层2、2'、2″、2″′、2″″、2″″′的层厚可在从30μm到10mm变化。在本实例中，层2、2'、2″、2″′、2″″、2″″′具有500μm的层厚。
在图2中，组织或者开孔泡沫也可作为有序毛细管系统提供，例如如图4所示的阶梯棒的形式。也可用具有规则布置的毛细管和/或阶梯棒的有序结构代替图8、图9和图10所示的具有随机结构的开孔材料。
总之，要确定根据本发明提供了一种装置，通过该装置，可使两种流体以特别有效的方式彼此接触，并且通过该装置，可降低溢流的危险。

Claims (15)

1.一种包括用于接触至少两个流体流的接触器的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，该接触器包括用于传导第一流体的、具有平均直径为200微米到1毫米的开孔和/或毛细管的结构(100.0)，由此所述结构(100.0)包括接触区域，该接触区域不包括平均直径为200微米到1毫米的开孔和/或毛细管，所述接触区域被设计为传导第二流体，且由此在所述接触区域中，能够使所述第一流体与所述第二流体接触，其中，在所述接触区域(100.0)中设置至少一个断流器(120.0)以截断所述第二流体的流动，其中所述断流器(120.0)包括至少两个凸缘，其中两个相邻所述凸缘之间的距离与所述凸缘的高度的比在1到10的范围内，其中用于在所述结构中分配所述第一流体的分配器被设置在所述接触器的第一端并且用于收集来自所述结构的所述第一流体的收集器被设置在与所述第一端相对的第二端。
2.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述第二流体能够在第二方向上流动，所述第二方向与所述凸缘的方向交叉。
3.根据权利要求1或2所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述结构(100.0)被设计为并且所述断流器(120.0)被布置为，使得所述第一流体能够在第一方向上流动，所述第一方向与断流器单元交叉。
4.根据权利要求3所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述第一方向与所述凸缘的方向构成60°到90°的角度。
5.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，两个相邻所述凸缘之间的距离与所述凸缘的高度的比在3到7的范围内。
6.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述结构(100.0)包括一个或多个以下特征：
e)组织；
f)开孔材料；
g)毛细管；
h)阶梯结构。
7.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述结构(100.0)形成为蜂窝形状，由此所述断流器(120.0)在蜂窝中径向地向内突出。
8.根据权利要求7所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述蜂窝具有正多边形形状的横截面。
9.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述结构(100.0)包括阶梯棒元件。
10.根据权利要求9所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述结构(100.0)包括多个横向布置的阶梯棒元件。
11.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，所述凸缘包括接近所述结构的区域，接近所述结构的区域具有第一润湿性，并且其中所述凸缘具有远离所述结构的区域，远离所述结构的区域具有与所述第一润湿性不同的第二润湿性。
12.根据权利要求1所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器，其特征在于，两个接触器以这样的方式布置，第一接触器的第一端被连接到第二接触器的第二端，使得能够将所述第一流体通过所述第一接触器的结构传导到所述第二接触器的结构。
13.一种用于通过使用根据权利要求1到12中任一项所述的蒸馏塔、萃取塔或气体洗涤器在第一流体和第二流体之间产生接触的过程方法。
14.根据权利要求13所述的过程方法，其特征在于，所述断流器(120.0)使所述第二流体产生涡流，通过此在局部达到所述第一流体和所述第二流体的同时接触。
15.根据权利要求13或14所述的过程方法，其特征在于，所述第二流体的流速被选择为使得不出现溢流。
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