CN111526930B - 用于在传质塔中使用的规整填料模块及组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在传质塔中使用的规整填料模块。规整填料模块中的规整填料的波纹片材通过紧固件保持在一起，紧固件从规整填料模块的相反侧以相对于规整填料模块的侧成倾斜角度或垂直地延伸到波纹片材中。紧固件可具有带有抵抗紧固件从规整填料片材移除的突起或凹口的外表面。

Description

用于在传质塔中使用的规整填料模块及组装方法
背景技术
本发明总体涉及在其中发生质量传递和热交换的塔，并且更具体地，涉及在此类塔中使用的规整填料模块以及用于组装这些规整填料模块的方法。
传质塔被配置为使至少两种流体流接触，以提供具有特定组成和/或温度的产物流。如本文所用，术语“传质塔”旨在涵盖其中以传质和/或传热为主要目标的塔。一些传质塔，诸如用于多组分蒸馏和吸收应用的传质塔，使气相流与液相流接触，而其他传质塔，诸如提取塔，可设计为促进两个不同密度的液相之间的接触。通常情况下，传质塔被配置为使上升的蒸气或液体流与下降的液体流接触，通常沿着设置在塔内的多个传质表面接触。通常，这些传递表面由设置在塔的内部体积中的结构限定，这些结构被配置为促进两个流体相之间的密切接触。由于这些传递表面，增强了这两个相之间传质和传热的速率和/或程度。
结构化填料常常用于在塔内提供传热和/或传质表面。存在许多不同类型的规整填料，并且大多数类型包括多个波纹规整填料片材，这些波纹规整填料片材以直立平行的关系定位并且接合在一起，以形成具有沿着相邻片材的交叉波纹所形成的流体通道的规整填料砖或模块。规整填料模块中的单独的规整填料模块被定位成端对端且侧对侧，以形成填充塔的水平横截面的规整填料层。多个填料层通常放置成彼此接触，并且其中一个层中的规整填料片材的取向相对于相邻层中的规整填料片材发生旋转。
通常使用各种方法将形成规整填料模块的单独的规整填料片材的集合接合在一起。一种方法涉及驱动钉穿过所有的规整填料片材，使得每个钉的头部靠在第一张规整填料片材上，并且每个钉的端部部分延伸超过最后一张规整填料片材。然后将每个钉的端部部分抵靠最后一个填料片材弯曲，以防止钉的移除并且将组装好的规整填料片材紧密地保持在一起。将每个钉的端部部分弯曲的过程增加了组装过程中的额外步骤，并且可在规整填料片材上施加局部力，这些局部力致使它们变形并破坏流动通过规整填料模块的蒸气和液体的预期相互作用。将规整填料片材接合在一起的另一种方法使用螺钉，这些螺钉往往比钉更昂贵，并且在过度拧紧时可致使规整填料片材变形。电阻焊接也已用于将规整填料片材接合在一起，但此过程需要专门的装备并且比简单地驱动钉或转动螺钉更耗时。
因此，需要开发一种将规整填料片材接合在一起以形成规整填料模块的改进的方法。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种规整填料模块，包括：多个单独的规整填料片材，所述多个单独的规整填料片材以彼此呈直立平行的关系顺序地布置，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；以及紧固件，所述紧固件从所述规整填料模块的所述相反侧延伸到所述规整填料片材中。所述紧固件可以相对于所述规整填料模块的所述侧成倾斜角延伸，或者它们可垂直于所述规整填料模块的所述侧延伸。
在另一方面，本发明涉及一种规整填料层，包括：多个上述规整填料模块，所述的多个上述规整填料模块以端对端且侧对侧的关系定位。
在另一个方面，本发明涉及一种形成所述规整填料模块的方法，包括：将所述规整填料片材以彼此呈直立平行的关系、以顺序布置方式组装在一起，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；以及从所述规整填料模块的所述相反侧将紧固件插入所述规整填料片材中。所述紧固件可以相对于所述规整填料模块的所述侧成倾斜角插入，或者它们可垂直于所述规整填料模块的所述侧插入。
在再另一个方面，本发明涉及一种规整填料模块，包括：多个单独的规整填料片材，所述多个单独的规整填料片材以彼此呈直立平行的关系顺序地布置，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；以及紧固件，所述紧固件从所述规整填料模块的所述相反侧延伸到所述规整填料片材中并且具有带有抵抗紧固件从规整填料片材移除的突起或凹口的外表面。
附图说明
在形成本说明书的一部分并且在各个视图中使用类似的附图标号来指示类似的部件的附图中：
图1为传质塔的局部透视图，其中塔的壳体的一部分被剖开以示出壳体内的开放内部区域中的规整填料的层；
图2为通过紧固件保持在一起的规整填料砖的侧透视图，这些紧固件插入穿过填料砖的相反侧；
图3为已经沿着紧固件中的一个紧固件在水平面中切割的规整填料砖的一部分的侧透视图；
图4为规整填料砖的顶部平面图；
图5为示出紧固件和规整填料砖的轮廓的侧正视图；
图6为示出紧固件和规整填料砖的轮廓的端部正视图；
图7为规整填料砖和紧固件中的一个紧固件的顶部局部透视图，并且其以图2至图6中使用那个的放大比例示出；
图8为规整填料砖的另一个实施方案的顶部平面图；
图9是紧固件中的一个紧固件的顶部透视图；
图10为呈图9中使用的那个的放大比例的紧固件的顶部局部透视图；并且
图11为紧固件的另一个实施方案的顶部局部透视图。
具体实施方式
现在转到更详细的附图并且首先转到图1，适用于在质量传递或热交换过程中使用的传质塔通常由数字10来表示。传质塔10包括可为圆柱形构型的直立外部壳体12，但包括多边形的其他构型是可能的并且在本发明的范围内。壳体12可具有任何合适的直径和高度并且可由一种或多种刚性材料构造而成，该一种或多种刚性材料对于在传质塔10的操作期间存在的流体和条件而言合意地为惰性的或以其他方式与这些流体和条件相容。
传质塔10可为以下类型：用于处理流体流(通常为液体流和蒸气流)以获取分馏产物或以其他方式引起流体流之间的质量传递或热交换。例如，传质塔10可为在其中发生以下过程的塔：原油常压处理、润滑油真空处理、原油真空处理、流体或热裂化分馏、焦化或减粘裂化分馏、焦炭洗涤、反应器废气清理、气体淬火、食用油除臭、污染控制洗涤或其他过程。
传质塔10的壳体12限定开放内部区域14，在该开放内部区域中发生流体流之间的所需质量传递或热交换。在一个具体实施中，流体流可包括一个或多个上升的蒸气流以及一个或多个下降的液体流。在其他具体实施中，流体流可包括上升或下降的液体流或者上升或下降的蒸气流的基本上任意组合。
可通过沿传质塔10的高度定位在适当位置处的任何数量的进料管线(未示出)将一种或多种流体流引导到传质塔10中。在一个具体实施中，蒸汽流可在传质塔10内生成，而不是通过进料管线被引入传质塔10内。可通过任何数量的出料管线将一种或多种流体流引导出传质塔10。在一个具体实施中，液体可通过上进料管线引入，通过传质塔10下降并通过出料管线去除，而蒸气可通过下进料管线引入，通过传质塔10上升并通过上出料管线去除。
通常存在的其他传质塔部件诸如回流料流管线、再沸器、冷凝器、蒸汽角(vaporhorns)、液体分布器等并未在附图中示出，因为它们实质上是常规性的并且这些部件的图示据信不是理解本发明所必需的。
一个或多个规整填料层16定位在塔10的开放内部区域14内。在例示的实施方案中，四个填料层16以堆叠的关系设置，但应当理解，可提供更多或更少的填料层16。规整填料层16中的每个规整填料层完全延伸跨过塔10的水平内部横截面，并且适当地支撑在诸如固定到塔壳体12的支撑环(未示出)上、下面的填料层17上或由网格或其他合适的支撑结构(未示出)支撑。
另外转到图2至图4，每个填料层16由多个规整填料模块18形成，这些规整填料模块18继而由多个单独的规整填料片材20形成。每个规整填料模块18中的规整填料片材20以彼此呈直立平行的关系定位。规整填料片材20中的每张规整填料片材由适当刚性的材料(诸如各种金属、塑料或陶瓷中的任何一种)构造而成，该材料具有足够的强度和厚度以承受塔10内所经受的处理条件。规整填料片材20中的每张规整填料片材呈现正面和后面，其中的全部或一部分可为基本光滑的并且没有表面纹理，或者其可包括各种类型的纹理、压花、沟槽或凹坑。在例示的实施方案中，规整填料片材20被示出为穿孔有任选的孔22，这些孔22允许流体穿过单独的规整填料片材20。在附图中，出于例示性目的，孔22仅在规整填料片材20的一些部分中示出，但应当理解，孔22通常可放置在规整填料片材20的所有区域中。填料层18的表面的配置和孔22的任选用途取决于使用的填料元件16的特定应用，并且可被选择成使上升的流体流和下降的流体流之间的接触最大化。
每张规整填料片材20也被示出为被波纹化成具有沿着相关联的填料层18中的一部分填料层或全部填料层延伸的多个平行波纹24。波纹24通常具有三角形或正弦形横截面，并且由交替的峰和谷以及在相邻峰和谷之间延伸的波纹侧壁形成。在波纹填料片材20的正面上形成的谷看起来像是相对面或背面上的峰。规整填料片材20中的相邻规整填料片材以纵横交错或交叉波纹的方式布置有波纹24，使得每张规整填料片材20的波纹24以与每个相邻规整填料片材20的波纹24成倾斜角延伸。波纹中的每个波纹相对于塔10的竖直轴线的倾斜角可针对预期使用规整填料模块18的特定应用的要求来选择。可使用至少30°、至少45°和至少60°的倾斜角，以及适用于塔10的特定最终用途的其他角度。示出了规整填料片材20中的相邻规整填料片材，其中它们的波纹24彼此接触。在其他实施方案中，规整填料片材20中的一张规整填料片材中的波纹24中的一些波纹或全部波纹诸如通过使用间隔件与相邻的规整填料片材20中的波纹24间隔开。
由规整填料模块18形成的每个规整填料层16通常可直接堆叠在相邻的下面规整填料层16上，并且通常可相对于相邻的填料层16旋转，使得填料层16中的一个填料层中的单独的规整填料片材20定位在竖直平面中，这些竖直平面被旋转以相对于由相邻规整填料层16中的单独的填料片材20限定的竖直平面形成角度。该旋转角通常为45度或90度，但如果需要，可为其他角度。在一个实施方案中，每个填料层16的总体高度可在约2英寸至约12英寸的范围内，但可与该范围不同，这取决于预期使用规整填料模块18的特定应用。
规整填料模块18在图2至图4中被示出为具有六面多面体形状，即，呈矩形立方体形式的六面体。在其他实施方案中，规整填料模块18可为其他形状，包括立方体和平行六面体。定位在每个规整填料层16的外周边处的那些规整填料模块18可具有弯曲侧，使得规整填料层16的外周边形成适形于传质塔10的壳体12的圆柱形状的圆。从一个角度来看，规整填料片材20顺序地布置，其中规整填料片材20中的第一张规整填料片材的正面形成规整填料模块18的一侧，并且组装好的规整填料片材20中的最后一张规整填料片材的背面形成规整填料模块18的相反侧。规整填料片材20的端部形成规整填料模块18的端部，并且规整填料片材20的顶部边缘和底部边缘形成规整填料模块18的顶部表面和底部表面。
组装在规整填料模块18中的每个规整填料模块中的单独的规整填料片材20通过紧固件26保持在一起，这些紧固件26从规整填料模块18的相反侧延伸到规整填料片材20中。根据本发明的一个实施方案，紧固件26以相对于规整填料模块18的侧成倾斜角延伸。在一个实施方案中，倾斜角可在30度和80度之间的范围内。在另一个实施方案中，倾斜角可在40度和70度之间的范围内。其他倾斜角是可能的。
在一个实施方案中，从规整填料模块18的一侧延伸的紧固件26不延伸到或穿透规整填料模块18的另一侧。同样，从规整填料模块18的另一侧延伸的紧固件26不延伸穿过规整填料模块18的一侧。紧固件26各自可延伸穿过每个规整填料模块18中的至少60％、至少75％或至少95％数量的规整填料片材20。在其他实施方案中，紧固件26可延伸穿过规整填料模块18的相反侧，但不应延伸穿过相反侧至妨碍规整填料模块18侧对侧放置的程度。
如图2、图5和图6最佳可见，紧固件26中的从规整填料模块18的侧中的一侧延伸的每个紧固件与紧固件26中的从规整填料模块18的相反侧延伸的另一个紧固件成对，其中紧固件26之间的交叉角抵抗规整填料片材20在规整填料模块18内的分离。通常，成对紧固件26中的至少两对紧固件定位在规整填料模块18中的间隔开的位置处。
紧固件26可包括各种形式。在图9至图11所示的例示实施方案中，每个紧固件26包括柄部28，该柄部28在一端具有头部30并且在相对端具有尖头。头部30可被平坦化以提供更宽的表面以便靠在其所接触的规整填料片材20上。柄部28可具有平滑的外表面或者其可包括抵抗紧固件26从规整填料片材20移除的突起部或凸起结构32。凸起结构32可具有各种形式，包括图9和图10所示的反向齿、环状结构或螺旋结构。在另一个实施方案中，柄部28的外表面可包括如图11所示的沟槽34或用于抵抗紧固件26从规整填料片材20移除的其他凹口。
当紧固件26的柄部28包括凸起结构32和/或沟槽34时，紧固件26可相对于规整填料模块18的相反侧垂直地延伸，如图8所示，其中凸起结构32和/或沟槽34抵抗规整填料片材20在规整填料模块18内的分离。在如图2至图7所示的另一个实施方案中，具有凸起结构32和/或沟槽34的紧固件26以倾斜角从规整填料模块18的相反侧延伸，在这种情况下，成对紧固件26和凸起结构32和/或沟槽34之间的交叉角抵抗规整填料片材20在规整填料模块18中的分离。在再另一个实施方案中，不具有凸起结构32和/或沟槽34的紧固件26以倾斜角从规整填料模块18的相反侧延伸，并且成对紧固件26之间的交叉角抵抗规整填料片材20在规整填料模块18中的分离。
在形成规整填料模块18的方法中，将单独的规整填料片材20以彼此呈直立平行的关系、以顺序布置方式组装在一起，其中规整填料片材20中的第一张规整填料片材的正面形成规整填料模块18的一侧，并且规整填料片材20中的最后一张规整填料片材的背面形成规整填料模块18的相反侧。然后将紧固件26从规整填料模块18的相反侧以相对于规整填料模块18的侧成倾斜角或垂直地插入组装好的规整填料片材20中。在一个实施方案中，通过对紧固件26的头部30施加驱动力来插入紧固件26。校准驱动力以致使紧固件26穿透规整填料片材20，以使紧固件26的头部30与规整填料片材20中的第一张规整填料片材的正面接合而不致使其变形。
从上述内容可看出，本发明非常适于实现上文阐述的所有目的和目标，并且具有结构所固有的其他优点。
应当理解，某些特征和子组合具备实用性并且可被采用，而无需参考其他特征和子组合。这是本发明所预期的并且在本发明的范围内。
由于多种可行实施方案在不脱离本发明的范围的情况下可根据本发明作出，因此应当理解，在本文中阐述或在附图中示出的所有内容均被理解为具有示例性而非限制性的意义。

Claims (23)

1.一种规整填料模块，包括：
多个单独的规整填料片材，所述多个单独的规整填料片材以彼此呈直立平行的关系顺序地布置，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；和
紧固件，所述紧固件从所述规整填料模块的所述相反侧以相对于所述规整填料模块的所述侧成倾斜角延伸到所述规整填料片材中，
其中所述规整填料片材中的每张规整填料片材被波纹化成具有平行波纹，并且所述规整填料片材被布置成使得所述规整填料模块中的每个规整填料模块的所述波纹以与所述规整填料模块中的相邻规整填料模块的波纹成斜角延伸，并且
其中所述紧固件包括从头部延伸的柄部，并且所述柄部具有外表面，所述外表面带有抵抗所述紧固件从所述规整填料片材移除的突起或凹口。
2.根据权利要求1所述的规整填料模块，其中所述紧固件不延伸到所述规整填料模块的所述相反侧。
3.根据权利要求1所述的规整填料模块，其中所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述侧中的一个侧延伸的每个紧固件与所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述相反侧延伸的另一个紧固件成对。
4.根据权利要求3所述的规整填料模块，包括所述成对紧固件中的定位在间隔开的位置处的两对紧固件。
5.根据权利要求1所述的规整填料模块，其中所述规整填料片材被布置成形成六面多面体形状。
6.根据权利要求5所述的规整填料模块，其中所述六面多面体形状为立方体、矩形立方体或平行六面体。
7.根据权利要求5所述的规整填料模块，其中所述倾斜角在30度和80度之间。
8.一种规整填料层，包括：多个规整填料模块，所述多个规整填料模块以端对端并且侧对侧的关系定位，所述规整填料模块中的每个规整填料模块包括：
多个单独的规整填料片材，所述多个单独的规整填料片材以彼此呈直立平行的关系顺序地布置，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧，
其中所述规整填料片材中的每张规整填料片材被波纹化成具有平行波纹，并且所述规整填料片材被布置成使得所述规整填料模块中的每个规整填料模块的所述波纹以与所述规整填料模块中的相邻规整填料模块的波纹成斜角延伸；和
紧固件，所述紧固件从所述规整填料模块的所述相反侧以相对于所述规整填料模块的所述侧成倾斜角延伸到所述规整填料片材中，其中所述紧固件包括从头部延伸的柄部，并且所述柄部具有外表面，所述外表面带有抵抗所述紧固件从所述规整填料片材移除的突起或凹口。
9.根据权利要求8所述的规整填料层，其中所述紧固件不延伸到所述规整填料模块的所述相反侧。
10.根据权利要求9所述的规整填料层，其中所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述侧中的一个侧延伸的每个紧固件与所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述相反侧延伸的另一个紧固件成对。
11.根据权利要求10所述的规整填料层，包括所述成对紧固件中的定位在间隔开的位置处的两对紧固件。
12.根据权利要求8所述的规整填料层，其中所述规整填料片材被布置成形成六面多面体形状。
13.根据权利要求12所述的规整填料层，其中所述六面多面体形状为立方体、矩形立方体或平行六面体。
14.根据权利要求12所述的规整填料层，其中所述倾斜角在30度和80度之间。
15.一种形成根据权利要求1所述的规整填料模块的方法，包括：
将所述规整填料片材以彼此呈直立平行的关系、以顺序布置方式组装在一起，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；以及
从所述规整填料模块的所述相反侧以相对于所述规整填料模块的所述侧成倾斜角将紧固件插入所述规整填料片材中，
其中所述规整填料片材中的每张规整填料片材被波纹化成具有平行波纹，并且所述规整填料片材被布置成使得所述规整填料模块中的每个规整填料模块的所述波纹以与所述规整填料模块中的相邻规整填料模块的波纹成斜角延伸，并且
其中所述紧固件包括从头部延伸的柄部，并且所述柄部具有外表面，所述外表面带有抵抗所述紧固件从所述规整填料片材移除的突起或凹口。
16.一种规整填料模块，包括：
多个单独的规整填料片材，所述多个单独的规整填料片材以彼此呈直立平行的关系顺序地布置，其中所述规整填料片材中的第一张规整填料片材的正面形成所述规整填料模块的一侧，并且所述规整填料片材中的最后一张规整填料片材的背面形成所述规整填料模块的相反侧；和
紧固件，所述紧固件从所述规整填料模块的所述相反侧延伸到所述规整填料片材中，其中所述紧固件包括从头部延伸的柄部，并且所述柄部具有带有抵抗所述紧固件从所述规整填料片材移除的突起或凹口的外表面。
17.根据权利要求16所述的规整填料模块，其中所述规整填料片材中的每张规整填料片材被波纹化成具有平行波纹，并且所述规整填料片材被布置成使得所述规整填料模块中的每个规整填料模块的所述波纹以与所述规整填料模块中的相邻规整填料模块的波纹成斜角延伸。
18.根据权利要求17所述的规整填料模块，其中所述紧固件不延伸到所述规整填料模块的所述相反侧。
19.根据权利要求17所述的规整填料模块，其中所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述侧中的一个侧延伸的每个紧固件与所述紧固件中的从所述规整填料模块的所述相反侧延伸的另一个紧固件成对。
20.根据权利要求19所述的规整填料模块，包括所述成对紧固件中的定位在间隔开的位置处的两对紧固件。
21.根据权利要求17所述的规整填料模块，其中所述紧固件相对于所述规整填料模块的所述侧垂直地延伸到所述规整填料片材中。
22.根据权利要求21所述的规整填料模块，其中所述规整填料片材被布置成形成六面多面体形状。
23.根据权利要求22所述的规整填料模块，其中所述六面多面体形状为立方体、矩形立方体或平行六面体。
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