CN1136037C - 进行液相和气相之间物质转移的方法、填充型交换柱及其改造方法 - Google Patents

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Abstract

在填充型交换柱内进行液相和气相之间物质转移的方法，交换柱具有外壳，用以容纳至少一个填料盛篮，上述两相通过它时引起产生反向形式的流动，该方法包括以下步骤：通过网篮的透气表面供给气相至上述至少一个网篮，网篮的透气表面大于网篮的横截面，气相最好主要沿径向流动。

Description

进行液相和气相之间物质转移的方法、填充型 交换柱及其改造方法
技术领域
本发明涉及在填充型交换柱内进行液相和气相之间物质转移的方法，上述两相在通过交换柱时产生反向流动，还涉及填充型交换柱及其改造方法。
背景技术
在以下的陈述和后附的权利要求书中，术语“填充型交换柱”一般应理解为一种装置，在其内部设置多个不同形状和尺寸的元件(填料)，在它的表面上液相和气相产生相互接触，以进行物质转移；这种类型的装置广泛地使用于化工厂，即用于分解、吸收、蒸馏以及洗涤化学制品。
本发明还涉及用于实现上述方法的填充型交换柱，以及改造现有交换柱使其转变为按照本发明的填充型交换柱的方法。
在以下的陈述和后附的权利要求中，术语“改造”应理解为在原位改进现有的填充型或板片型交换柱，以改进其性能，例如，增加其液相和气相之间物质转移的容量和/或效率，以及降低能耗。
众所周知，在此领域内越来越多地感觉到需要提供易于实现的方法，它既要以一种简单和有效的方式进行液相和气相之间的物质转移，又要投资和使用费用低廉以及能耗低。
为了满足上述要求，在此领域内提出了一些用于促进物质转移的方法，其液相和气相通过填充型交换柱内分别向下和向上(实质上沿轴向)流动。
现有的这些方法虽然易于实现，但这些方法存在问题，主要是由于气相通过填料时遭受的大的压力降引起的。
事实上，填料被放置在实质上是圆筒形交换柱内，它具有大的高度-直径比，以保证各相足够时间的相间接触来增强物质转移。
这样一来，在流经填料的过程中，气相产生很大的压力减少(压力降)，它限制了能够供入交换柱的气体量，从而降低了交换柱的工作容量。
由于压力降，供入交换柱的气相的流率必须保持低于预定值，气相的超量供入会导致不希望的“液阻”现象，这时交换柱充满了由来自气相的摩擦阻力使向下移动的液相受阻。应该理解，在这种情况下交换柱无法工作，因为物质转移实际已降至零点。
换句话说，通过填料时气相大的压力降已成为实现上述现有方法时通过交换柱气相流率的限制因素，以及两相之间有效的物质转移的阻碍。
为了抵销气相的压力降，以及借此增加现有技术填充型交换柱的能力，已经提出了某些具有高孔隙率的特殊填料，在气相流通过时没有大的压力降。
虽然这种填料可使供入交换柱的气相的流率有某种增加，但它们并不能提供两相之间完全满意的物质转移，因为通过交换柱的气相的压力降仍相当大，成为上述液阻现象引起的操作的限制。
被称为板片型的交换柱具有多个在交换柱内水平放置的带孔板片，用于代替填充型交换柱。
在这种情况下，用于进行液相和气相之间物质转移的方法包括在板片内混合两相，这些板片典型地设计为增强两相的相互接触。
板片型交换柱适用于低液相流率用途，但它倾向于液阻，截断了液相和气相之间任何进一步有效的物质转移。
考虑到上述缺点，现有技术用于进行液相和气相之间物质转移的方法无论在两相之间转移的总效率、能耗，以及实现这些方法所用交换柱的使用和投资费用方面，均不能提供满意的性能(它们如上所述，存在若干限制)。
所有这些说明，尽管这种技术已在不同的化工用途中使用多年，而在此领域内仍越来越多地感到上面提到的需要。
发明内容
本发明的目的是提供用于液相和气相之间进行物质转移的方法，这种方法以简单和有效的方式提供各相之间的高效的转移，同时投资和使用费用低廉以及能耗低。
为实现本发明的目的，按照本发明提供了一种在填充型交换柱内进行液相和气相之间物质转移的方法，所述的交换柱具有一外壳，用以容纳至少一个装填料的网篮，使上述两相以反向的流动通过网篮，所述的网篮具有一底部及透气的相对的侧壁，该方法具有以下步骤：通过网篮的透气表面供给上述气相至上述至少一个网篮，透气的网篮表面积大于网篮的横截面积。
这样一来，借助使气相流过上述至少一个网篮的透气表面，而透气的表面最好制成大于网篮的横截面，在上述气相通过填料流动时获得了压力降相应的减少，它使得气相的流率增加，以及与此同时在比现有技术方法慢的速率工作，从而大大地增强了各相之间的物质转移。
提供给气相的透气表面越大，物质转移的改进效率的利益越显著。
在此方面，解决上述问题的一种特别有效的方式是一种在填充型交换柱内用以促进液相和气相之间物质转移的方法，所述的交换柱具有外壳，用以容纳至少一个装填料的网篮，所述的网篮具有一底部及透气的相对的侧壁，其横截面小于上述外壳的横截面，上述方法具有以下步骤：
-供给上述液相和气相进入上述填充型交换柱；
-使液相沿实质上轴向流过上述至少一个网篮；
-使气相沿主要径向流过上述至少一个网篮；
-从上述填充型交换柱排出上述液相和气相。
按照本发明的方法，特别是使气相主要沿径向流过填料，而不是象现有技术方法所述，沿轴向流动，可使透气或通道表面大大扩展，以一种简单和有效的方式正面增加两相之间的物质转移，从而大大提高了设计用于实现本方法的交换柱的工作容量，它优于按照上述现有技术方法工作的同尺寸的交换柱。
换一种方式说，对于给定的工作容量而言，实现本发明方法的交换柱的尺寸，实质上小于现有技术方法的交换柱的尺寸。
这一结果主要是因为通过填料径向流动的气相产生的压力降，与通过填料轴向流动的气相产生的压力降比较是微不足道的，因此，本发明的方法可以在不希望的液阻现象产生之前以比现有技术更高的气相流率进行，从而增强了液相和气相之间的物质转移。
特别是本发明的方法可用极为简单和有效的方式，实际消除通过交换柱的气相的压力降及有限流率的限制，使在希望的气相和液相流量和流速下工作，以便最佳地利用填料的交换表面面积，促进物质转移。
有利的是借助本方法，使用填充型交换柱可获得两相之间高效的物质转移，这种交换柱不仅具有最高的效率，而且投资和工作费用低廉以及能耗低。
气相主要沿径向流动通过填料可大大增强两相之间物质转移的事实，与通常现有技术的教导极为矛盾，后者认为气相相对于液相横向流动，从物质转移的观点出发，比两相按实际反向关系的轴向流动不利。
另外，由于主导两相之间物质转移的条件和化学/物理过程可随流动形式不同而变化，按照本发明方法的优点，不是全部可以预见的。
只有本申请人进行的研究工作表明，出乎意料的是具有主要径向的气相流动，与液相实际的轴向流动反向，则主导两相之间物质转移的驱动力可以比真实的反向流动更有效地作用，以及从而使物质转移的效率和强度有利地增强。
使气相沿实质上径向，实质上轴向-径向或实质上横向流过至少一个网篮获得了特别满意的结果。
优选地，通过上述至少一个网篮的气相的主要径向流动是离心的，或向心的，或交替的离心和向心型。
在本发明的一个特别有利的实施例中，使液相和气相在上述至少一个网篮内流过多个相邻叠置区域，液相和气相分别供入上述至少一个网篮的上部区域和下部区域，以及分别由其下部区域和上部区域排出。
将填料分配至气相主要沿径向经过的一组区域，可以获得气流径向分量的增加，以及随之有可能进一步增强气相的流率，从而改进两相之间的物质转移，以及借此改进实现本方法所用交换柱的工作容量。
替代的方案是，使液相和气相分别沿实质上轴向和主要沿径向通过多个叠置的盛填料网篮，也可获得同样的结果。
最好，按照上述实施例，本发明的方法还包括以下步骤：
-在顺序的网篮之间收集和再分配上述液相。
这样一来，有可能保持全部填料经常地被液相流过，从而避免了液相沿优先路径流下，那样仅能流过填料的局部区域，导致参与物质转移的有效面积大为减少。
优选地，引起气相径向流动通过上述至少一个网篮的相邻区域或沿相对方向通过顺序的网篮，从而在交换柱内为气相提供一条曲折的通道，这样从结构观点看是有利的。
为了实现上述方法，本发明提供了一种用于液相和气相之间进行物质转移的填充型交换柱，它具有：
-一个外壳；
-至少一个网篮用于盛填料，它在上述外壳内延伸，上述两相以反向流动形式穿过上述至少一个网篮；
-用于供给上述液相和气相进入上述交换柱的装置；
-用于由上述交换柱排出上述液相和上述气相的装置；
其特征在于上述至少一个网篮具有比外壳的横截面小的横截面和带有供气相通过的透气表面的相对的侧壁，该透气表面积大于网篮的横截面积。
优选地，按照本发明的交换柱的特点是它还具有使上述气相沿主要径向流过上述至少一个网篮的装置。
按照一个最佳实施例，交换柱最好具有：
-实质上呈圆筒形的外壳；
-至少一个圆形填料盛篮，它在上述外壳内同轴地设置，以及具有相对的透气的内圆壁和外圆壁，上述液相沿实质上轴向流动穿过上述至少一个网篮；
-第一自由空间，它被限定在外壳的内壁和网篮的上述外壁之间；
-第二自由空间，它限定在网篮的上述内壁向内；
-供给上述液相和上述气相进入上述交换柱用的相应的装置；
-使至少上述气相主要部分通过上述至少一个网篮流动，由上述第一自由空间至上述第二自由空间，或绕另一条路的装置；
-由上述交换柱排出上述液相和上述气相用的装置。
根据另外的最佳实施例，交换柱最好具有：
-一个外壳；
-至少一个填料盛篮，它在上述外壳内同轴地设置，以及具有相对的侧壁，优选地为透气的平板形，上述液相沿实质上轴向流动穿过上述至少一个网篮；
-第一和第二自由空间，它们相互对立和被限定在上述外壳的内壁及网篮的上述侧壁之间；
-供给上述液相和上述气相进入上述交换柱用的装置；
-使至少上述气相的主要部分通过上述至少一个网篮流动，由上述第一自由空间至上述第二自由空间或绕另一条路的装置；
-由上述交换柱排出上述液相和上述气相用的装置。
按照另一方面，本发明提供了一种改造用以液相和气相之间物质转移的交换柱的方法，所述的交换柱既可以是填充型，也可以是板片型，该方法具有以下步骤：
-在上述交换柱内设置至少一个网篮用于盛填料，所述网篮具有比交换柱横截面小的横截面以及具有底部和带透气表面相对的透气的侧壁，透气表面供气相通过，所述的透气表面大于网篮的横截面。
借助上述的改造现有交换柱的方法，可以获得一种进行液相和气相之间物质转移的方法，它以简单和有效的方式提供各相之间高的转移率，而且投资和使用费用低廉以及能耗低。
附图说明
下面结合附图对根据本发明方法的一个实施例的说明，可对本发明的其他特点和优点更加清楚，附图中：
图1是填充型交换柱第一实施例的纵剖面图，它既可是原始设计的，也可以是为实现本发明方法改进的传统交换柱；
图2是图1所示交换柱沿图1II-II线剖切的纵剖面图；
图3是填充型交换柱第二实施例的纵剖面图，它既可是原始设计的，也可以是为实现本发明方法改进的传统交换柱；
图4是图3所示交换柱沿图3IV-IV线剖切的纵剖面图；
图5是填充型交换柱第三实施例的纵剖面图，它既可是原始设计的，也可以是为实现本发明方法改进的传统交换柱；
图6是图5所示交换柱沿图5VI-VI线剖切的纵剖面图。
具体实施方式
参见图1～6，图中示出根据本发明用于进行液相和气相之间物质转移的填充型交换柱1。
交换柱1具有外壳2，至少一个网篮3，它在外壳2内延伸，用以接收填料4，把液相和气相供入交换柱1的相应的装置5和6，从交换柱1排出液相和气相的相应的装置7和8。
液相的供入和排出装置5和7通常具有管道、喷嘴型分配器或收集室，这些是本专业技术人员已知的型号，这里不详细介绍。与此类似，气相的供入和排出装置6和8通常具有气体输入管和输出管，这些也是本专业技术人员已知的型号，这里也不详细介绍。
在图1，3和5中，液相被组件5供给至交换柱1的顶端和从其底端被组件7排出，因此液相通过交换柱1沿实质上轴向流动。
气相被组件6供给至交换柱1的底端和从其顶端被组件8排出。
然而，液相和气相的供入和排出可处于交换柱1的中间位置，如同通常传统的填充型交换柱那样。
换句话说，液相和/或气相的供入和排出装置可设置在沿外壳2的任何位置，以保持交换柱内恒定的工作条件或改进各相之间的物质转移。
根据本发明，上述至少一个网篮3最好具有供气相通过填料4的透气表面，该表面大于网篮的横截面。
为此目的，网篮3具有小于外壳2横截面的横截面，以及具有透气的相对的侧壁9和10。
此外，交换柱1最好具有适当的装置，以引起气相主要沿径向流方向通过网篮3。
这样一来，引起气相通过交换柱1的流动与现有技术的教导相矛盾-主要沿径向流方向与液相反向流动。
侧壁9和10的透气表面最好大于网篮3的横截面。
根据图1所示的实施例，本发明的填充型交换柱1具有实质上圆筒形的外壳3，以及至少一个圆形网篮3a-3e，用于盛放填料4和同轴地安装在外壳2内，以及具有相对的透气的圆筒形内壁9和外壁10。
第一自由空间11形成在外壳的内壁2a和网篮的外壁10之间，以及第二自由空间12形成在网篮的内壁9之间。
最好，交换柱1还具有装置9a，10a，14，15用于使至少气相的主要部分流过上述至少一个网篮3a-3e，从第一自由空间11至第二自由空间12，或绕另一条路。
在图1的实例中，交换柱1具有5个盛填料4的圆形网篮3a-3e，它们同轴地叠置在外壳2内。
液相实质上沿轴向从交换柱1上部至下部流过这些网篮，以及气相实质上沿轴向-径向从下部至上部流过网篮，如箭头Fg所示。
在外壳2内网篮3的数目可以变化以适应交换柱1的尺寸和所需的物质转移率。网篮的数目在1至20范围内是适宜的，以满足大多数要求。
为了进行两相之间的物质转移以及保证整个交换柱1的最佳工作条件，盛填料4的网篮3a-3e最好制成不同长度的，即最下的网篮3a为最长的，其他的网篮长度逐减，至最上的网篮3e为最短的。
图1所示的网篮3a-3e相邻放置，每个具有带孔的底13使液相和气相均可透过。
最好，网篮3a-3e带孔的底13的尺寸适宜于径向偏转气相和/或收集和再分配网篮之间的液相。
在顺序相邻的网篮3a-3e之间存在带孔的底13对通过网篮气相流的压力降的预定整体量产生可控制的增加，它使至少部分气相径向偏移，以及由网篮流出的液相合理地收集以及再分配至下一个网篮。
借助在顺序的网篮3a-3e之间液相的收集和再分配，可保证两相之间物质转移的最佳条件，并使填料4的整个表面面积得到利用以及防止形成液相通过填料的优先路径。
从一个网篮3a-3d径向偏移出的气相部分随后被再引入下一个网篮3b-3e，重新沿径向流动。
最好，通过网篮3a-3e气相的径向流动是离心的或向心的。
使用交替的向心的和离心的流动(或反过来也是这样)如图1箭头Fg所示，即气相沿相反方向径向通过顺序的网篮3a-3e，可获得特别满意的结果。
网篮3a-3e，或者仅其中部分网篮可设置在交换柱1内，相互保持适当距离，以限定顺序网篮之间的圆筒形空间。
这些空间可用于设置收集和再分配从一个网篮至下一个网篮的液相的装置(图中未示出)，这些装置是普通的，这里不再陈述。
作为具有多个网篮的代替方案，根据本发明的交换柱1可优选地具有单独的网篮3，它被分割成若干区域(在图1中用与多个网篮相同的标号3a-3e表示)，它们相互邻接，这种排列与图1所示网篮的排列相同。
根据本实施例，不设置带孔的底13，网篮3内的填料4形成了连续的单一体。
根据本发明特别有利的方面，至少一个网篮3a-3e的外壁10或内壁9具有沿其顶部预定长度的不透气部分10a或9a。
在图1的实例中，每个网篮3a-3e的外壁10和内壁9分别具有不透气部分10a和9a。
在这里，代替网篮3a-3c，交换柱1具有单独的网篮3，它被分割成上述的多个区域3a-3c，网篮3内壁9和/或外壁10的预定长度的不透气部分9a和10a限定在沿每个区域的顶部。
借助在网篮或区域3a-3c的至少一个和希望两个侧壁上设置不透气的顶部，通过填料4从底部向顶部流动的气相流的主要部分可以用简单和有效的方式径向偏移，使气相主要沿径向方向流过交换柱1。
事实上，侧壁9和/或10的不带孔部分对气相压力降产生(预定整体量的)可控制的增加，它阻碍了通过填料4的轴向流动，从而使气相流径向偏移。
径向流动的气相相对于通过填料4轴向流动气相的比例取决于不透气部分9a和/或10a的长度或范围，因为气相经受的压力降随着这些部分相应改变。借助不透气部分长度的增加，轴向流动的阻力以及气相的径向流动分量增加。
如图1所示，仅有少部分气相实质上沿轴向流动通过填料4而主要部分气相实质上沿径向路径流动，导致建立起混合流动，即轴向-径向流动。
在这里网篮3a-3e的两个侧壁9和10具有不透气部分9a和10a，每个部分的长度最好对于内壁9和外壁10是不同的以便扩大或减小气相流动的径向分量。
当不透气部分9a，10a为网篮3a-3e内壁9和/或外壁10长度的5％至30％时，可以获得特别满意的结果。
优选地，不透气部分的长度在10％至25％范围内
根据本发明其他特别有利的方面，交换柱1具有不透气装置14和15，用于关闭分别位于第一和第二自由空间11和12内的自由空间11和12。
根据图1的实例，在至少一个网篮3a-3e内，这些关闭装置最好具有圆形挡板14，它是不透气的以及设置在第一自由空间11的顶端，以及圆形挡板15，它是不透气的以及设置在第二自由空间12的底端。
这样一来，可引起气相从一个网篮3a-3d沿主要径向的交替的向心的和离心的方式流动至下一个网篮3b-3e，从而防止了气相旁路经过一个或多个网篮，否则它会负面影响两相间物质转移的总效率。
事实上，当引起至少气相的主要部分通过填料4径向流动时，它意味从给定的网篮排出通至下一个网篮的气相以这种方式进行，即它不能流出和流过交换柱内的其他网篮，或甚至从交换柱逃逸。
在这里气相从一个网篮3a-3d沿交替的离心的和向心方式的主要径向流动至下一个网篮3b-3e，不透气的圆形挡板14应设置在第一自由空间11的底端，而不透气的圆形挡板15应设置在第二自由空间12的顶端。
在图1的实例中，交换柱1被实质上轴向-径向流动的气相穿过，网篮3a-3e在其顶端开启，而不是被不透气盖子关闭。
这样很大程度上便于液相轴向通过交换柱，特别是上部网篮3e，和便于供给和分配液相至网篮中的填料4。
在图1中，标号16通常表示设置在网篮3c内第二自由空间12内的热交换器，用于使离开网篮3c的气相径向流入下一个网篮3d时与加热或冷却液体，例如水进行间接的热交换。
更具体地，使气相通过外壳边的热交换器16流动，而加热或冷却介质处于管子边。为了简便，热交换器16的供给和排出加热或冷却流体的装置在图1中省略，因为它们本身是已知的。
根据单独的要求，可用一个或多个热交换器16对在顺序的网篮3a-3e之间流动的至少部分气相提供间接的热交换，这些热交换器可以设置在自由空间12内。
借助在交换柱1内设置热交换器16，交换柱承担的洗涤、吸收、蒸馏和分解过程全部可以改进。
如上所述，涉及网篮3a-3e所述的全部特点，除透气底13外，均可用于本发明未示出的特殊的实施例，其中交换柱1具有分割为多个区域3a-3e的单独的网篮。
图3示出实现本发明方法使用交换柱1的实施例，它与图1实例的区别在于，使气相实质上沿径向流过填料4，而不是沿轴向-径向流。
在图3中，交换柱1的结构和功能与图1所示相同，标号也相同，不再详述。
最好，借助关闭设置在交换柱1内盛有填料4网篮3的顶端，使气相沿实质上径向流动。
为此目的，至少一个网篮3具有安装在其顶端的不透气盖子17。
在图3的实例中，每个网篮3a和3b设置有盖子17，使甚至少部分气相也不会通过填料4轴向流动。
由于不透气盖子17，气相被迫通过填料4径向流动，以及防止由网篮3a-3b沿轴向排出。
在这种情况下，网篮3a-3b内侧壁和外侧壁9和10的不透气部分9a和10a进一步沿径向偏移气相，有利地防止了网篮3a-3b被可能通过盖子17和填料4之间的任何间隙从第一自由空间11漏至第二自由空间12的泄漏气相旁路通过，或绕另外的旁路通过影响两相之间物质转移的总效率。
优选地，气相流动如图3箭头Fg所示，径向朝外通过第一网篮3a以及径向朝内通过第二网篮3b。
气相的径向可选择来适应交换柱1的结构，以及可以是纯向心的或者纯离心的，或者向心-离心的(或者离心-向心的)。与图1所示实例相似，选择气相流动的特殊方向不仅关系到交换柱1的结构，而且对两相之间物质转移效率具有重要意义。
另外，可以提供组合的方法，使一些网篮3的被气相实质上沿径向穿过，以及另一些网篮被气相沿轴向-径向穿过。
在这种情况下，不是全部网篮3a-3b都配置不透气盖子17。
图3所示网篮3a-3b的数目以及其不同的长度，仅仅是示意说明用的，它们可根据需要如上面参照图1说明的改变。
应该指出，把液相供入交换柱1的装置5位于上部网篮3b的盖子17和填料4之间。
根据该实施例，从上部网篮3b流出的液相被装置(图中未示出，因为其本身已知)收集以及再分配至下部网篮3a，例如通过设置在相应的盖子17和填料4之间的喷嘴型分配器18进行。
最好，网篮3a和3b处于彼此相邻位置，使下部网篮3a的盖子17形成上部网篮3b的不透气底部。这样获得了紧凑和结构简单的交换柱。然而，也可以用在交换柱1内保持间距的多个网篮3代替。
虽然在图3内没有示出，自由空间12内最好设置一个或多个热交换器，用于由一个网篮流向下一个网篮的气相与加热或冷却液体之间的间接热交换，如图1所述。
根据图5所示本发明的另一实施例，交换柱1具有至少一个网篮3a-3c，用于盛填料4，它们同轴地设置在外壳2内，以及具有相对的侧壁19，20，它们是透气的和希望是平板形的。
被限定在外壳2的内壁2a和网篮3a-3c的侧壁19和20之间的是第一和第二自由空间21和22，它们相互对立。
最好，设置适当的装置19a，20a，23以使至少气相的主要部分通过至少一个网篮3a-3c从第一自由空间21至第二自由空间或绕另一条路流入交换柱1。
在图5中，交换柱1的部件在结构和功能上与以上各图相同，以及具有相同的标号，不再详述。
根据本发明的该实施例，使液相沿实质上轴向由上至下流过填料4，而气相最好沿实质上横向由下至上流过填料4。
换句话说，气相由网篮3a-3c的一边沿实质上倾斜方向移向另一边，其中水平方向分量是主要的。
希望，如图5和6所示，外壳2为圆筒形，以及自由空间21和22的横截面为圆扇形。这样一来，交换柱1内部的可用空间可以最好地利用，以及可提供宽敞的盛填料4的网篮3a-3c，以及提供足够宽敞的自由空间21，22，使气相通过时没有不适当的摩擦阻力。
与前面的实例相似，这里也是至少网篮3a-3c的一个侧壁19和20，希望两个侧壁在其顶部分别具有预定长度的不透气部分19a和20a，它们可以有效地沿水平方向偏移气相。
此外，交换柱1最好具有不透气组件23，用于关闭设置在第一和第二自由空间21和22内的自由空间21和22。
为此目的，关闭组件具有位于第一自由空间21顶端的不透气挡板23以及位于第二自由空间22底端的不透气挡板23。
在未示出的代替的实施例中，不透气挡板23分别位于第一自由空间21的底端以及第二自由空间22的顶端。
在图5的实例中，这些挡板23具有圆扇形。
挡板23最好引导气相沿横向流动通过填料4，由第一自由空间21至第二自由空间22和/或绕另一条路，这样来防止气相不希望地旁路通过网篮3a-3c。
至于侧壁19和20的不透气部分19a和20a的长度，以及交换柱内网篮3a-3c的数目、排列及长度，其特点和优点与以上结合各图的说明相同。
以图5的交换柱1为实例可以发现，3个催化网篮3a-3c同轴排列，装盛填料4，彼此相邻叠置，顶部网篮3c的长度大于下部网篮3a-3b。
每个网篮3a-3c具有带孔底13，用以供液相和少部分气相在顺序为网篮之间通过。此外，网篮3a-3c的顶端是开启的。
结果是在图5的实例中，有利地使气相沿混合的横向和轴向流动通过网篮3a-3c。
代替的方案是，在图中未示出的实施例中，网篮3a和3c可以在其顶端设置相应的不透气盖子，从而提供了气相通过填料4的真实的横向流动。
同样在本发明的范围内，交换柱1可具有一些网篮被气相沿实质上横向流过，以及另一些网篮被气相沿混合的横向和轴向流过。
网篮3a-3c最好相互保持间距设置在交换柱1内。同样，在顺序的网篮3a-3c之间可设置适当的装置用于收集和再分配液相。
在图5的实例中，这些装置包括设在网篮3a-3c的底端的带孔底13，它具有适当的尺寸以便横向偏移气相流动和/或收集和再分配在顺序的网篮之间流动的液相。
代替的方案是，交换柱1可具有分割为多个相邻叠置区域的单独的网篮3以代替网篮3a-3c，这些区域在图中未示出，它们的每个方面可与上述网篮3a-3c连系，以及具有相同的特点和优点。当然，在这些相邻区域之间不设置带孔底13或不透气盖子。
交换柱1也可以安排成结合多个网篮3a-3c，其中至少一个网篮分割为上述若干区域。
根据本发明在图中未示出，但特别有利的一个实施例，可提供通过结合图3或5所述类型的交换柱气相的实质上径向或横向流动，方法是用透气的带孔盖子代替不透气盖子，以及有利地发挥在带孔盖子上形成的液压头的作用，以阻止气相通过网篮轴向流动。
换句话说，由上朝下流动的液相在其离开一个网篮收集在下一个网篮的带孔盖子处，以及在再分配及进入下一个网篮之前形成了不允许被气相穿透的水平的液体层，从而使气相沿横向或径向倾斜流动。
本发明不局限于使用专门类型的填料4，在交换柱1内可使用任何类型的填料，包括织构型或无序型的。最好，在不同的网篮或一个网篮的不同区域之间使用不同类型的填料4，这样使气相的流率和通过交换柱1流动的两相之间的物质转移可以控制和改进。
填料4可以用对流动的液相和气相为惰性的材料制造，或者使用适当的催化剂或其混合物。在交换柱1内使用催化剂的情况下，除两相之间的物质转移外，还可能产生化学反应。
如同图1-6有关实施例所示，按照本发明液相和气相之间物质转移方法在填充型交换柱1内进行，交换柱1具有外壳2，其中设置至少一个网篮3用于盛填料4，当这些相通过它时引起反向流动，气相通过网篮的透气表面(9，10，19，20)顺利地供给进入至少一个网篮3，透气表面大于网篮的横截面。
优选地，进行液相和气相之间物质转移的方法在填充型交换柱1内进行，交换柱1具有外壳2，在其中设置至少一个盛填料4的网篮3，其横截面小于外壳2的横截面，该方法包括以下步骤：(用装置5和6)把液相和气相供入填充型交换柱1，使液相沿实质上轴向流动通过上述至少一个网篮3，使气相沿主要径向流动(装置9a，10a，14，15，19a，20a，23)通过上述至少一个网篮3以及(用装置7，8)由填充型交换柱1排出液相和气相。
如前面所述，借助本方法可使通过填料4的气相流动的压力降减少，并且使气相(以及液相)达到最佳的流率和流速，以促进液相和气相之间的物质转移。
此外，意外地发现，使气相沿主要径向流动通过填料4可以获得物质转移的优异效率，因为承担这种转移的驱动力有效地增加。
本方法的操作条件(压力和温度)可在广泛的范围内变化以适应被处理的液体的类型以及进行的任何的化学操作。
本发明可以有效地使用于具有板片和填料盛篮的交换柱。
图1，3和5所示的交换柱可以是一种新牌号，或者根据本发明有利的和最佳的方面是对现有的填充型或板片型交换柱改造成的交换柱，用于进行液相和气相之间的物质转移。
最好，改造这种交换柱的方法包括在交换柱内设置至少一个网篮3，用于盛填料4，它具有供气相通过的透气表面，而透气表面大于网篮的横截面。
更具体的是，根据本发明的改造方法的特点是它具有以下步骤：在现有的交换柱内设置至少一个网篮3用于盛填料4，它具有小于交换柱横截面的横截面，以及具有相对的透气的侧壁9，10，19，20，以及在交换柱内设置装置9a，10a，14，15，19a，20a，23，用于使气相主要沿径向流过上述至少一个网篮。
为了获得图1或3所述同样类型的交换柱1，本改造方法最好具有以下步骤：在交换柱1内同轴地设置至少一个网篮3，用于盛填料4，它具有相对的圆筒形内壁和外壁9和10，限定交换柱1的内壁2a和网篮3的外壁10之间的第一自由空间11以及限定网篮3的内壁向内形成的第二自由空间12，以及设置装置9a，10a，14和15，用于使至少气相的主要部分流过上述至少一个网篮3，从第一自由空间11至第二自由空间12，或绕另一条路流。
为了获得图5所述类型的交换柱1，改造方法最好具有以下步骤：在交换柱1内同轴地设置至少一个网篮3，用于盛填料4，该网篮3具有限定第一和第二自由空间21和22的相对的、最好是平板形的透气侧壁19和20，该两空间21，22相互相对，位于交换柱1的内壁2a和网篮3的侧壁19，20之间，以及设置装置19a，20a，23，用于使至少气相的主要部分流过上述至少一个网篮，从第一自由空间21至第二自由空间22，或绕另一条路。
借助对现有交换柱的本改造方法，用于进行液相和气相之间的物质转移，有可能顺利地获得交换柱能力的极大提高，以及能耗的降低，因为交换柱一旦现代化，它可在液相和气相较高的流率下更有效地工作。
此外，根据本发明改造方法的其它实施例，可以优选地设置如后附权利要求32-37和39-44所述的补充的装置或特点。
由图1-6的说明中可得知本改造方法提供的其他结构和处理优点。
可以理解，在实现根据本发明的改造方法时，至少部分由原交换柱预先拆除的结构元件可供重复使用，例如用于新填料盛篮的底部或盖子。
由以上说明可以清晰地了解本发明达到的各种优点，特别是获得了进行液相和气相之间高效物质转移的方法，它的方式简便和可靠，投资和使用费用低以及能耗低。

Claims (51)

1.一种在填充型交换柱内进行液相和气相之间物质转移的方法，所述的交换柱具有一外壳，用以容纳至少一个装填料的网篮，使上述两相以反向的流动通过网篮，所述的网篮具有一底部及透气的相对的侧壁，该方法具有以下步骤：通过网篮的透气表面供给上述气相至上述至少一个网篮，透气的网篮表面积大于网篮的横截面积。
2.一种在填充型交换柱内用以促进液相和气相之间物质转移的方法，所述的交换柱具有外壳，用以容纳至少一个装填料的网篮，所述的网篮具有一底部及透气的相对的侧壁，其横截面小于上述外壳的横截面，上述方法具有以下步骤：
-供给上述液相和气相进入上述填充型交换柱；
-使液相沿实质上轴向流过上述至少一个网篮；
-使气相沿主要径向流过上述至少一个网篮；
-从上述填充型交换柱排出上述液相和气相。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于使上述气相沿实质上径向、轴向-径向或横向流过上述至少一个网篮。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于使上述液相和上述气相在上述至少一个网篮内流过多个相邻叠置的区域。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于使上述液相和上述气相分别沿实质上轴向和主要沿径向流过一组叠置的填料盛篮。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-在顺序的网篮之间收集和再分配上述液相。
7.根据权利要求4和5的方法，其特征在于它还具有以下步骤：
-当上述气相由一个区域流动至下一个区域，或相应由一个网篮流动至下一个网篮时，使至少上述气相的一部分受到间接的热交换。
8.一种用于液相和气相之间进行物质转移的填充型交换柱，它具有：
-一个外壳(2)；
-至少一个网篮(3)用于盛填料(4)，它在上述外壳(2)内延伸，上述两相以反向流动形式穿过上述至少一个网篮(3)；
-用于供给上述液相和气相进入上述交换柱的装置(5，6)；
-用于由上述交换柱排出上述液相和上述气相的装置(7，8)；
其特征在于上述至少一个网篮(3)具有比外壳的横截面小的横截面和带有供气相通过的透气表面的相对的侧壁(9、10、19、20)，该透气表面积大于网篮的横截面积。
9.根据权利要求8的交换柱，其特征在于还具有使上述气相主要沿径向流过上述至少一个网篮的装置(9a，10a，14，15，19a，20a，23)。
10.根据权利要求8的交换柱，其特征在于它具有：
-所述的外壳(2)是圆筒形；
-所述的至少一个网篮(3)是圆筒形的，和同轴地设置在上述外壳(2)内，以及具有相对的圆筒形透气的内壁和外壁(9，10)，上述液相沿实质上轴向流动穿过上述至少一个网篮(3a-3e)；
-第一自由空间(11)，被限定在外壳(2)的内壁(2a)和网篮(3a-3e)的上述外壁(10)之间；
-第二自由空间(12)，被限定在网篮(3a-3e)的上述内壁(9)向内；
-用于供给上述液相和上述气相进入上述交换柱的装置(5，6)；
-装置(9a，10a，14，15)，使至少上述气相的主要部分流动通过上述至少一个网篮(3a-3e)，从上述第一自由空间(11)至上述第二自由空间(12)，或绕另一条路；
-用于由上述交换柱排出上述液相和上述气相的装置(7，8)。
11.根据权利要求10的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3)被分割成一组相邻叠置的区域(3a-3e)，上述用于使至少上述气相的主要部分流动通过网篮(3)，由上述第一自由空间(11)至上述第二自由空间(12)，或绕另一条路的装置(9a，10a，14，15)，设置在各上述区域(3a-3e)内。
12.根据权利要求10或11的交换柱，其特征在于上述网篮的外壁(10)和/或上述网篮的内壁(9)在上述至少一个网篮(3a-3e)的顶端或相应在每个区域(3a-3e)的顶端具有预定长度的不透气部分(9a，10a)，网篮的外壁(10)和内壁(9)的上述不透气部分(9a，10a)的长度最好是不同的。
13.根据权利要求12的交换柱，其特征在于上述不透气部分(9a，10a)延伸至网篮(3a-3e)的或相应上述区域(3a-3e)的上述外壁(10)和/或内壁(9)长度的5％至30％。
14.根据权利要求10-11和13中任何一项的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3e)或相应的每个上述区域(3a-3e)具有用于关闭上述自由空间(11，12)的不透气的关闭装置(14，15)，它们设置在上述第一和第二自由空间(11，12)内。
15.根据权利要求12的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3e)或相应的每个上述区域(3a-3e)具有用于关闭上述自由空间(11，12)的不透气的关闭装置(14，15)，它们设置在上述第一和第二自由空间(11，12)内。
16.根据权利要求14的交换柱，其特征在于上述关闭装置(14，15)具有圆形的不透气挡板(14)，设置在相应上述区域(3a-3e)的第一自由空间(11)的底端，以及圆形的不透气挡板(15)，设置在相应上述区域(3a-3e)的第二自由空间(12)的顶端，或者环形的不透气挡板(14)，设置在相应上述区域(3a-3e)的第一自由空间(11)的顶端，以及圆形的不透气挡板(15)，设置在相应上述区域(3a-3e)的第二自由空间(12)的底端。
17.根据权利要求10的交换柱，其特征在于它具有多个圆形网篮(3a-3e)，用于盛填料(4)，它们同轴地叠置和设置在上述外壳(2)内，上述网篮(3a-3e)相互邻接和/或具有不同长度。
18.根据权利要求11或17的交换柱，其特征在于所述的交换柱具有至少一个热交换器(16)，设置在上述第二自由空间(12)内，以提供至少部分气相的间接的热交换，上述的气相由至少一个网篮(3)的一个区域(3a-3d)流动至下一个区域(3b-3e)，或相应由一个网篮(3a-3d)流动至下一个网篮(3b-3e)。
19.根据权利要求8的交换柱，其特征在于：
-所述的外壳(2)是圆筒形；
-所述的至少一个网篮(3a-3c)是圆筒形，并且同轴地设在上述外壳(2)内，所述的相对的侧壁(19，20)是板片形的，上述至少一个网篮(3a-3c)被上述液相沿实质上轴向穿过；
-相互相对的第一和第二自由空间(21，22)，被限定在上述外壳(2)的内壁(2a)和网篮(3a-3c)的上述侧壁(19，20)之间，上述自由空间(19，20)最好具有圆形-扇形横截面；
-用于供给上述液相和上述气相进入上述交换柱的装置(5，6)；
-装置(19a，20a，23)，用于使至少上述气相的主要部分通过上述至少一个网篮(3a-3c)流动，由上述第一自由空间(21)至上述第二自由空间(22)，或绕另一条路；
-用于由上述交换柱排出上述液相和上述气相的装置(7，8)。
20.根据权利要求10或19的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3e)在其顶部是开启的。
21.根据权利要求10或19的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3e)在其顶端具有不透气的盖子(17)。
22.根据权利要求19的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3)被分割成多个相邻叠置的区域(3a-3c)，上述用于使至少上述气相的主要部分通过网篮(3)流动，由上述第一自由空间(21)至上述第二自由空间(22)，或绕另一条路的装置(19a，20a，23)设置在各上述区域内(3a-3c)。
23.根据权利要求19或22的交换柱，其特征在于至少一个上述网篮侧壁(19，20)在上述至少一个网篮(3a-3c)的顶端，或相应每个区域(3a-3c)的顶端具有预定长度的不透气部分(19a，20a)，上述不透气部分的长度最好对于任何一个网篮侧壁(19，20)是不同的。
24.根据权利要求23的交换柱，其特征在于上述不透气部分(19a，20a)延伸超过网篮(3a-3c)或相应每个上述区域(3a-3c)的侧壁长度的5％至30％。
25.根据权利要求19的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
26.根据权利要求20的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
27.根据权利要求21的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
28.根据权利要求22的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
29.根据权利要求23的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
30.根据权利要求24的交换柱，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3c)，或相应每个上述区域(3a-3c)具有用于上述自由空间的不透气的关闭装置(23)，设置在上述第一和第二自由空间内(21，22)。
31.根据权利要求25-30中任一项的交换柱，其特征在于上述关闭装置具有不透气挡板(23)，设置在相应上述区域(3a-3c)的第一自由空间(21)的底端，以及不透气挡板(23)，设置在相应上述区域(3a-3c)的第二自由空间的顶端，或者不透气挡板(23)，设置在相应上述区域(3a-3c)的上述第一自由空间(21)的顶端，以及不透气挡板(23)，设置在相应上述区域(3a-3c)的上述第二自由空间(22)的底端。
32.根据权利要求19的交换柱，其特征在于它具有多个网篮(3a-3c)用于盛填料(4)，它们同轴地叠置和设置在上述外壳(2)内，上述网篮(3a-3c)最好相互邻接和/或具有不同长度。
33.根据权利要求17或32的交换柱，其特征在于上述网篮(3a-3c)具有带孔的底(13)。
34.根据权利要求33的交换柱，其特征在于上述带孔的底(13)具有适当的尺寸以沿径向、相应横向偏移气相，和/或在顺序的网篮(3a-3c)之间收集和再分配液相。
35.一种改造用以液相和气相之间物质转移的交换柱的方法，所述的交换柱既可以是填充型，也可以是板片型，该方法具有以下步骤：
-在上述交换柱内设置至少一个网篮(3)用于盛填料(4)，所述网篮具有比交换柱横截面小的横截面以及具有底部(13)和带透气表面相对的透气的侧壁(9，10，19，20)，透气表面供气相通过，所述的透气表面大于网篮的横截面。
36.根据权利要求35的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-在上述交换柱内设置用于使上述气相主要沿径向流过上述至少一个网篮(3)的装置(9a，10a，14，15，19a，20a，23)。
37.根据权利要求35的方法，其特征在于：
-所述的至少一个网篮(3a-3e)是圆筒形的，同轴地设置在上述交换柱内，上述网篮具有相对的圆筒形不透气内壁和外壁(9，10)，限定交换柱的内壁(2a)和网篮(3a-3e)的上述外壁(10)之间的第一自由空间(11)，以及限定网篮(3a-3c)的上述内壁(9)向内形成的第二自由空间(12)；所述的方法还包括：
-设置装置(9a，10a，14，15)用于使至少上述气相的主要部分通过上述至少一个网篮流动，由上述第一自由空间(11)至上述第二自由空间(12)或绕另一条路。
38.根据权利要求37的方法，其特征在于上述至少一个网篮(3)被分割成多个相邻叠置的区域(3a-3e)，上述装置(9a，10a，14，15)用于使至少上述气相的主要部分通过网篮流动，由上述第一自由空间(11)至上述第二自由空间(12)，它们设置在各上述区域(3a-3e)内。
39.根据权利要求37的方法，其特征在于上述网篮外壁(10)和/或上述网篮内壁(9)在上述至少一个网篮(3a-3e)的顶端或相应在每个区域(3a-3e)的顶端具有预定长度的不透气部分(9a，10a)，上述不透气部分(9a，10a)的长度对于网篮的外壁(10)和内壁(9)最好是不同的。
40.根据权利要求37至39中任何一项的方法，其特征是它还包括以下步骤：
-设置用于上述自由空间(11，12)的不透气的关闭装置(14，15)，设置在上述至少一个网篮(3a-3e)或相应每个上述区域(3a-3e)的上述第一和上述第二自由空间(11，12)内。
41.根据权利要求40的方法，其特征在于包括以下步骤：
-设置不透气的圆形挡板(14)，位于相应上述区域(3a-3e)上述第一自由空间(11)的底端或顶端；
-设置不透气的圆形挡板(15)，位于相应上述区域(3a-3e)上述第二自由空间(12)的顶端或底端。
42.根据权利要求37的方法，其特征在于：
-所述的网篮多个圆筒形的网篮(3a-3e)，它们在上述交换柱内同轴地叠置。
43.根据权利要求36或42的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-在上述第二自由空间(12)内设置至少一个热交换器(16)，用于与至少部分气相的间接的热交换，上述气相由上述至少一个网篮的一个区域(3a-3d)流动至下一个区域(3b-3e)，或者由一个网篮(3a-3d)流动至下一个网篮(3b-3e)。
44.根据权利要求35的方法，其特征在于：
-所述的网篮与交换柱同轴地设置和带有相对的、平板的透气的侧壁(19，20)，限定第一和第二自由空间(21，22)，它们彼此相对，位于上述交换柱的内壁(2a)和网篮的上述侧壁(19，20)之间，所述的方法还包括：
-设置装置(19a，20a，23)用于使至少上述气相的主要部分通过上述至少一个网篮(3a-3c)流动，由上述第一自由空间(21)至上述第二自由空间(22)或绕另一条路。
45.根据权利要求44的方法，其特征在于上述至少一个网篮被分割成多个相邻叠置的区域(3a-3c)，上述用于使至少上述气相的主要部分通过网篮流动，由上述第一自由空间(21)至上述第二自由空间(22)的装置(19a，20a，23)设置在各上述区域(3a-3c)内。
46.根据权利要求44或45的方法，其特征在于至少一个上述网篮侧壁(19，20)在上述至少一个网篮(3a-3e)的顶端，或相应在每个区域(3a-3c)的顶端具有预定长度的不透气部分(19a，20a)。
47.根据权利要求44或45的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-设置用于上述自由空间(21，22)的不透气关闭装置(23)，设置在上述至少一个网篮(3a-3c)或相应每个上述区域(3a-3c)的第一和第二自由空间(21，22)内。
48.根据权利要求46的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-设置用于上述自由空间(21，22)的不透气关闭装置(23)，设置在上述至少一个网篮(3a-3c)或相应每个上述区域(3a-3c)的第一和第二自由空间(21，22)内。
49.根据权利要求47的方法，其特征在于包括以下步骤：
-设置不透气挡板(23)，位于相应上述区域(3a-3c)的上述第一自由空间(11)的底端或顶端。
-设置不透气挡板(23)，位于相应上述区域(3a-3c)的上述第二自由空间(22)的顶端或底端。
50.根据权利要求37或44的方法，其特征在于上述至少一个网篮(3a-3e)具有不透气盖子(7)，位于其顶端。
51.根据权利要求44的方法，其特征在于：
-所述的网篮是多个网篮(3a-3c)，所述的网篮在上述交换柱内同轴地叠置。
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