CN114761119B - 用于高效地生产结构化交叉通道填料元件的设备和过程 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的设备，其中所述结构化交叉通道填料元件包括由扩展金属片材制成的至少两个相邻层，每一层包括开口，所述开口由分离元件环绕并彼此分离，并且包括周期性变形，其中所述至少两个层中的至少两者在所述填料元件的纵向方向上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层的一端延伸到相对端的开放空间，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中所述设备包括：a）拉伸机，所述拉伸机用于将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材，b）任选地，校准机，所述校准机用于将在所述拉伸机（a）中生产的所述扩展金属片材轧制至所期望厚度，c）片材存储单元，d）成型机，所述成型机用于使在所述拉伸机中生产、并且任选地在所述任选校准机中轧制的所述扩展金属片材成型为包括周期性变形的扩展金属片材；以及e）堆叠机，所述堆叠机用于将包括周期性变形的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件，其中所述片材存储单元被实施成使得其直接接收在所述拉伸机中生产、并且任选地在所述任选校准机中轧制的所述扩展金属片材并将所述扩展金属片材直接释放到所述成型机。

Description

用于高效地生产结构化交叉通道填料元件的设备和过程
技术领域
本发明涉及一种用于高效地生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的设备和过程。
背景技术
结构化填料元件用于传质塔中，诸如例如用于分馏塔、蒸馏塔、吸收塔、萃取塔或烟气洗涤器中。所述结构化填料元件用于改善具有不同密度的至少两种流体相之间的传质和/或传热，其中所述结构化填料元件通常按逆流流动操作。然而在蒸馏和吸收应用中，轻质相是气体或蒸气，并且重质相是冷凝物或液体，在萃取过程中，这两个相都是具有不同密度的液体。所述结构化填料元件包括多个不同层，所述层中的每一者为沿着层的表面向下滴流并散布的较重质相提供表面积。另外，在所述结构化填料元件的不同层之间，提供开放空间，所述开放空间填充有轻质相（例如在蒸馏中，蒸气或气体），并为轻质相在其由压力梯度驱动上升时提供路径。需要压力梯度来克服流动阻力。在逆流传质的典型情况下，轻质相的平均流动方向是从结构化填料元件的底部到顶部，并且因此与重质相的平均流动方向相反。通过允许一个重质相散布在所述结构化填料元件的表面上，在所述至少两相之间形成界面，使得在所述界面处建立所述相之间的高效传热和传质。还可能存在具有多于一种重质相的应用。示例是萃取蒸馏。
传质塔通常包括数个结构化填料元件床。通常，分布器布置在每一床的顶部上以使重质相均匀地分布在所述床的横截面上方，同时留出足够空间以使轻质相上升通过其。此外，通常在每一床下方布置网格状保持装置和收集器，其中所述网格状结构使床保持在其位置处，并且所述收集器收集从所述床向下滴流的重质相，同时在收集器中留出足够开放空间来使轻质相上升。
一种常见类型的结构化填料元件是所谓的交叉通道波纹状片材填料，其由多个例如波纹状片材组装而成，所述波纹状片材平行布置并彼此触碰接触。通常，所述波纹状金属片材借助于垂直于所述波纹状片材的纵向截面穿透所述波纹状片材的数个杆彼此固定，其中所述杆借助于垫圈和螺母或通过弯折所述杆而与第一个和最后一个波纹状片材固定。每一波纹状片材包括多个周期性变形，诸如交替取向的峰部和谷部，其中相邻波纹状片材被取向成使得相邻波纹状片材的波纹以交叉方式与波纹状片材的相对于竖直或纵向方向偏斜地延伸的波纹相交，因此形成彼此连续交叉的倾斜通道。这些通道积极地影响填料内的气相和液相的流动并促进所述相之间的传质。即，使气相和液相与结构化填料元件的通道接触，并且因此促进所述相之间的传质和传热。更具体来说，上升的气体与液体接触，当流体向下流过传质塔时，其存在于形成通道的片材的表面上。在此接触期间，气体中富含的组分可以被传送到液体中、并且反之亦然；这意味着可能发生高效传质。例如在DE 1 253673、CA 1270751和US 6,206,349 B1中描述此类填料。
每单位时间的传质量与气体与液体之间的界面的面积成比例，其中界面的面积随着填料元件的层的表面的被液体润湿的部分增加而变得更大。已知，由金属丝网制成的交叉通道波纹状片材填料由于因金属丝网的毛细作用力所致的重质相在波纹状片材的表面上的良好散布而具有极佳的润湿性，并且因此由于极佳的润湿性而具有高传质效率。然而，金属丝网是昂贵材料。替代使用金属丝网或波纹状、非常精细扩展金属片材作为结构化填料元件的材料，促进重质相在层的表面上方的散布的替代建议是为所述层提供穿孔和另一表面纹理，诸如在US 4,296,050、GB 1,569,828、US 4,981,621和EP 3 003 550 A1中所描述。另外，在CN 882 00252 U中提出提供由扩展金属片材（即，具有高空隙分数（即，层中的开口的总面积除以层的片材面积的高比值）的穿孔层）制成的交叉通道波纹状片材填料。由扩展金属片材制成的此类交叉通道波纹状片材填料的特别进一步优点在于其相当成本高效。
通常，由扩展金属片材制成的交叉通道波纹状片材填料是通过使从供应商处获得的扩展金属片材成型为波纹状片材、将这些波纹状片材切割成所期望大小并将其堆叠成结构化填料元件来生产的。扩展金属片材自身通常是由供应商通过切割和几乎同时拉伸金属片材来生产的。然而，借助从供应商处获得的扩展金属片材生产交叉通道波纹状片材填料需要运输费用。此外，为了运输和进一步加工，扩展金属片材必须在张力下卷绕到例如由纸板制成的套筒上。然而，由于扩展金属片材各自具有结构化表面，因此扩展金属片材无法精确地“边对边”卷绕。相反，彼此上下布置的单个扩展金属片材相对于彼此移位，从而导致卷中的张力，这负面地影响进一步加工。此外，由于单个片材的错位，单个片材的至少某些部分从套筒凸出，这容易导致凸出的部分在运输期间变形。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种用于快速且成本高效地生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的设备和过程，其进一步克服上述缺点。
根据本发明，此目的通过提供一种生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的设备来满足，其中所述结构化交叉通道填料元件包括由扩展金属片材制成的至少两个相邻层，每一层包括开口，所述开口由分离元件环绕并彼此分离，并且包括周期性变形，其中所述至少两个层中的至少两者在所述填料元件的纵向方向上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层的一端延伸到相对端的开放空间，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中所述设备包括：
a） 拉伸机，所述拉伸机用于将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材，
b） 任选地，校准机，所述校准机用于将在拉伸机（a）中生产的扩展金属片材轧制至所期望厚度，
c） 片材存储单元，
d） 成型机，所述成型机用于使在拉伸机中生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材成型为包括周期性变形的扩展金属片材；以及
e） 堆叠机，所述堆叠机用于将包括周期性变形的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件，
其中所述片材存储单元被实施成使得其直接接收在拉伸机中生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材并将所述扩展金属片材直接释放到成型机。
通过在拉伸机与成型机之间提供片材存储单元，可以分别补偿或缓冲拉伸机和成型机的不同速度，使得仍可以在半连续过程中生产结构化交叉通道填料元件。更具体来说，拉伸机和成型机分别行程式或轮毂式工作，其中在拉伸机的一个行程期间运输的片材的长度是分离元件的宽度与金属片材在拉伸机中拉伸的拉伸因子的乘积，而在成型机的一个行程期间运输的片材的长度是片材的两个相邻周期性变形之间的距离与波纹相对于纵向方向倾斜的角度α的余弦的商。例如，对于具有20 mm的两个相邻周期性变形之间的距离、45°的角度α和1.25的拉伸因子的扩展金属片材，在拉伸机的一个行程期间运输的片材的长度为2.5 mm，而在成型机的一个行程期间运输的片材的长度为28.3 mm。因此，在拉伸机中制备、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材无法直接运输到成型机中。
本发明的进一步特定优点在于，本发明允许在扩展金属片材被馈送到成型机中之前维持扩展金属片材在拉伸机中生产和从拉伸机释放的方向。换句话说，本发明的设备允许在拉伸方向上将扩展金属片材运输到成型机中。由于以下原因，这是特别优点：在生产（即，金属板的切割和拉伸）之后，所产生扩展金属片材不再是平坦的，而是具有结构化表面。这是单独分离元件的变形、扭曲、弯折或拱起以及分离元件例如通过倾斜与其他分离元件相比的相对变形的结果。扩展金属片材在拉伸方向上包括平坦侧翼，但是在相反方向上包括相当陡峭侧翼，如图7中所示。因此，通过在拉伸方向上将扩展金属片材运输到成型机中，扩展金属片材以其平坦侧翼侧运输到成型机中。然而，在现有技术中，扩展金属片材首先卷绕到套筒上，然后其稍后从套筒开卷，这必然导致扩展金属片材的输运方向的反转。因此，在现有技术中，扩展金属片材以其陡峭侧翼侧运输到成型机中，这妨碍扩展金属片材的输运。此外，这具有如下缺点：扩展金属片材可能卡住，这可能导致成型错误（即，不需要的变形），并且陡峭侧翼将比平坦侧翼更强且更快地磨损成型工具。
片材存储单元被实施成使得其直接接收在拉伸机中生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材并将所述扩展金属片材直接释放到成型机的特征意味着，如果所述设备并不包括校准机，则所述片材存储单元被实施成使得其直接从拉伸机接收在拉伸机中生产的扩展金属片材，并且如果所述设备确实包括校准机，则所述片材存储单元被实施成使得其直接从校准机接收在拉伸机中生产并且在校准机中轧制的经轧制扩展金属片材。
结构化填料元件的纵向方向是结构化填料元件在其操作（诸如其在用于传质和/或换热的塔中、诸如在精馏塔中的操作）期间轻质相上升和重质相下降的平均方向。虽然轻质相因与结构化填料元件的形状的彼此作用而可以被划分成具有完全不同取向的数个流，但是轻质相的平均方向与纵向方向一致，其通常接近于竖直方向。
通常，拉伸机以第一行程频率工作（即，其可操作成行程式工作），并且成型机以第二行程频率工作（即，其可操作成行程式工作），其中所述第一行程频率大于所述第二行程频率。
如上文所阐述，拉伸机可操作成在每一行程期间释放第一长度的扩展金属片材，并且成型机可操作成在每一行程期间释放包括周期性变形的第二长度的扩展金属片材，其中通常所述第一长度小于所述第二长度。
更具体来说，拉伸机通常具有比成型机高的行程频率，但是在行程期间比成型机运输更少长度的扩展金属片材。因此，当成型机的行程开始时，成型机每给定时间间隔需要比拉伸机运输的片材长度更多的片材长度，而在成型机的行程终止之后，拉伸机仍释放在此时间周期中成型机不需要的片材长度，直到成型机的下一个行程开始。根据本发明，拉伸机和成型机在两个机器的不同行程循环内的不同材料需求分别由片材存储单元补偿或缓冲。
关于片材存储单元的种类，本发明并不特别受限，只要片材存储单元能够在短时间周期内（即在小于1分钟的时间周期内）存储在拉伸机中生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材、而不对所述扩展金属片材施加张力和/或压力（诸如在扩展金属片材卷绕到由例如纸板制成的套筒上期间发生）并且因此不使扩展金属片材发生变形即可。换句话说，根据本发明，片材存储单元意指任何单元，其允许在拉伸机中、并且任选地校准机中生产的扩展金属片材被运输到成型机中之前临时存储所述扩展金属片材，以便使拉伸机和成型机解耦，使得可以分别平衡拉伸机和成型机的释放速度或馈送速度的差，而无需停止拉伸机和成型机中的任一者或两者。
优选地，片材存储单元包括至少两个偏转器件，其被设计成偏转在拉伸机中生产的扩展金属片材，使得其临时存储在片材存储单元中。
根据此实施例的一个变型，至少一个、并且优选地所有所述至少两个偏转器件可移动，使得可以改变所述至少两个偏转器件之间的距离。这允许在成型机的两个行程之间的时间间隔期间通过与分别从拉伸机或校准机接收、并且此时成型机不需要的多余片材长度成比例地简单地增加所述至少两个偏转器件之间的距离来给片材存储单元装载由拉伸机生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材。此外，这允许在成型机的行程的时间间隔期间通过与成型机所需的超过此时分别从拉伸机或校准机接收的片材长度的多余片材长度成比例地简单地减小所述至少两个偏转器件之间的距离来从片材存储单元卸下存储在其中的扩展金属片材。
优选地，片材存储单元包括至少两个偏转辊，所述偏转辊中的至少一者、并且优选地所有可移动，使得可以改变所述至少两个偏转辊之间的距离。同样，这允许在成型机的两个行程之间的时间间隔期间通过与分别从拉伸机或校准机接收、并且此时成型机不需要的多余片材长度成比例地简单地增加所述辊之间的距离来给片材存储单元装载由拉伸机生产、并且任选地在任选校准机中轧制的扩展金属片材。此外，这允许在成型机的行程的时间间隔期间通过与成型机所需的超过此时分别从拉伸机或校准机接收的片材长度的多余片材长度成比例地简单地减小所述辊之间的距离来从片材存储单元卸下存储在其中的扩展金属片材。
当片材存储单元包括至少四个、更优选地至少六个、并且最优选地至少八个偏转辊时，特别获得良好结果。与偏转辊的数目无关，一个或多个、并且优选地所有偏转辊优选地可在竖直方向上、水平方向上和/或任何其他方向上移动，使得可以在竖直方向上、水平方向上和/或任何其他方向上改变所述辊中的至少两者之间、并且优选地所述辊中的每两者之间的距离。这导致相应片材存储单元具有相当高扩展金属片材容量，但是仅需要相当少量面积。
根据本发明的此实施例的另一变型，并非所有偏转辊都是可移动的，而是仅一个或多于一个、但是少于所有偏转辊可移动。
根据本发明的此实施例的仍另一变型，片材存储单元包括至少一个偏转辊和至少一个偏转板作为至少两个偏转器件，其中所述至少一个偏转辊可移动，并且优选地所述至少一个偏转板是弯曲的。如果存储单元包括两个或更多个偏转辊，则仅一个偏转辊、一些偏转辊或所有这些偏转辊可以是可移动的。此外，所述至少一个偏转板中无一者、一者或多者或者甚至所有所述偏转板可以是可移动的。此实施例的片材存储单元可以包括至少两个或至少四个或至少六个偏转辊以及至少两个或至少四个或至少六个偏转板。偏转板被实施成使得其使扩展金属片材从上游偏转器件偏转到下游偏转器件，或者在最下游偏转器件的情况下，从上游偏转器件偏转到成型机，或者在最上游偏转器件的情况下，从上游拉伸机或任选校准机偏转到下游偏转器件。这优选地通过偏转板的相应曲率实现。然后通过至少一个可移动偏转辊和/或至少一个可移动偏转器件（如果有的话）来调整片材存储单元中的扩展金属片材的总距离。
根据本发明的此实施例的仍另一变型，片材存储单元不包括偏转辊、而是包括至少两个、优选地至少四个、更优选地至少六个、并且最优选地至少八个偏转板作为至少两个偏转器件。至少一个或多于一个或所有偏转板可以是可移动的，使得可以改变所述至少两个偏转板之间的距离。优选地，至少一个偏转板是弯曲的。工作原理与包括可移动偏转辊的实施例相同。
根据本发明的此实施例的仍另一变型，片材存储单元不包括偏转辊、而是包括至少两个、并且优选地至少四个、更优选地至少六个、并且最优选地至少八个偏转板作为至少两个偏转器件，其中所述至少两个偏转器件中无一者可移动，即，所有偏转器件都是固定的。优选地，至少一个偏转板是弯曲的。在此情况下，扩展金属片材的存储被实现成使得通过如下方式推动扩展金属片材以便存储在片材存储单元中并进入到偏转器件之间的空间中：比在下游偏转板上方撤回扩展金属片材更快地在上游偏转板上方推动扩展金属片材，使得在存储单元中存在更多长度的扩展金属片材。为了从存储单元卸载，扩展金属片材在下游偏转板上方撤回的速度比在上游偏转板上方推动的速度快，使得在存储单元中存在更少长度的扩展金属片材。
在本发明中可以使用任何常规拉伸机，只要其适于由金属片材生产扩展金属片材即可。通常，拉伸机包括用于在金属片材被馈送通过拉伸机时在拉伸机的同一行程内使用加压分切和拉伸工艺切割和拉伸所述金属片材的至少一个刀具。更具体来说，由所述刀具形成的狭缝允许金属被拉伸，这产生均匀开口。为确保一致图案，在金属被馈送通过时，对扩展机编程并基于编程手动或自动操作扩展机。
如上文所阐述，校准机可以包括在所述设备中或不包括在所述设备中。然而，优选的是，所述设备包括校准机。在本发明中可以使用任何常规校准机，只要其适于将扩展金属片材轧制至所期望厚度即可。如果存在，则校准机布置在拉伸机与片材存储单元之间。优选地，其包括至少两个辊，扩展金属片材通过所述辊被馈送并被提供压力，从而将扩展金属片材轧制至所期望厚度。
同样，在本发明中可以使用任何常规成型机，只要其适于成型包括周期性变形的扩展金属片材即可。优选地，成型机包括用于使扩展金属片材打褶的一个或多个第一成形单元、用于将扩展金属片材连续转送到所述一个或多个第一成形单元的装置以及用于拉出经打褶扩展金属片材的至少一个装置。
在本发明的构思的进一步扩展中，提出，成型机进一步包括借助于在中间区域中没有再成形轮廓、但是在末端区域中具有再成形轮廓的辊对对经打褶扩展金属片材再成形的一个或多个第二成形单元。这允许相对于布置在末端部分之间的中心部分的周期性变形弯折结构化填料元件的扩展金属片材的末端部分中的周期性变形。因此，此实施例的扩展金属片材的峰部和谷部并不线性地延伸。优选地，所述周期性变形在扩展金属片材的末端部分中弯折以便至少基本上竖直地延伸。基本上竖直意味着峰部和谷部在扩展金属片材的下上边缘处相对于竖直方向倾斜不超过10°、优选地不超过5°、并且更优选地不超过2°。从而，结构化填料元件的末端区域中的流动阻力相对于布置在末端区域之间的区域的流动阻力减小，结构化填料元件的压力损失减小。
可替代地，成型机可以具有下工具元件和上工具元件，其中所述上工具元件和下工具元件中的每一者具有前侧和后侧。虽然下工具元件包括第一基部元件和从第一基部元件突出的第一指部元件，其中第一指部元件形成用于在片材中形成波纹峰部的第一脊，所述上工具元件包括第二基部元件和从所述第二基部元件突出的第二指部元件，其中所述第二指部元件形成用于在片材中形成波纹波谷的第二脊。第一脊与第二脊相对布置，并且第一脊从第二脊偏移，以便实现第一指部元件和第二指部元件在接合位置中的接合。第一脊和第二脊中的每一者包括主要部分和端部部分，并且主要部分中的第一脊和第二脊中的每一者与对应前侧之间的角度至少部分不同于端部部分中的第一脊和第二脊中的每一者与对应前侧之间的角度。此外，可以在处于接合位置的第一指部元件与相邻第二指部元件之间提供空间。在片材进入形状成型工具的平面中测量所述空间。所述空间因此是开放空间。当上下工具元件处于其接合位置中时，此开放空间存在于主要部分与端部部分之间。因此，片材仅在形成其顶部部分的指部元件的脊、因此波峰处与上下工具元件接触。在第一指部元件的脊与第二指部元件的脊之间，片材不与任一指部元件接触，而是允许在两个相邻顶部部分之间的空间中自由形成。
同样，在本发明中可以使用任何常规堆叠机，只要其适于将包括周期性变形的扩展金属片材彼此上下堆叠成结构化交叉通道填料元件即可。优选地，所述堆叠机具有用于将包括周期性变形的扩展金属片材切割成所期望大小的一个或多个旋转切割轮和用于将包括周期性变形的经切割扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件的堆叠单元。
本发明的进一步方面是一种生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的过程，其中所述结构化交叉通道填料元件包括由扩展金属片材制成的至少两个相邻层，每一层包括开口，所述开口由分离元件环绕并彼此分离，并且包括周期性变形，其中所述至少两个层中的至少两者在所述填料元件的纵向方向上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层的一端延伸到相对端的开放空间，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中所述过程包括以下步骤：
a） 将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材，
b） 任选地，将在步骤（a）中生产的扩展金属片材轧制至所期望厚度，
c） 将在步骤（a）或者任选地在任选步骤（b）中生产的扩展金属片材直接馈送到片材存储单元，
d） 将扩展金属片材直接从片材存储单元运输到成型机，
e） 在成型机中使所述扩展金属片材成型为包括周期性变形的扩展金属片材；以及
f）将在步骤（e）中形成的包括周期性变形的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件。
根据本发明的特别优选实施例，所述过程在上述设备中实施。
当所述金属片材在步骤（a）中以大于1.0至1.5、优选地在1.1和1.5之间、并且更优选地在1.2和1.35之间的拉伸因子拉伸时，特别获得良好结果。
优选地，在步骤（a）中，使用金属片材，其具有0.05至0.50 mm、优选地0.08至0.2mm、并且最优选地0.09至0.15 mm的片材材料厚度。片材材料厚度意指根据材料的厚度分别构成或形成层。由于根据本发明，所述层由扩展金属片材制成，因此片材材料厚度是片材厚度。如果片材厚度在层的区域内变化，则片材材料厚度是借助于例如测微螺旋在片材材料厚度的外边缘中的一者处测量的片材的厚度。
关于结构化填料元件的扩展金属片材的材料，本发明并不特别受限。例如，扩展金属片材可以由不锈钢或选自由铝、铜、钛、锆和合金组成的群组的化合物制成。
如上文所阐述，在生产（即，金属板的切割和拉伸）之后，所产生扩展金属片材不再是平坦的。这是单独分离元件的变形、扭曲、弯折或拱起以及分离元件例如通过倾斜与其他分离元件相比的相对变形的结果。其他特征（如毛刺）可能是由冲压工艺产生的，并且因此贡献于厚度。扩展金属片材的所产生尺寸称为网格厚度，并且可以是层材料厚度的几倍。优选地，实施任选步骤（b），并且所述扩展金属片材在步骤（b）中被轧制至1.0至1.4 mm、优选地1.1至1.3 mm、并且更优选地1.15至1.25 mm的网格厚度。
如上文所阐述，片材存储单元的任务是临时存储扩展金属片材，从而补偿拉伸机和成型机的不同行程循环。更具体来说，片材存储单元在成型机的两个行程之间的时间间隔期间应该被装载由拉伸机和任选校准机生产的扩展金属片材，而片材存储单元在成型机的行程的时间间隔期间应该被卸下存储在其中的扩展金属片材。实际上，片材存储单元在短时间周期内（即在小于1分钟的时间周期内）存储扩展金属片材足矣。因此，优选的是，片材存储单元包括至少两个、更优选地至少四个、仍更优选地至少六个、并且最优选地至少八个偏转辊，其全部可移动，使得可以改变所述至少两个偏转辊之间的距离。特别优选的是，所述偏转辊全部可在竖直方向上移动，使得可以在竖直方向上改变所述辊中的每两者之间的距离。例如，片材存储单元包括固定在一定高度处的上辊和下辊，下辊设置有重量，使得由上辊和下辊交替引导的扩展金属片材保持紧密。因此，优选的是，在拉伸机的行程期间，片材存储单元的辊移动以便增加所述辊之间的距离，而在成型机的行程期间，片材存储单元的辊移动以便减小所述辊之间的距离。
关于扩展金属片材的周期性变形的种类，本发明并不特别受限，只要其允许通过彼此上下堆叠数个片材来形成用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件即可。根据本发明，最终结构化填料元件包括由扩展金属片材制成的至少两个层，其在纵向方向上彼此平行布置。根据本发明，两个层的平行布置意味着所述层中的一者相对于另一个层倾斜至多+/- 20°、优选地至多+/- 10°、更优选地至多+/-5°、仍更优选地至多+/- 2°的角度，并且最优选地相对于另一个层根本不倾斜。
根据本发明的特别优选实施例，所述扩展金属片材在步骤（e）期间成型为包括波纹作为周期性变形的扩展金属片材，所述波纹包括多个交替取向的峰部和谷部，其中所述峰部中的每一者与所述谷部中的每一者之间相对于纵向方向的角度为10°至60°、优选地20°至50°、并且更优选地25°至47°。
优选地，所述峰部和谷部在扩展金属片材的末端部分中相对于布置在所述末端部分之间的中心部分的峰部和谷部弯折，使得结构化填料元件的末端区域中的流动阻力相对于布置在末端区域之间的区域的流动阻力减小。替代在两个末端区域中提供此类弯折或不同高度，其可以仅存在于所述末端区域中的一者中。如上文所阐述，这允许减小由相应层形成的用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的压力损失。
根据本发明的另一特别优选实施例，所述扩展金属片材在步骤（e）期间成型为包括具有正方形、三角形或正弦横截面的波作为周期性变形的扩展金属片材，所述波包括峰部和谷部，其中所述峰部中的每一者与所述谷部中的每一者之间相对于纵向方向的角度为10°至60°、优选地20°至50°、并且最优选地25°至47°。
与周期性变形的形式无关，扩展金属片材的两个相邻周期性变形之间的距离优选地为5至50 mm、更优选地10至30 mm、甚至更优选地15至25 mm、并且最优选地28至22 mm，诸如约20 mm。根据表面积，一个扩展金属片材的两个相邻周期性变形的最高点之间的距离优选地在5和12.5 mm之间、并且更优选地在6.5和11.5 mm之间。
在本发明的进一步扩展中，提出，在步骤（f）中将在步骤（e）中形成的包括周期性变形的扩展金属片材切割和堆叠成结构化交叉通道填料元件，其中所述结构化交叉通道填料元件的层被取向成使得相邻层的周期性变形以交叉方式与层的相对于纵向方向偏斜地延伸的周期性变形相交，其中至少50%、优选地至少75%、并且最优选地所有所述层在所述层的周期性变形与相邻层的那些周期性变形之间的交点处接触相邻层中的每一者，并且其中所述至少两个层之间的开放空间由所述周期性变形限定。结构化交叉通道填料元件的纵向方向是当其并入传质和/或换热塔中时从结构化交叉通道填料元件的顶部区域到底部区域的方向，即，所述纵向方向是从传质和/或换热塔的顶部到底部的方向。换句话说，分别在结构化交叉通道填料元件和传质和/或换热塔的操作期间，其是较重质相的既定重力驱动的流动方向。更具体来说，可以如下确定结构化交叉通道填料元件的纵向方向：结构化交叉通道填料元件放置在水平区域上，使得结构化交叉通道填料元件的平行布置并彼此触碰接触的层在竖直方向上延伸，并且使得从所述层的一端延伸到相对端的开放空间（或分别由层的周期性变形环绕并且因此由其限定的通道）从结构化交叉通道填料元件的顶部延伸到底部。于是，所述纵向方向是从如此布置的结构化交叉通道填料元件的顶部到底部的方向，或者换句话说：滴落到如此布置的结构化交叉通道填料元件的顶部上的重质相（例如水）在重力驱动下沿着开放空间向下流动，其中纵向方向是重质相的平均流动方向。
优选地，所述周期性变形中的每一者相对于纵向方向的角度为10°至60°、优选地20°至50°、并且更优选地25°至47°，其中相邻扩展金属片材的周期性变形优选地在相反方向上取向。
如果在垂直于纵向方向的平面中测量的结构化交叉通道填料元件的在至少50%之间、优选地在至少75%之间、更优选地在至少80%之间、仍更优选地在至少90%之间、还更优选地在至少95%之间、并且最优选地所有所述至少两个层之间的最大距离为8至80 mm、优选地12至51 mm、并且最优选地16至30 mm，则特别获得良好结果。
与此一致，优选的是，层宽度为4至40 mm、更优选地6至25.5 mm、并且最优选地8至15 mm。
此外，优选的是，在步骤（f）中生产的填料元件具有100至300 mm、并且优选地150至250 mm的高度。
当在步骤（f）中生产的结构化填料元件的比表面积为60至750 m2/m3、优选地120至500 m2/m3、并且最优选地200至450 m2/m3时，特别获得良好结果。
如上文所阐述，形成结构化交叉通道填料元件的扩展金属片材各自包括开口，所述开口由分离元件环绕并彼此分离。换句话说，所述扩展金属片材是网格。优选地，步骤（a）中的拉伸被实施成使得最终结构化交叉通道填料元件的扩展金属片材的层具有以下性质：优选地，相邻开口之间的至少一个分离元件的平均宽度与片材材料厚度之间的比值至少为15、并且更优选地至少18。所述开口优选地具有透镜状或梯形形状，并且因此具有较短和较长特性长度，其中开口的较短特性长度是在扩展金属片材的拉伸方向上开口的最大尺寸，并且开口的较长特性长度是在垂直于扩展金属片材的拉伸方向的方向上开口的最大尺寸。扩展金属片材的拉伸方向是在扩展金属片材的生产期间沿着其拉伸片材金属的方向。优选地，至少50%、优选地至少75%、更优选地至少80%、仍更优选地至少90%、还更优选地至少95%、并且最优选地所有开口具有1.0至4.0 mm、并且优选地2.0至3.0 mm的较短特性长度和2.0至8.0 mm、优选地2.5至7.0 mm、并且最优选地3.0至6.0 mm的较长特性长度。
在扩展金属片材的拉伸方向上相邻的开口之间的距离不同于在垂直于扩展金属片材的拉伸方向的方向上相邻的开口之间的距离。随后，在扩展金属片材的拉伸方向上彼此相邻的第一开口与第二开口之间的距离也称为或简称为u2，而所述第一开口与在垂直于扩展金属片材的拉伸方向的方向上相邻于所述第一开口的第三开口之间的距离也称为或简称为u1。优选地，距离u2与距离u1之间的比值对于至少50%、优选地对于至少75%、更优选地对于至少80%、仍更优选地对于至少90%、还更优选地对于至少95%、并且最优选地对于所有开口为0.4至0.7、更优选地0.45至0.70、并且最优选地0.49至0.55。另外，优选的是，距离u2对于至少50%、优选地对于至少75%、更优选地对于至少80%、仍更优选地对于至少90%、还更优选地对于至少95%、并且最优选地对于所有开口为2至8 mm、更优选地3至7 mm、并且最优选地4至6 mm，而距离u1优选地对于至少50%、更优选地对于至少75%、甚至更优选地对于至少80%、仍更优选地对于至少90%、还更优选地对于至少95%、并且最优选地对于所有开口为7.5至15 mm、并且最优选地9至11 mm。
根据本发明的另一个特定实施例，相邻开口之间的至少50%、优选地至少75%、更优选地至少80%、仍更优选地至少90%、还更优选地至少95%、并且最优选地所有分离元件的平均宽度在相邻开口的平均水力直径的70%和125%之间。更优选地，相邻开口之间的至少50%、优选地至少75%、更优选地至少80%、仍更优选地至少90%、还更优选地至少95%、并且最优选地所有分离元件的平均宽度在相邻开口的平均水力直径的75%和100%之间。更优选地，相邻开口之间的至少50%、优选地至少75%、更优选地至少80%、仍更优选地至少90%、还更优选地至少95%、并且最优选地所有分离元件的平均宽度为1.5至4.0 mm、甚至更优选地1.6至3.5mm、并且最优选地1.8至3.0 mm。另外，优选的是，所述至少两个层中的每一者的至少50%、优选地至少75%、更优选地至少80%、仍更优选地至少90%、还更优选地至少95%、并且最优选地所有开口的水力直径为1.25至5.0 mm、更优选地2.0至4.0 mm、最优选地2.2至3.5 mm。
此外，优选的是，在垂直于纵向方向的平面中测量的在至少50%之间、优选地在至少75%之间、更优选地在至少80%之间、仍更优选地在至少90%之间、还更优选地在至少95%之间、并且最优选地所有所述至少两个层之间的最大距离D与分离元件的平均宽度b之间的比值至少为5、并且更优选地至少8。
可以使用参数u2（在扩展金属片材的拉伸方向上彼此相邻的第一开口与第二开口之间的距离）和b（分离元件的平均宽度）来计算扩展金属片材的拉伸因子。更具体来说，扩展金属片材的拉伸因子被限定为u2/2b。与实心金属片材相比，拉伸的倒数是可以实现的材料节省的良好指示。
根据本发明的特别优选实施例，结构化交叉通道填料元件的所有层的空隙分数（即，层中的开口的总面积除以层的片材面积的比值）在20%和38%之间。
附图说明
随后参考附图并通过示例描述根据本发明的具体实施例。
图1是根据本发明的一个实施例的设备的示意图。
图2a是根据本发明的一个实施例的设备的片材存储单元的示意图。
图2a是根据本发明的一个实施例的设备的片材存储单元的示意图。
图2b是根据本发明的另一实施例的设备的片材存储单元的示意图。
图2c是根据本发明的另一实施例的设备的片材存储单元的示意图。
图2d和图2e是根据本发明的另一实施例的设备的片材存储单元在两个不同阶段中的示意图。
图3是包括借助根据本发明的一个实施例的过程生产的数个结构化交叉通道填料元件的传质塔的示意性侧视图。
图4a是借助根据本发明的一个实施例的过程生产的结构化交叉通道填料元件的片材的一部分的分解视图。
图4b是图4a中所示的结构化交叉通道填料元件的示意性侧视图。
图4c示出图4a中所示的结构化交叉通道填料元件的两个层。
图5是借助根据本发明的另一实施例的过程生产的结构化交叉通道填料元件的波纹状片材的片断视图。
图6a-图6f是借助根据本发明的过程生产的结构化交叉通道填料元件的层的扩展金属片材的网格结构的不同实施例的示意图。
图7a示出借助根据本发明的过程生产的结构化交叉通道填料元件的层的扩展金属片材的网格结构的另一实施例的示意图。
图7b示出沿着图7a的线A-A的切口。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化交叉通道填料元件的设备10。设备10从其上游端到其下游端包括开卷机12、用于将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材的拉伸机14、用于将在拉伸机中生产的扩展金属片材轧制至所期望厚度的校准机16、片材存储单元18、用于使在校准机中生产的经轧制扩展金属片材成型为包括周期性变形的扩展金属片材的成型机20和用于将包括周期性变形的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件的堆叠机22。开卷机12是套筒，金属片材卷绕到其上。在设备10的操作期间，金属片材从开卷机12开卷并且被馈送到拉伸机14中，拉伸机14包括用于在所述金属片材被馈送通过拉伸机时在所述拉伸机的同一行程内使用加压分切和拉伸工艺切割（或相应地，分切）和拉伸所述金属片材以便生产扩展金属片材的至少一个刀具。更具体来说，由所述刀具形成的狭缝允许金属被拉伸，从而产生均匀开口。为确保一致图案，在金属被馈送通过时，对拉伸机14编程或手动操作其。拉伸机14行程式工作，其中在拉伸机14的一个行程期间运输的扩展金属片材的长度是分离元件的宽度与拉伸因子的乘积。在拉伸机14中生产的扩展金属片材被引导到校准机16中，校准机16包括至少两个辊，扩展金属片材通过所述辊被馈送并被提供压力，从而分别将扩展金属片材轧制至所期望厚度或网格厚度。
所生产经轧制扩展金属片材从校准机16直接引导到片材存储单元18中，从那里，其被直接传送到成型机20中。优选地，片材存储单元18包括至少两个、更优选地至少四个、仍更优选地至少六个、并且最优选地至少八个偏转辊，其全部可移动，使得可以改变这些偏转辊之间的距离。这样的片材存储单元18的具体实施例示出在图2中。
成型机20优选地包括用于将经轧制扩展金属片材连续转送到用于使所述经轧制扩展金属片材打褶的一个或多个第一成形单元的装置以及用于拉出经打褶扩展金属片材的至少一个装置，以便生产包括周期性变形的扩展金属片材。此后，包括周期性变形的扩展金属片材被引导到堆叠机22中，堆叠机22优选地包括用于将包括周期性变形的经轧制扩展金属片材切割成所期望大小的一个或多个旋转切割轮和用于将包括周期性变形的经切割经轧制扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件的堆叠单元。由于切割和堆叠，堆叠机22不连续地工作。在堆叠机22中切割和堆叠期间，必须停止成型机20。因此，成型机20也行程式工作，其中在成型机的一个行程期间运输的扩展金属片材的长度是片材的两个相邻周期性变形之间的距离与波纹相对于纵向方向倾斜的角度α的余弦的商。例如，对于具有20mm的两个相邻周期性变形之间的距离、45°的角度α和1.25的拉伸因子的扩展金属片材，在拉伸机的一个行程期间运输的片材的长度为2.5 mm，而在成型机的一个行程期间运输的片材的长度为28.3 mm。因此，在拉伸机中制备并在校准机中轧制的扩展金属片材无法直接运输到成型机中。
更具体来说，拉伸机14通常具有比成型机20高的行程频率，但是在行程期间比成型机20运输更少长度的扩展金属片材。因此，当成型机20的行程开始时，成型机20每给定时间间隔需要比拉伸机14在此时间间隔期间运输更多片材长度，而在成型机20的行程终止之后，拉伸机14仍运输成型机20不需要的片材长度，直到成型机20的下一个行程开始。根据本发明，拉伸机14和成型机20在两个机器14、20的不同行程循环内的不同材料需求分别由片材存储单元18补偿或缓冲。片材存储单元18的可移动辊允许在成型机20的两个行程之间的时间间隔期间通过与从校准机16接收、并且此时成型机20不需要的多余片材长度成比例地简单地增加所述辊之间的距离来给片材存储单元18装载由拉伸机14和校准机16生产的经轧制扩展金属片材。此外，所述可移动辊允许在成型机20的行程的时间间隔期间通过与成型机20所需的超过此时从校准机16接收的片材长度的多余片材长度成比例地简单地减小所述辊之间的距离来从片材存储单元18卸下存储在其中的经轧制扩展金属片材。
如图1中所示，片材存储单元18被实施成使得其直接接收在校准机16中生产的经轧制扩展金属片材并将所述经轧制扩展金属片材直接释放到成型机20。
图2a是根据本发明的一个实施例的设备10的片材存储单元18的示意图。片材存储单元18包括六个不可移动的辊23、23’、23’’、23’’’和可在竖直方向上移动的14个可移动辊24、24’、24’’、24’’’。从而，可以根据需要调整单个可移动辊24、24’、24’’、24’’’之间的距离，并且从而可以根据需要调整最上游可移动辊24与最下游可移动辊24’’’之间的总距离。最上游可移动辊24与最下游可移动辊24’’’之间的总距离限定在某一时刻存储在存储单元18中的经轧制扩展金属片材的长度。如果需要存储更多经轧制扩展金属片材，则最上游可移动辊24与最下游可移动辊24’’’之间的总距离增加，而当成型机20实施行程时，最上游可移动辊24与最下游可移动辊24’’’之间的总距离减小。
图2b是根据本发明的另一实施例的设备10的片材存储单元18的示意图。片材存储单元18包括六个不可移动的辊23、23’、23’’、23’’’和可在水平方向上移动的两个可移动辊24、24’。从而，可以根据需要调整单个可移动辊24、24’之间的距离，并且从而可以根据需要调整最上游可移动辊24与最下游可移动辊24’之间的总距离、并且因此调整存储单元18中的扩展金属片材的总长度。
图2c是根据本发明的另一实施例的设备10的片材存储单元18的示意图。片材存储单元18包括四个不可移动的辊23、23’、23’’、23’’’、两个不可移动的弯曲偏转板25、25’和可在竖直方向上移动的一个可移动辊24。从而，可以根据需要调整从第一偏转板25经由可移动辊24到第二偏转板25的总距离、并且因此调整存储单元18中的扩展金属片材的总长度。
图2d和图2e是根据本发明的另一实施例的设备10的片材存储单元18在两个不同阶段中的示意图。片材存储单元18包括四个不可移动的辊23、23’、23’’、23’’’和两个不可移动的弯曲偏转板25、25’。从而，可以改变两个偏转板25、25’之间的扩展金属片材的总长度。更具体来说，扩展金属片材的存储被实现成使得通过如下方式推动扩展金属片材以便存储在片材存储单元18中并且到达偏转器件25、25’之间的空间中：比在下游偏转板25’上方撤回扩展金属片材更快地在上游偏转板25上方推动扩展金属片材，使得在存储单元18中存在更多长度的扩展金属片材并且如图2d中所示放置在地板27上。为了从存储单元18卸载，扩展金属片材在下游偏转板52’上方撤回的速度比在上游偏转板52上方推动的速度快，使得在存储单元18中存在更少长度的扩展金属片材，如图2e中所示。
图3示出包括根据本发明的过程生产的结构填料元件的传质塔26、并且更具体来说蒸馏塔26的示意性侧视图（图的透明内部仅是出于说明性目的）。同样，出于说明性目的，层的网格结构未示出在图3中，而是仅示出在图6和图7中。蒸馏塔26包括多个结构化交叉通道填料元件28，其以两个床30、30’的形式布置。分布器32、32’布置在两个床30、30’中的每一者上方以使液体均匀地分布在床的横截面上，同时留出足够空间以使蒸气上升通过其。网格状保持装置34和收集器36布置在每一床30、30’下方，其中网格状保持装置34使床30保持在其位置处，并且收集器36收集从床30向下滴流的液体，同时在收集器中留出足够开放空间来使蒸气上升。
在蒸馏塔26的操作期间，气体作为轻质相从底部上升到顶部，而液体作为重质相以逆流从蒸馏塔26的顶部下降到底部。更具体来说，液体基本上由分布器32均匀地分布在床30的横截面上方并沿着结构化交叉通道填料元件28的层的表面向下滴流。在结构化交叉通道填料元件28的不同层之间提供开放空间，其填充有气体并为气体在由其压力梯度驱动上升时提供路径。通过允许液体散布在结构化交叉通道填料元件28的层的表面上，在所述至少两相之间形成界面，使得在所述界面处建立液体与气体之间的高效传热和传质。在床30的底部处，液体被收集在收集器36中并经由管道38向下引导至第二床30’上方的分布器32’。
图4a至图4c示出所谓的交叉通道波纹状片材填料类型的结构化交叉通道填料元件28。出于说明性目的，层的网格结构未示出在图4中，而是仅示出在图6和图7中。结构化交叉通道填料元件28由平行并彼此触碰接触的多个波纹状片材40、40’组装而成。波纹状片材40、40’中的每一者是网格，如上所述并且如下文根据图7进一步详细描述。在图4c的右下角，示意性地示出波纹状片材40的一部分的网格结构。如从以上说明书所理解，实际上所有波纹状片材40、40’都由此类网格组成，其仅出于说明性原因而未示出在图4a至图4c中。在本实施例中，波纹状片材40、40’由扩展片材材料制成，即，其通过切割和拉伸薄金属板、并且然后使所述扩展片材金属变形成波纹状片材40、40’制备而成。
波纹状金属片材40、40’借助于垂直于波纹状片材40、40’的纵向截面穿透波纹状片材40、40’的数个杆（未示出）彼此固定，其中所述杆借助于垫圈和螺母或通过弯折所述杆或通过任何其他器件（未示出）而与第一个和最后一个波纹状片材固定。每一波纹状片材40、40’包括多个交替取向的峰部42和谷部44，其中相邻波纹状片材40、40’被取向成使得相邻波纹状片材40、40’的波纹42、44以交叉方式与波纹状片材40、40’的相对于纵向方向偏斜地延伸的波纹42、44相交，因此形成彼此连续交叉的倾斜通道46。更具体来说，峰部42中的每一者与谷部44中的每一者之间相对于纵向方向的角度α为10°至60°、优选地20°至50°、并且最优选地25°至47°，其中相邻层40、40’的峰部42和谷部44分别在相反方向上取向。通道46限定相邻波纹状片材40、40’之间的最大距离D，诸如例如20 mm。这些通道46积极地影响结构化填料交叉通道元件28内的气相和液相的流动并促进所述相之间的传质。即，使气相和液相与结构化交叉通道填料元件28的通道46接触，并且因此促进所述相之间的传质和传热。更具体来说，上升的气体与液体接触，当流体向下流过传质塔时，其存在于限定通道46的波纹状片材40、40’的表面上。总而言之，轻质相分别流过开放空间或通道46，而无旁路流过结构化交叉通道填料元件28的波纹状片材40、40’的网格的开口。这导致轻质相与重质相之间的特别高效传质和传能。此外，通道46的交叉方式导致相从左到右的最佳分布。
图5示出根据替代实施例的结构化交叉通道填料元件的波纹状片材40的片断视图。图5的结构化交叉通道填料元件的波纹状片材40类似于图4a至图4c中所示的波纹状片材40、40’。然而，图5的结构化交叉通道填料元件的波纹状片材40并不包括线性延伸的峰部和谷部，而是波纹状片材40、40’的峰部42、42’和谷部在末端部分48、48’中弯折以便基本上在竖直方向上在波纹状片材40、40’的末端部分48、48’中延伸。在图5中，实线绘示波纹状片材40的呈现给观察者的面中的波纹的峰部42，而虚线42’绘示波纹状片材40’的直接在视图中的面后面的对应面中的波纹的峰部。通过弯折末端部分48、48’以便基本上在竖直方向上在波纹状片材40、40’的末端部分48、48’中延伸，与位于波纹状片材40、40’的末端部分48、48’之间的部分的流动阻力相比，波纹状片材40、40’的末端部48、48’的流动阻力减小。这导致结构化交叉通道填料元件的减小的压力损失。
图6a至图6f是形成根据本发明生产的结构化交叉通道填料元件的层50的网格56的不同实施例的示意图，其例如适于用于如图4a至图4c和图5中的任一者中所示的结构化交叉通道填料元件中。图6a中所示的结构化交叉通道填料元件的层50的网格56包括具有四边形横截面的开口58，其中开口58由分离元件60环绕并彼此分离。分离元件60是具有例如2mm的平均宽度b的条，其中分离元件60完全环绕开口58。开口58的两个边长a1、a2被选择成产生具有例如3 mm的合适水力直径d的开口58。如本领域中所知，可以根据公式4 A / P计算水力直径d，其中A是开口40的横截面积，并且P是开口58的周长。在图6b至图6f中示出具有不同几何形状的开口58和不同几何形状的分离元件60的网格56。图6b和图6c的网格56的开口58是四边形的，而图6d的网格56的开口58不规则，并且图6e和图6f的网格56的开口58是椭圆形的。
图7a示出借助根据本发明的过程生产的结构化交叉通道填料元件的层的扩展金属片材的网格结构的另一实施例的示意图。所述扩展金属片材是包括具有基本上梯形形式的开口58的网格56，开口58通过分离元件60彼此分离。因此，所述开口具有较短特性长度和较长特性长度，其中开口58的较短特性长度是在扩展金属片材的拉伸方向SD上开口58的最大尺寸，并且开口58的较长特性长度是在垂直于扩展金属片材的拉伸方向SD的方向上开口58的最大尺寸。如图7b（其是沿着图7a的线A-A的切口）中所示，所述扩展金属片材不再是平坦的，而是具有结构化表面。这是单独分离元件的变形、扭曲、弯折或拱起以及分离元件例如通过倾斜与其他分离元件相比的相对变形的结果。更具体来说，扩展金属片材在拉伸方向SD上包括平坦侧翼，但是在相反方向上包括相当陡峭侧翼。本发明允许在拉伸方向SD上将扩展金属片材（即，以其平坦侧翼侧）运输到成型机20中。
附图标记和缩写列表
10 用于生产结构化交叉通道填料元件的设备
12 开卷机
14 拉伸机
16 校准机
18 片材存储单元
20 成型机
22 堆叠机
23、23’、23’’、23’’’ 片材存储单元的不可移动的辊
24、24’、24’’、24’’’ 片材存储单元的偏转器件/可移动辊
25、25’ 片材存储单元的偏转器件/偏转板
26 传质塔/蒸馏塔
27 地板
28 结构化交叉通道填料元件
30， 30’ 结构化填料元件的床
32、32’ 分布器
34 保持装置
36 收集器
38 管道
40、40’ 波纹状片材
42 层的峰部
42’ 相邻层的峰部
44 谷部
46 通道/开放空间
48、48’ 波纹状片材的末端部分
50、50’ 层
56 网格
58 网格的开口
60 网格的分离元件
A 开口的横截面积
a1 开口的边长
a2 开口的第二边长
b 分离元件的平均宽度
d 开口的平均水力直径
D 至少两个层/波纹状片材中的至少相邻者之间的最大距离
P 开口的周长
SD 扩展金属片材的拉伸方向
V 纵向方向，其通常是竖直方向
α 峰部中的每一者与谷部中的每一者之间相对于纵向方向的角度

Claims (27)

1.一种生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔(26)的结构化交叉通道填料元件(28)的设备(10)，其中，所述结构化交叉通道填料元件(28)包括由扩展金属片材制成的至少两个相邻层(50、50’)，每一层包括开口(58)，所述开口由分离元件(60)环绕并彼此分离，并且包括周期性变形(42、42’、44)，其中，所述至少两个层(50、50’)中的至少两者在所述填料元件(28)的纵向方向(V)上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层(50、50’)的一端延伸到相对端的开放空间(46)，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中，所述设备包括：
a)拉伸机(14)，所述拉伸机(14)用于将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材，
b)任选地，校准机(16)，所述校准机(16)用于将在所述拉伸机(14)中生产的扩展金属片材轧制至所期望厚度，
c)片材存储单元(18)，
d)成型机(20)，所述成型机(20)用于使在所述拉伸机中生产、并且任选地在所述任选校准机(16)中轧制的扩展金属片材成型为包括周期性变形(42、42’、44)的扩展金属片材；以及
e)堆叠机(22)，所述堆叠机(22)将包括周期性变形(42、42’、44)的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件(28)，
其中，所述片材存储单元(18)被实施成使得其直接接收在所述拉伸机中生产、并且任选地在所述任选校准机(16)中轧制的扩展金属片材并将所述扩展金属片材直接释放到所述成型机(20)，
其中，所述拉伸机(14)能够操作成以第一行程频率行程式工作，并且所述成型机(20)能够操作成以第二行程频率行程式工作，其中，所述第一行程频率大于所述第二行程频率，
其中，所述片材存储单元(18)包括至少两个偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述拉伸机(14)能够操作成在每一行程期间释放第一长度的扩展金属片材，并且所述成型机(20)能够操作成在每一行程期间释放包括周期性变形(42、42’、44)的第二长度的扩展金属片材，其中，所述第一长度小于所述第二长度。
3.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少两个弯曲偏转板(25、25’)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)，所述弯曲偏转板(25、25’)不可移动。
4.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少两个弯曲偏转板(25、25’)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)，所述弯曲偏转板(25、25’)中的至少一者可移动，使得能够改变所述偏转器件(25、25’)中的至少两者之间的距离。
5.根据权利要求3或4所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少四个弯曲偏转板(25、25’)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
6.根据权利要求3或4所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少六个弯曲偏转板(25、25’)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
7.根据权利要求3或4所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少八个弯曲偏转板(25、25’)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
8.根据权利要求4所述的设备(10)，其中，所有弯曲偏转板(25、25’)可移动，使得能够改变所述偏转器件(25、25’)中的至少两者之间的距离。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少两个偏转辊(24、24’、24”、24”)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)，所述偏转辊(24、24’、24”、24”)中的至少一者可移动，使得能够改变至少两个偏转器件(24、24’、24”、24”、25、25”)之间的距离。
10.根据权利要求9所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少四个偏转辊(24、24’、24”、24”)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
11.根据权利要求9所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少六个偏转辊(24、24’、24”、24”)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
12.根据权利要求9所述的设备(10)，其中，所述片材存储单元(18)包括至少八个偏转辊(24、24’、24”、24”)作为偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
13.根据权利要求9所述的设备(10)，其中，所有偏转辊(24、24’、24”、24”)可移动，使得能够改变至少两个偏转器件(24、24’、24”、24”、25、25”)之间的距离。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备(10)，其中，所述拉伸机(14)包括用于在金属片材被馈送通过所述拉伸机(14)时在所述拉伸机的同一行程内切割和拉伸所述金属片材的至少一个刀具。
15.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备(10)，其中，所述成型机(20)包括用于使所述扩展金属片材打褶的一个或多个第一成形单元、用于将所述扩展金属片材连续转送到所述一个或多个第一成形单元的装置、以及用于拉出经打褶扩展金属片材的至少一个装置。
16.一种生产用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔(26)的结构化交叉通道填料元件(28)的过程，其中，所述结构化交叉通道填料元件(28)包括由扩展金属片材制成的至少两个相邻层(50、50’)，每一层包括开口(58)，所述开口(58)由分离元件(60)环绕并彼此分离，并且包括周期性变形(42、42’、44)，其中，所述至少两个层(50、50’)中的至少两者在所述填料元件(28)的纵向方向(V)上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层(50、50’)的一端延伸到相对端的开放空间(46)，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中，所述过程包括以下步骤：
a)将金属片材切割和拉伸成扩展金属片材，
b)任选地，将在步骤(a)中生产的扩展金属片材轧制至所期望厚度，
c)将在步骤a)中或任选地在任选步骤(b)中生产的扩展金属片材直接馈送到片材存储单元(18)，
d)将扩展金属片材直接从所述片材存储单元(18)运输到成型机(20)，
e)在所述成型机(20)中使扩展金属片材成型为包括周期性变形(42、42’、44)的扩展金属片材；以及
f)将在步骤(e)中成型的包括周期性变形(42、42’、44)的扩展金属片材堆叠成结构化交叉通道填料元件(28)，
其中，拉伸机(14)能够操作成以第一行程频率行程式工作，并且所述成型机(20)能够操作成以第二行程频率行程式工作，其中，所述第一行程频率大于所述第二行程频率，
其中，所述片材存储单元(18)包括至少两个偏转器件(24、24’、24”、24”’、25、25’)。
17.根据权利要求16所述的过程，其中，所述过程在根据权利要求1至15中的任一项所述的设备中实施。
18.根据权利要求16或17所述的过程，其中，所述金属片材在步骤(a)中以1.0和1.5之间的拉伸因子拉伸。
19.根据权利要求16或17所述的过程，其中，所述金属片材在步骤(a)中以1.1和1.5之间的拉伸因子拉伸。
20.根据权利要求16或17所述的过程，其中，所述金属片材在步骤(a)中以1.2和1.35之间的拉伸因子拉伸。
21.根据权利要求16或17所述的过程，其中，实施所述步骤(b)，其中，所述扩展金属片材在步骤(b)中被轧制至1.0至1.4mm的网格厚度。
22.根据权利要求16或17所述的过程，其中，实施所述步骤(b)，其中，所述扩展金属片材在步骤(b)中被轧制至1.1至1.3mm的网格厚度。
23.根据权利要求16或17所述的过程，其中，实施所述步骤(b)，其中，所述扩展金属片材在步骤(b)中被轧制至1.15至1.25mm的网格厚度。
24.根据权利要求16或17所述的过程，其中，在所述拉伸机(14)的行程期间，所述片材存储单元(18)的辊(24、24’、24”、24”’)移动以便增加所述辊(24、24’、24”、24”’)之间的距离，而在所述成型机(20)的行程期间，所述片材存储单元(18)的辊移动以便减小所述辊(24、24’、24”、24”’)之间的距离。
25.根据权利要求16或17所述的过程，其中，所述扩展金属片材在步骤(e)期间成型为包括作为周期性变形(42、42’、44)的波纹的扩展金属片材，所述波纹包括多个交替取向的峰部(42、42’)和谷部(44)，其中，所述峰部(42、42’)中的每一者与所述谷部(44)中的每一者之间相对于纵向方向(V)的角度(α)为10°至60°。
26.根据权利要求25所述的过程，其中，所述峰部(42、42’)中的每一者与所述谷部(44)中的每一者之间相对于纵向方向(V)的角度(α)为20°至50°。
27.根据权利要求25所述的过程，其中，所述峰部(42、42’)中的每一者与所述谷部(44)中的每一者之间相对于纵向方向(V)的角度(α)为25°至47°。
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