CN1241682C - 用于填充模块的带、相应模块及塔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理由两个通道(18)限定的流体的波纹填充模块。该模块包括一延伸区域(4)，其通道限定形成具有一相对于所述流体的整体流动方向(Df)倾斜的整体方向(Di)的波峰线(26)。所述带包括与该延伸区域(4)相邻的一过渡区域(6，8)。该过渡区域(6，8)的每一波峰线(26)均在一特定区域内延伸，该特定区域位于沿该延伸区域(4)的波峰线(26)的切线方向延伸的一曲线(A)的中央。该径向宽度(Lr)为该曲线(A)的相应曲率半径的10%。该曲线(A)在所有点处的曲率半径(Rc)均比一通道(18)的液力直径(Dh)的1.5倍大。本发明可应用于空气蒸馏塔。

Description

用于填充模块的带、相应模块及塔
技术领域
本发明涉及一种由片材尤其是塑性变形的金属片制成的用于处理流体的填充模块用的波纹带，该波纹带限定形成用于该流体的流动通道并包括一延伸区域，所述通道从侧面看时限定形成具有一相对于所述流体的整体流动方向倾斜的整体方向的波峰线/波谷线，该带还包括至少一个与该延伸区域相邻的过渡区域，该过渡区域的波峰线/波谷线的方向逐渐接近所述流体的整体流动方向。
术语“填充”应理解为一种用于混合一相和/或用于使同向或反向流动的几个相彼此接触的装置。尤其是可在该填充装置中进行热和/或物质交换和/或化学反应。本发明的一个特殊应用是用于分离气体混合物的塔，尤其是空气蒸馏塔。
背景技术
现有技术中提到的是包括交叉波纹填充模块(也称作填充单元)的空气蒸馏装置。所述模块包括以平行方式竖直设置的波纹带或金属片，在该装置中，所述片的波纹相对于流体整体流动方向倾斜，并且在相邻片之间通常以90°交叉地交替倾斜。
该填充模块被塞入该蒸馏塔中，使得一个模块的片绕该塔的轴线以一定角度相对于一相邻模块的片偏移，在相邻模块之间该角度通常为90°。
在使用时，气体的流动方向被强制改变成从一个模块流到另一模块，在该位置处有相应的水头损失(压头损失head loss)。这种水头损失导致流体在上部模块的下部区域中聚集以及该位置处的塔的溢流，而该模块的中央部分还没有达到其溢流点。这种现象会降低该塔的处理能力。
为了减小这种影响，现有技术已提出使用带有一(表面波纹)结构的分界面区域的填充模块。
这种填充模块例如在WO-A-97/16247中公开。
在该模块中，该填充带在它们的边缘区域中包括具有沿其面向一相邻模块的边缘平行于该流体的整体流动方向延伸的弯曲波峰的波纹。
这些弯曲的波纹将该带的该边缘与位于该模块的延伸区域中的相对于该流体的整体流动方向倾斜的波纹连接在一起。
然而，在前面提到的WO-A-97/16247中公开的该填充带仍然会在该模块的分界面区域中产生大量水头损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种其水头损失被进一步减小的填充模块。
为了达到此目的，本发明的主题在于提供一种上述类型的波纹带，其特征在于，该过渡区域的每条波峰线/波谷线从侧面看时位于一限定区域内，该限定区域位于沿该延伸区域的波峰线/波谷线的切线方向延伸的一曲线的中央，且该区域的径向宽度是该曲线的相应曲率半径的10％；并且该曲线在任意点处的曲率半径都比一通道的液力直径的1.5倍大，优选比该液力直径的1.6倍大。
根据优选的实施例，根据本发明的带可包括一个或多个如下特征：
-所述曲线的曲率半径比一通道的液力直径的3倍大；
-所述曲线的曲率半径比一通道的液力直径的5倍小；
-所述曲线是一段圆形弧；
-所述圆形弧的中心位于所述带的边缘上或者位于该边缘的一延伸线上；
-所述曲线包括至少两段具有不同曲率半径的圆形弧，所述圆形弧以它们的从该带的边缘开始的曲率半径的值逐渐增大的顺序连接在一起；
-所述波峰线/波谷线在其与该带的边缘的交点处的边缘方向基本为所述流体的整体流动方向；
-所述过渡区域的波峰线/波谷线由至少两个尤其是相同长度的直线段构成；和
-所述过渡区域的波峰线/波谷线与所述曲线重合。
本发明的主题还在于一种用于一物质和/或热交换塔的填充模块，其特征在于，该填充模块包括一组如上所述的带，其中，这些带的延伸区域的波峰线/波谷线的整体方向在相邻带之间相反。
根据所述模块的一个优选实施例，填充密度大于300m2/m3，且优选大于400m2/m3。
本发明的主题还在于一种尤其是用于空气蒸馏的低温蒸馏塔，其特征在于，该蒸馏塔包括至少一个如上所述的填充模块。
附图说明
通过阅读以下仅通过示例并结合附图给出的说明将能够较清楚地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的一填充模块的示意性侧视图；
-图2是沿图1的线II-II的放大剖视图；
-图3和4是示出与现有技术中的填充模块相比较的本发明填充模块一示例的特性的曲线图；和
-图5是本发明填充带一可选实施例的一部分的放大侧视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一填充模块2的侧视图。填充模块2要安装在一具有一垂直中心轴线(未示出)的流体处理塔中。在该塔的操作中，流体沿一流体整体流动方向Df流过带2的表面，在这种情况下该方向是垂直的。填充带2由一光滑金属片带制造且通过弯曲而塑性变形。
填充带2具有一波纹延伸区域4，波纹上部过渡区域6和波纹下部过渡区域8沿方向Df与延伸区域4连接在一起。过渡区域6、8分别终止于一水平边缘10、12。在处于带2的安装状态下时，过渡区域6、8与由一些彼此类似但绕该塔的中心轴线以一定角度偏移的带构成的填充模块相邻。
图2示出延伸部分4沿图1的线II-II的剖视图。带2由一连串相对于图1的平面倾斜即相对于图1的平面的前方和后方交替倾斜的平坦表面14、16构成。两个相邻表面14、16在其间形成一流体流动通道18。每个通道18均具有近似三角形的横截面并沿两侧封闭而沿第三侧开口。一通道的表面14、16之间成一弯曲角度γ，在这种情况下该角度γ为60°。通道18并从而该带的厚度为E。平坦表面14、16具有连接两个相邻表面14、16的弯曲连接区域22、24。这些连接区域的曲率半径为r。连接区域22、24从侧面看时(图1)形成波峰线26和波谷线28。从侧面看时，两个相邻波峰线26或两个相邻波谷线28彼此平行且分开一距离B，即波纹间距(pitch)。延伸区域4的波峰线26/波谷线28均是直的并且均沿方向Di延伸。该方向与该带的边缘10、12及方向Df形成一角度δ＝45°。所述角δ通常在30°到60°之间。
不同于该延伸区域，过渡区域6、8的通道18是弯的。更准确地说，通道18的波峰线26/波谷线28在一与延伸区域4连接在一起的区域内近似沿方向Di延伸并且在该带的边缘10、12的位置处朝向一边缘倾斜方向Db逐渐改变它们的倾斜度。在本实施例中，所述过渡区域中的每条波峰线26/波谷线28从侧面看时均具有半径为Rc的圆形弧A的形状。每段圆形弧A的中心C均位于该带的边缘10、12上或者位于所述边缘的延伸线上，以使得该方向Db与该方向Df相同。每段圆形弧A均沿切线方向与延伸区域4的波峰线26/波谷线28连接在一起。上部过渡区域6和下部过渡区域8均具有沿方向Df测量的一高度Hc。所述高度Hc是δ的函数即Hc＝Rc×cosδ。
延伸区域4的每个通道18的液力直径为：
Figure C0282465200071
若每个通道18均由两个V形表面14、16限定形成，即忽略该半径r，则一通道(18)的液力直径为：
Dh＝B×cos(γ/2)
每段弧A的半径Rc均比该液力直径Dh的1.5倍大。在实际中，该半径Rc介于1.6Dh和5Dh之间，且优选为约3Dh。
图3示出现有技术中的填充模块与根据本发明的一个填充模块的特性相比较的曲线图。每次填充的密度为500m2/m3。该延伸区域中的通道的倾斜角度δ为45°。X轴表示每单位面积的气体最大生产量，y轴表示每单位长度的水头损失。
曲线C1示出一不具有过渡区域的第一常规填充模块即一仅由一延伸区域形成的波纹带构成的填充模块的填充能力。曲线C2示出一具有两个过渡区域即下部过渡区域和上部过渡区域的第二填充模块的填充能力，该第二填充模块的Rc/Dh比等于1。在水头损失为10mbar/m时，该第二填充模块的填充能力比该第一常规填充模块的填充能力增加25％。
曲线C3示出根据本发明的一填充模块(第三填充模块)的填充能力，该填充模块的Rc/Dh比等于3。在水头损失为10mbar/m时，该填充模块的填充能力比该第二填充模块的填充能力进一步增加12％。
图4示出与前述填充模块的特性相比较的曲线图。X轴表示该填充模块的溢流度，而y轴表示每单位长度的水头损失。
曲线C4示出该第一常规填充模块的特性。曲线C5示出该第二填充模块的特性，曲线C6示出该第三填充模块的特性。在水头损失为6mbar/m时，Rc/Dh＝3的填充模块的填充能力比Rc/Dh＝1的填充模决的填充能力增加8％。
图5示出根据本发明一可选实施例的填充带的一过渡区域的一部分。
不同于该第一实施例，延伸区域4的波峰线26/波谷线28的倾斜角δ为30°。因此，它们相对于方向Df倾斜60°。此外，过渡区域8中的波峰线26/波谷线28由具有相同长度1的3个直线段36、38、40构成。所述相继的直线段36、38、40在该延伸区域与该边缘之间相对于该边缘12倾斜的角度分别为δ1＝39°、δ2＝58°和δ3＝77°。
带2的每条波峰线26/波谷线28在过渡区域8中均位于如下限定的一区域42内：
呈一圆形弧A形式的一曲线沿切线方向与该延伸区域的所述波峰线26/波谷线28的终点T1连接在一起。
该圆形弧A的半径Rc为该带2的通道18的液力直径Dh的至少1.5倍，优选至少1.6倍。
在该圆形弧A与边缘12的交点T2处，该圆形弧的切线方向Dt比延伸区域4的波峰线26/波谷线28更倾斜于该流体的整体流动方向Df。
区域42的径向宽度Lr是该半径Rc的10％。区域42位于该圆形弧A的中央，以使得该区域42在该圆形弧A的任意一侧上延伸5％×Rc。
应注意，该圆形弧A是位于区域42内的一波峰线26/波谷线28的理想曲线。
已经发现，以根据本发明的一种填充带制造的一填充模块显示出一改进的填充能力。
以根据本发明的带制造的该填充模块的填充密度a优选大于300m2/m3，且更优选的是大于400m2/m3。
应注意，该液力直径Dh还可作为该填充密度a的函数近似计算，即根据公式Dh＝4/a近似计算。
包括一组根据本发明的填充带的该模块例如用于尤其用于空气蒸馏的低温蒸馏塔。
作为一变型，限定区域42的该曲线可具有一可变的曲率半径，尤其是从所述带的该延伸区域减小的曲率半径。更具体地说，该曲线可由具有不同曲率半径的多段圆形弧构成。例如，该曲线可由两段曲率半径Rc分别为1.5Dh和2Dh的圆形弧构成。优选地，这些圆形弧以它们的曲率半径逐渐增加的顺序从该边缘延伸。

Claims (15)

1.一种由片材制成的用于处理流体的填充模块用的波纹带，该波纹带限定形成用于该流体的流动通道(18)并包括一延伸区域(4)，所述通道(18)从侧面看时限定形成具有一相对于所述流体的整体流动方向(Df)倾斜的整体方向(Di)的波峰线(26)/波谷线(28)，该带还包括至少一个与该延伸区域(4)相邻的过渡区域(6，8)，该过渡区域(6，8)的波峰线(26)/波谷线(28)的方向逐渐接近所述流体的整体流动方向(Df)，其特征在于，该过渡区域(6，8)的每条波峰线(26)/波谷线(28)从侧面看时位于一限定区域(42)内，该限定区域位于沿该延伸区域(4)的波峰线(26)/波谷线(28)的切线方向延伸的一曲线(A)的中央且该区域的径向宽度(Lr)是该曲线的相应曲率半径的10％；并且该曲线(A)在任意点处的曲率半径(Rc)均比一通道(18)的液力直径(Dh)的1.5倍大。
2.如权利要求1所述的带，其特征在于，所述曲线(A)在任意点处的曲率半径(Rc)均比所述通道(18)的液力直径(Dh)的1.6倍大。
3.如权利要求1所述的带，其特征在于，该曲线(A)的曲率半径(Rc)比一通道(18)的液力直径(Dh)的3倍大。
4.如权利要求1所述的带，其特征在于，该曲线(A)的曲率半径(Rc)比一通道(18)的液力直径(Dh)的5倍小。
5.如权利要求1所述的带，其特征在于，该曲线是一段圆形弧(A)。
6.如权利要求5所述的带，其特征在于，该圆形弧(A)的中心(C)位于该带的边缘(10，12)上或者位于该边缘的延长线上。
7.如权利要求1所述的带，其特征在于，该曲线包括至少两段具有不同曲率半径的圆形弧，这些圆形弧以它们的从该带的边缘开始的曲率半径的值逐渐增加的顺序连接在一起。
8.如权利要求1所述的带，其特征在于，该波峰线(26)/波谷线(28)在其与该带的边缘(10，12)的交点处的边缘方向(Db)为所述流体的整体流动方向(Df)。
9.如权利要求1所述的带，其特征在于，该过渡区域(6，8)的波峰线(26)/波谷线(28)由至少两个直线段(36，38，40)构成。
10.如权利要求9所述的带，其特征在于，所述至少两个直线段(36，38，40)具有相同长度(l)。
11.如权利要求1所述的带，其特征在于，该过渡区域(6，8)的波峰线(26)/波谷线(28)与该曲线(A)重合。
12.一种用于一物质和/或热交换塔的填充模块，其特征在于，该填充模块包括一组如上述权利要求中任一项所述的带(2)，其中，这些带的延伸区域的波峰线(26)/波谷线(28)的整体方向(Di)在相邻带之间相反。
13.如权利要求12所述的模块，其特征在于，该模块的填充密度(a)大于300m2/m3。
14.一种低温蒸馏塔，其特征在于，该蒸馏塔包括至少一个如权利要求12和13之一所述的填充模块。
15.如权利要求14所述的低温蒸馏塔，其特征在于，所述低温蒸馏塔用于空气蒸馏。
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