CN1284895A - 结构组合及其构件 - Google Patents

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Abstract

一种低压降、高效率的组合结构(2),具有可制成直立式的最好是正方形的通道(54、56、58)的板料(4),上述各通道中含有由上述板料(4)制成的涡流发生器(24),上述通道(54、56、58)虽然是垂直直线式的,但受到上述涡流发生器(24)的周期性阻隔,而形成沿各通道(54、56、58)的曲折流道。上述板料由于制出上述涡流发生器(24)而形成相邻通道(54、56、58)间的孔,这就造成不同通道(54、56、58)间的流体连通和通道内的平稳流动。本组合结构(2)可用于液体混合作业或那些要求多相质量传输的作业如:吸收或蒸馏。添加催化剂可使本组合结构适用于催化蒸馏。由曲折的直立式流道所形成的紊流使液体具有低的横向和纵向的压降,并具有最佳的液体滞留量。

Description

结构组合及其构件
本发明涉及用于流体接触系统如蒸馏塔或单相或多相混合器并可制成对催化蒸馏具有触媒作用的结构组合件。
工业上，蒸馏通常是在含有组合部件的塔内作为多级气一液逆流作业进行的，以促进传递和传热所需的气-液接触。由于在塔内存在多个平衡级，故沿整个塔的长度的蒸气和液体的成分是变化的，所需的产物可在塔的最合适位置上以液体或气体状态取出。
传质装置的效率越高，达到同样平衡级数的塔身越短。传质装置通常是分开式的允许蒸气体向上流过小高度液体的塔盘或者是含有气-液接触表面的连续组合构件。达到蒸气-液体平衡的能力由分馏的“塔盘效率”或连续组合构件的“与理论平板等效的高度”(HETP)来表示。HETP越小，组合构件的效率越高。这种组合构件的优点是兼有高的效率和低的蒸气压降。低的压降是所希望的，因为强制气体在塔内向上流动要克服高的压力差(如果有的话)就要提高成本。
在美国专利No.4731229(Sperandio)、5523062(Hearn)、5189001(Johnson)和5431890(Crossland)等中公开过催化蒸馏组合构件的实例。例如，专利4731229公开了具有交替排列的带槽部件(其中的沟槽相对于垂直方向倾斜)和不带槽部件的反应器组合构件，在上述的部件上设有孔，以形成流过组合构件的反应剂通道。上述的沟槽相对于垂直方向倾斜可保证最佳的液体接触，并产生液体滞留，而垂直的沟槽会使液体滞留变得不希望的小，即成为过度的液体流动。
催化蒸馏是通过将催化剂置入蒸馏柱内使分离(蒸馏)装置作业与化学反应相结合。由于最高反应速率与成分有关。故可将催化剂置于最佳位置，而且，在一种受平衡限制的化学反应中，可以取出反应产物(通过蒸馏)而推动反应向前进行。最为重要的是，采有用催化蒸馏可减少所用的设备部件。因此，可将现有技术中的两室反应器和蒸馏塔合成一种整体结构。美国专利5321163公开了一种催化蒸馏系统。
已经发展出的改进的现有技术的组合构件含有复合基体结构有时称为微孔筛，这是由材料纤维网络组成的多孔性产品。美国专利5304330、5080962、5102745和5096663(这些专利均纳入本专利作为参考)公开了上述的含有材料纤维网络的多孔复合基体制造方法。混合物通常由形成多孔复合物的金属纤维与一种弥散在合适的液体中的起粘结作用的结构形成剂组成。经预成形后，去除上述液体，将复合物加热，在接合点进行纤维烧结，这就制成一种具有三维纤维网络的多孔复合板料。在绕结时或绕结之后，将上述的结构形成剂除去。
但是，上述类型的组合结构中的多孔板料通常在蒸馏过程中不会形成供气体和液体通过孔的液体连通，也就不能形成所需的接触混合和所需的低压降。这可能是由于基体较小的孔隙尺寸造成的毛细管作用所致。上述的基体可以是例如100μm厚的薄板(通常按照所需的强度在一层或多层中的厚度约为0.5～0.075mm)，其刚度与普通的碳化硼基体相当，有时称之为“纸”，但它含有金属纤维，且强度比纤维素纸高。上述板料含约90％～95％的孔隙，具有高的表面积与孔隙体积比值。
本发明人认为有必要提供一种高效的可改善蒸馏功能的组合结构。有利的是，本发明人判定这种基体可以涂上用于蒸馏塔中流体反应过程的蒸馏催化剂。
按照本发明的用于具有垂直轴线的流体处理与混合塔的结构组合件有一种板料构件，该构件具有多条平行于垂直轴线沿轴向延伸的通道和多个位于每条通道中的涡流发生器，从而在每条通道内基本上形成一条沿轴向的曲折流道。
一方面，上述构件具有多个透孔可使每条通道中的流体沿垂直于轴向流入和流出相邻的通道。
另一方面，该板料是多孔的，并含有烧结的金属纤维。
涡流发生器可以是三角形的，或者可以具有一个梯形的本体和一个尖部，或者可以是矩形的，其特征在于，当沿轴向看时，上述的通道是正方形的。
每条通道可具有从中间连接壁伸出的沿轴向延伸的相对侧壁，相邻的通道具有一个共用的侧壁，而相邻通道的连接壁位于隔开的平面上而形成一种沿垂直于通道的方向的准波纹状沟。上述涡流发生器从公用壁伸入下一个相邻的通道内。
按照本发明的又一方面的用于具有垂直轴线的流体处理与混合塔的结构组合件具有多个板料构件，每个构件具有多个沿平行于垂直轴线的轴向延伸的通道，该多个构件按边对边的关系固定在一起构成一个环形地封闭内部通道的阵列，每条通道内设有多个沿轴向隔开的涡流发生器，从而在每条通道内只形成一条沿轴向的曲折流道。
一方面，每个涡流发生器具有一个沿轴向的重叠部分，用于基本上阻隔沿轴向的液体直线流动。
另一方面，上述通道具有平的垂直于中间壁的侧面，上述涡流发生器与上述板料是一个整体。并形成上述的孔。
涡流发生器形成紊流使两相流体最好地相接触或者使卓相液体最好地混合。涡流发生器在垂直取向的通道内形成所需的液体滞留，并通过通道壁上的孔使一条通道和相邻通道的各部分形成液体和气体的连通而使液体之间最好地相接触。
在本发明的又一方面，一种用于具有垂直轴线的液体处理与混合塔的结构组合件具有多个多孔板料组合构件，每个构件具有多条沿平行于垂直轴线的轴向延伸的通道，上述板料尽管也有孔隙但它通常是阻碍相邻通道间的流体连通的，各组合构件按边靠边的关系固定在一起构成一个环形地封闭内部通道的阵列，各组合构件都具有用于使通道间形成横向流体连通的透孔和多个位于每个通道内的沿轴向隔开的涡流发生器。
下面结合附图说明本发明，附图中：
图1是接本发明的一个实施例的组合结构的等角投影图；
图2a是图1的一个组合构件的上视平面图；
图2是沿图2a的2-2线的组合构件的前视图；
图3是图1的组合结构的上视平面图；
图3a是图3的组合结构的一部分的更详细的视图；
图4是制造图1组合结构的组合构件的板坯的前视图；
图5是按本发明第二实施例的一个组合构件的等角投影图；
图6a是图5的组合构件的上视平面图；
图6是沿图6a的6-6线的组合构件的前视图；
图7是使用多个图5和6组合构件的组合结构的上视平面图；
图8是图7的组合结构的一部分的更详细的平面图；
图9是用于制造图5的组合构件的板坯的前视图；
图10是按本发明的又一个实施例的组合结构的局部平面图；
图11是沿图10中的11-11线的局部侧视图；和
图12是图11的实施例的等角图。
图1示出的组合结构2具有一行相同的组合构件4、6、8和10，这些组合构件是较大阵列3(图3)的一部分。虽然在图3只示出9个组合构件，但是，这仅是为了说明。实际上，可根据给定的具有实施方案使用多个或少于9个的组合构件。而且，图中示出的组合构件的阵列是正方形的，这种结构也是为了说明，实际上，在相应于图3的平面图上组合构件和阵列可以是矩形的、圆形的、或任何其他所需的形状。
如果组合构件阵列的横截面是圆形的，那么，图3中组合构件从左到右的总的横向宽度必定是不相同的。将这些组合构件置入一个塔的外壳12(虚线表示)内，虽然上述外壳的横截面在本实施例中是正方形的，而其他的外壳横截面则可以是矩形的或圆形的。这些组合构件与外壳12的内部形状相符合而填满其内部容积。
每个组合构件4、6、8和10用相同的板坯14(见图14)制成，该板坯14的材料最好是如序言部分所述的多孔的金属纤维复合材料，该材料最好用序言部分提到的并作为本专利参考资料的美国专利中所述的材料制成。
制造上述组合构件的材料也可以是实心的金属薄板，或熟悉本技术的人们所知道的其他材料。板坯14是组成图3中每个组合构件的较大的完整板坯的一段，并且代表其中的一部分。完整的板坯(未示出)的外形与所示出的部分板坯14一样具有所示花样的相同复现，该花样向图的右边延伸(按预定的具体方案延伸；还可以从图的上部垂直向下延伸)。
图4的板坯14具有多个用实线表示的穿透的切口，图中虚线16、18、20、60等代表折迭线。第一行22具有多个相同的薄片24和相同的透孔26，上述薄片24和透孔26位于每对交替的相邻折迭线(如：16和18、20和21、等)之间，上述薄片24最终构成涡流发生器，这一点将在下面说明。透孔26邻近薄片24的尖部区，并位于形成引出斜边30的折迭线的线道上，图中加上一撇或多撇的标号如24’、24”、24”’表示相同的部分。
每个薄片24具有一个与形成折迭线例如18的线道共延伸的第一边28，它的第二边30从第二道折迭线例如16引出，并与折迭线16和18相倾斜，且其远端连接薄片尖部32。上述的第一边28和第二边30的一端与沿平面33的薄片折迭线60相连接，上述尖部32的一个边与第一边28共延伸，这两条边都是直的，并且都位于一道折迭线(如18)上。第一边28和第二边30都从一个共同的横向平面33引出，第一行22的所有的薄片24的这两个边都是这样。可任意选择的尖部32最好是正方形的或矩形的，以便于说明。但也可以按照给定的具体方案选用其他的形状。孔26比尖部32稍大些，以便允许薄片24的尖部32按下面要说明的方式穿过。第一行22的所有薄片24和孔26都平行于面33而对齐排列。
另外两行27、29的薄片24和孔26都与第一行22中的薄片24和孔26对齐并与其相平行，它们都在给定的一组折迭线(例如16和18)之间的相同纵列(例如34)内互相对齐。折迭线16与18之间的薄片24和孔26在纵列34对齐。所示的板坯14具有与位于各行27和29的薄片24和孔26组成的纵列34相对应的交替纵列36、38等。上述的行列的多少可根据给定的具体方案而定。
薄片24和孔26的行22、27和29与行40、42和44交替排列，行40、42、和44中的薄片24和孔26位于交替排列的纵列46、48、50等内。因此，板坯14具有多个的薄片24和孔26的行和列，给定的一组行和列的薄片在垂直和水平位置上与所示的其余的行和列的薄片和孔交替排列。
在图2和2a中，组合构件4如同所有的组合构件一样，通过按交替相对的方向沿折迭线16、18、20、21等(图4)弯折板坯而制成。这就使板坯14做成一个带槽的准波纹形结构，该结构具有相同的最好是在平面图上为正方形的通道54、56、58等。这些通道朝向交替相反的方向59，因此，通道54、58等以方向59面向图的下部，而通道56、61、63等以相反的方向朝向图的上部。
在图3a中，典型组合构件62具有通道64、66、68和70，这些通道分别具有各自的位于在图中沿法线方向隔开从左向右延伸的平面上的中间连接壁72、74、76和78等，通道66具有侧壁80和82，通道68具有侧壁82和84，其中侧壁82是通道66和68共有的。组合构件62还具有相同的通道(如图3所示)。所有的组合结构2的构件都同样地由相同的通道构成。
在形成通道之前或在形成通道的同时，将薄片24沿位于平面33的共线折迭线60弯折(图4)以便使其从板坯24的平面伸出而成为漏流发生器。
横行22中的薄片24在交替的纵列34、36、38等内沿相反方向弯出图纸平面，因此，各列34、38和45中的薄片沿相同方向弯折，例如，向着读者弯折而离开图纸的平面，而纵列36和41中的薄片则沿相反方向背离读者弯折而离开图纸平面，在同一列中的行27和29的薄片也像行22的薄片那样按相同的弯折程序弯折，所以，给定纵列中的薄片全都沿平行方向弯折。
在相邻的交替纵列46、48、50等内的下一行40中的薄片24’全都沿相同方向在平行于平面33的相应的共线折迭线86向着读者平行弯折，它们也平行于纵列34、38等内的薄片。
下一行27的薄片24”沿各自的折迭线像横行27中的薄片24’那样按相同方向例如向着读者的方向弯折出图纸平面，这些薄片与横行40的薄片平行。
横行42的薄片24”’在各自的折迭线88上沿与横行27和40的薄片的弯折方向相反的方向例如沿背离读者而离开图纸平面的方向弯折，这些薄片是平行的，并沿着与纵列36和41中的薄片相同的方向弯折。横行29的薄片以与同一纵列中的横行22和27的薄片相同的方向弯折，横行44的薄片沿与横行42和40的薄片相同的方向向着读者弯折。
在图1和图2中，组合构件4具有一组位于通道54中的薄片241、241’、241”、241”’、21和23。薄片241、241”和21都沿相同方向伸出，例如从通道54延伸，从而将壁90连接到通道54上。薄片241’和23从同一侧壁例如侧壁92伸出。但是，薄片241”’则从相对的侧壁94伸入通道54内。在平面图上沿通道54的长度(从图纸即图1和2的上部到下部的长度)上的各薄片阻隔该垂直通道，从而形成一条单一的大致垂直的曲折流道。在任何通道的长度方向上都不存在敞开式的连续的垂直线性流道。
在下一个相对的通道56中的薄片的取向与上述通道54的薄片呈镜面成象的关系，如图2所示。
图3a清楚地示出由薄片曲折阻隔垂直线性通道的情况。典型的组合构件62的通道66具有一个最上面的薄片242、一个在其下面的薄片242’，然后又是一个其下面的薄片242”等。如图所示，每个薄片的一部分盖住该通道中另一个薄片的一部分，在平面图上，通道66完全由薄片沿垂直于图纸面的方向挡住，并且全部的通道都是这样。因此，沿通道66(或图2中的通道54、56、58等)的长度上没有垂直的线性流道。而且，在指定通道中的每个薄片都具有一条邻接着或紧靠着一个侧壁或者说连接壁的边。
每个透孔26均接纳一个相应薄片的尖部32，例如，在图3a，薄片242的尖部322穿过孔26进入与其相邻的组合构件102的通道96，薄片242’的尖部32’2则伸入与其相邻的组合构件62的通道98，薄片242”的尖部322”伸入与其相邻的组合构件62的通道100，因此，所有薄片的尖部都穿过其通道的相应的孔26进入相邻的下一个通道。
从中间连接壁伸出的薄片例如图3a中的与组合构件62的壁74相连接的薄片242伸向并穿过相邻的组合构件的连接壁(例如组合构件102的壁97)上的孔26。但是，组合构件102没有薄片伸入或者说伸向组合构件62的通道。因此，每个组合构件的薄片都用来仅与那个组合构件的通道大致相配合，以形成所需的曲折流道。每个组合构件的薄片与相邻组合构件的通道基本上无关，尽管连接壁薄片的尖部如上所述那样与相邻组合构件的连接壁和通道相配合。
对于那些其壁与壳体12相邻的紧挨着壳体的通道，其薄片24和尖部32不是背离板坯14的平面弯折，因此在结构阵列3边缘上的薄片(见图3)不伸到结构的外面，故不与外壳12之内壁相抵触，同理，结构阵列3的边缘面上的薄片也不弯折出这些边缘面的平面之外，如图3所示。在这些边缘面上也不需要孔26。
尖部32和孔26用来对各通道壁的相对侧面形成液体滴流，以增加整个组合结构内液流的接触。孔26也在各通道之间形成与结构阵列3的垂直轴线相交的液流连通。当然，通过将薄片弯折出板料平面而形成的组合结构的板料中的孔可使通道之间形成较大的横向液流通道。
在每个内部通道的所有4个壁上都做出这些孔和孔26。
结构阵列3的组合构件如4、6、8和10等(图3)最好通过在阵列3的上、下两端用点焊将各通道的角固定在一起。如果组合构件的尺寸可以紧配合地进入塔体外壳12(图3)内并可通过摩擦力或通过其他机构(未示出)例如紧固件等保持定位的话，上述的焊接就不必要了。组合构件也可首先通过任何合适的因紧机构或连接介质固定在一起。
应当明白，通道中薄片的数目和它们的相对取向是根据实例而定的。例如，在通道54中仅有一个薄片例如241”’从侧壁94伸入通道54，实际上，从每个侧壁伸入每个通道的薄片都多于一个。而且，薄片取向的顺序(例如某些薄片沿垂直的顺序从指定的壁伸出)也是根据实例而定的，因为按照预定的需要也可以用其他的取向。
另外，阵列3的组合构件和组合阵列通道的垂直长度在实践中可从与上述情况不同。通道的长度可根据预定的具体方案所包含的各个因素。例如，流体的种类及其体积、流动的速度、流体粘度以及进行所需过程所要求的其他相关参数来确定。
在使用方面，组合结构2(见图1)可以用于带有或不带催化剂的蒸馏过程，或用于单级的或两级混合过程。另外，组合结构还可用于液-气接触过程，以达到高的比表面积(单位体积的表面积)、在整纵列中较均匀的气液分布和所及表面的均匀湿润。形成组合结构的优选微孔板料可通过其涂敷催化剂的表面织构提高组合结构表面的湿润程度。在另一个方案中，将催化剂固定到形成组合结构的实心板料上。
通过烧结组合构件的纤维板料形成的优选微孔材料具有较大的载入催化剂并使催化剂与流体有最佳接触通道的表面积。上述纤维或者涂上催化剂或者支承在板料的多孔网络上聚集的催化剂微粒。在要求化学反应较快的场合，多孔材料的内表面积的应用情况取决于向这些表面传递反应剂的速度。在从动的强制流动(对流)的情况下的质量传递比只靠浓度梯度(扩散)的质量传递要快。因此，上述组合结构可形成最佳的低压降的液体交叉流动。
为了获得最好的性能、要保持较低的压降，这一点要通过较高的单位纵列容积的孔隙率、低的摩擦力(良好气动特性)和防止不希望有的滞流液体的凹穴来达到。
在一种催化蒸馏工艺中，如上所述将催化剂固定到形成组合构件的板料上。催化剂可以充满组合构件板料的孔隙、或者附在孔的外部，在蒸馏过程中，液体向下流动通过组合结构，而要与液体混合的气体则上升。
由于设置了起涡流发生器的作用的薄片并且在通道之间有孔，故上述的上升气体具有涡流。气体通过孔26并通过从板坯平面弯折出的薄片24形成的开口进入不同的通道。当气体上升时。它只能通过每个通道中的曲折垂直流道。因为产生涡流的薄片的部分重叠而没有直接的垂直线性流道。这就增大了气体与液体(两相)的接触或者多种气体或液体(单相)的接触。
可以看出，立式的通道取向具有改进的低压降和最佳的液体滞留性能。由涡流发生器产生的紊流有利于液体的滞留。上述垂直通道具有低压降的优点，但通常也存在混合性和气-液质量传递差的缺点。然而，本发明结构的涡流发生器和组合构件之间的孔允许使用基本上是直的立式通道。本发明制成的组合结构具有立式线性通道的低压降，同时还由于有曲折的流道而具有良好的混合和质量传递特性。
另外，形成涡流发生器的薄片24起到凝液的作用而使液流从通道的一侧至另一侧散布开来。尖部32用于加强液体进入相邻通道的滴流和沿通道相对两侧的滴流。而且，尖部32与相应的通道侧壁相接合可阻止振动的发生而具有更好的稳定性。
液体流过孔26进入相邻的通道，并与通道的相对侧壁接触，并且当它向下流过倾斜的薄片时便向下流过上述的通道侧壁。孔26可使从一个通道至相邻通道间的压力平衡和连通，并形成流体(气体或液体)的曲折流道。
本发明的立式通道的横截面优选正方形或任意的矩形比现有技术的倾斜的波纹状三角形通道具有更大的表面积。通道的横截面也可以是各种几何形状例如圆形、三角形或其他的多边形。例如，通道的横截面可根据预定的具体方案采用六边形或其他规则的或不规则的形状。
水泡状态的液体由旋涡从一个通道带到另一个通道，这就增大了液体的散布。在此情况下，连接的通道可以不必设置。而且，也可以用更小的但数目更多的涡流发生器。尖部32(图1～4)也可用作涡流发生器。
蒸气通过通道壁上的孔而散布的同是时，液体流过薄片24进入相邻通道而散布。薄片24在液体流过时阻隔液体，形成较为恒定的液膜更新，因此在液相中的混合良好。薄片24由于使液体换向而防止液体在通道角上浓集，也就是明显减小沟流。而且，立式通道便不必像带角度的通道那样将组合构件转90°。
涡流发生器的数目从组合结构的上部到下部可以不同。靠近组合结构上部可设置较多的涡流器，以增大液体的散布，而靠近组合结构的下部可设置较少的涡流器，以减小总的压降。也可以使用层状结构。这类结构具有多个沿轴向分开的履行不同功能的组合构件。例如，在一个组合构件上可以混合液体或使液体散布，而在一个沿轴向设置的不同的组合构件上则可进行化学反应。
一个重要的方面是，由于组合结构中所用的薄片也形成通道侧壁上的流体交叉连通孔，故板料的损失极少。孔26是任意设置的而且也不是必不可少的(尤其对于较大孔隙的板料更是这样)，这意味着较为昂贵的材料损失量很小。
另外，较大量的滴点可达到最大的液-气质量传递和混合。通过选择薄片在侧壁上的位置，就是说通过设置一个邻近于通道侧壁的边或者说通过将薄片定位在最佳的相对垂直的位置上可产生最佳的侧壁压力。
涡流发生器可以是任意形状的，但最好是三角形的，它们可以根据预定的实施方案采用例如矩形或圆形、或半圆形。它们也可具有如上所述的不规则四边形段。涡流发生器分别具有一个可明显阻隔沿轴向的垂直液流并使之改变方向从而形成所需的直立延伸的曲折流道的部分。
涡流发生器产生紊流以最大限度地促进两相的质量传递或单相流体的混合。涡流发生器通过将液体导引入通道的中部也使在立式通道中的两相的接触面积增至最大，由涡流发生器形成的通道之间的横向孔也使液体和气体连通到每个通道和相邻通道的各个部分。
举例说明，在一个实施例中，采用正方形的通道，其横向尺寸为12mm，通道和组合构件的垂直长度为210mm。在该实施中，一个通道用8个涡流发生器。在实践中，可根据给定的具体方案选用大一些或小一些的通道，并确定它们的长度和涡流发生器的数目。
图5～9示出另一个实施例的组合结构及其组合构件。在图5和6中，组合构件104的材料与图1的组合元件的材料和在序言部分所述的材料一样是多孔金属纤维结构的多孔性板料。应当明白，在图中并未示出板料的孔隙，而且为了便于说明，图中有关各种尺寸并未按比例画出。板料厚度和纤维直径都是如上所述的微米级尺寸。
图中的组合构件104是较大组合构件的一部分，这个较大的组合构件实际上是水平地和垂直地向两个方向扩展的，组合构件104具有多个横截面为正方形的通道106～110等。在使用中，组合构件104在加工塔(未示出)中的取向是随垂直通道的取向。用板坯料做成多个三角形的薄片114～126作为涡流发生器，它们完全沿垂直于它们所处的相应通道的方向延伸，使用时薄片的尖部可以靠着或很靠近相对的通道侧壁或中间连接壁。
在薄片从中间连接壁伸出的情况下，这些薄片靠着或者很靠近下一个相邻组合构件的中间连接壁，如下面要说明的图7和8所示。所以液体沿薄片滴落在相对的通道侧壁上，然后沿该侧壁滴流，薄片尖部只需要足够接近于相对的壁，以便使在薄片上流动着的液体可滴流到该侧壁上。
组合构件104最好用一种烧结的多孔金属纤维板坯126的板料制成(见图9)。板坯126最好是与上述同样的绕结的多孔纤维材料。板坯126是一张平板，其中实线代表穿透的切口，而虚线代表折迭线。当板坯126沿折迭线弯折90°时，折迭线128、130、132等形成通道106～110。折迭线136位于垂直于通道折迭线128的线性横行内并互相对齐，因此是位于多个平行平面(如：平面138)中。分别对应于折迭线136的薄片沿折迭线136弯折出板坯平面。
每个薄片(例如薄片114)具有一条从垂直折迭线(例如128)倾斜地引出的第一边131，和一条水平的折迭线(例如136)，它的尖部位于该纵列的下一条相邻的垂直折迭线(例如130)上。每个薄片(例如薄片114)具有一条从水平折迭线(例如136)引出的第二边，并且与该纵列的下一条相邻折迭线(例如130)垂直共延伸。
薄片是沿纵列142、144、146、147、148、150、152和154等和横行140、141、143、145、146和149等排列的。相邻横行(如140和145)中的薄片处于交错的纵列中，横行140的薄片处在相应的纵列142、148中。而横行145的薄片处于纵列144、146中，等等。顶行140中的交替排列的薄片沿同一方向弯折，例如该行的位于纵列142、150和154中的薄片114、114’和114”沿相同方向向着读者弯折出图纸的平面。纵列142、150和154构成相应的连接壁142’、150’和154’(图5)，而纵列148、145构成相应的连接壁148’、145’。
在图5中，薄片114、114’和114”分别从它们相应的通道连接壁平行于相应通道106、108和110延伸。
如图9所示，横行140中的其他交替排列的薄片如位于各纵列148和152中的薄片121、121’沿相反的方向背离读者弯折出图纸的平面。它们与连接壁148’和152’相连接，见图5。这些薄片弯折入相应的通道107和109中，该两通道的面向与薄片114、114’和114”伸入的通道106、108和110正相反。
每一纵列中交替排列的横行如141和143中的薄片沿相同方向平行于横行140的薄片弯折。这就是说，薄片116平行于薄片114弯折，而在下一交替纵列148中的薄片122则平行于薄片121弯折，这样，在纵列142、150和154中的薄片就沿与纵列148、145等中的薄片相反的方向弯折。这种弯折模式对其余纵列中的横行140、141和143的薄片重复出现。
横行145的薄片115、127等以及横行147的薄片118、117和124全都沿相同方向平行地从板料平面即向着读者的方向弯折出图纸平面，见图9。
横行147的薄片如118、117、124等，沿着与纵列148中的薄片121、122和123以及纵列152的薄片相同的方向弯折，它们都是沿背离读者的方向弯出图纸的平面的。虽然只有一行(149)的薄片在相应纵列中沿与上述相反方向弯折，但是，最好通过例如加长组合元件126或重新排列每一通道中其他薄片的取向而提供更多的这种薄片。
在图5中，薄片114、115、116、117和120全都位于通道142’中，薄片118位于通道150’，薄片115、117和120从同一通道的侧壁156引出。薄片117从相对的侧壁158引出，通道106的其余薄片从连接壁160引出。上述的薄片分布模式在每条其余通道中重复出现，而薄片121、122和123从相对的通道107的连接壁162引出。
在图7和8中，组合结构164具有多个与排列在正方阵列中的组合构件104相同的组合构件166、168、170等。上述阵列可根据需要选用其他形状如矩形或圆形。在图8中，组合元件168的连接壁172封闭组合元件170的通道174～175等，组合元件171的壁173封闭通道176和177。这样，所有内部的通道都由下一个相邻的组合构件的连接壁封闭之。组合结构164的各组合构件按上面对图1的实施例所述那样互相连接。
在图8中，组合构件170的通道174中最上面的薄片178(相当于例如图6和6a中的薄片121)垂挂在连接壁180上，薄片边131从通道174的一个角至另一个角沿对角线穿过该通道，而薄片边132则位于相邻的下一侧壁183上，薄片178的尖部182与下一个组合构件168的相对的连接壁172’相邻接。
位于其下方的下一个薄片184(相当于图6中的薄片127)垂挂在侧壁186上，它的斜边131’从侧壁186伸到侧壁183处，它的另一条边132’邻接连接壁180。薄片边132和132’可以靠着或很接近于相应的邻接壁，以便可使在薄片二流动的液体流到该壁上。薄片184的尖部187位于壁180和183连接处的角上，因此，流到该尖部的液体可从壁186流到通道的相对侧面上的上述角上。薄片边131和131’可互相叠合或者稍微盖住相邻的下一个薄片的本体。
再下一个薄片188垂挂在壁183上，并位于薄片184之下方。薄片188的斜边131”延伸地与薄片边131’重叠，它的相对边132”靠在或很接近于组合构件168的连接壁172’。
因此，薄片178、184和188沿垂直方向完全阻隔通道174，形成一条沿垂直方向的曲折流道。在通道174中垂直向上流动的气体必须流过并围绕各薄片的斜边131、131’和131”。在该通道的其余薄片形成一条同样的供液体沿垂直方向流动的曲折的流道。不存在线性垂直的液体流道。薄片用作涡流发生器使流动液体达到最佳的混合和接触。向下流动的液体沿通道侧面并沿薄片流动，并散布到各相对的通道侧壁上。
从平的板坯弯折的薄片在板坯上形成大孔。这些孔构成交叉连通的流道，使液体流到相邻组合构件的通道中。这就使沿垂直于通道的方向的压降减至最小，而直立的曲折流道又使沿垂直方向的压降减至最小。由每条通道中的薄片和通道壁上的孔相结合形成紊流。倾斜的薄片在液体向下流动时形成最佳的液体滞留。
显然，可以用稍微类似于图1的薄片(但没有伸出的尖部32)的梯形薄片代替上述的三角形薄片。在此方案中，斜边不是垂直地对齐，而是按照薄片尖部截头的量横向隔开。这就使通道中垂直隔开的薄片进一步重叠，结果，由于增强通道中流过薄片边的垂直流道的曲折性而增大了紊流度。
图10～12示出又一个实施例。在该实施例中，组合结构190用与上面对图1和图5实施例所述的相同材料的板坯制成。上述组合结构190具有多个相同的组合构件192，典型的组合构件192具有与前两个实施例一样地沿相反方向交替排列的正方形通道194、194’。
用作涡流发生器的薄片196、198等位于重复的阵列中，并位于每个通道中，薄片196和198最好是周边尺寸相同，并由平板坯制成。在平面图上薄片是矩形的，并且从引出和垂挂它们的壁上向下倾斜。薄片196从侧壁195延伸而成，通道194中的薄片198从侧壁193延伸而成。
薄片的宽度W最好大于通道深度d的一半，以便沿通道长度在垂直方向上形成一个互相叠合的部分204，见图10。
薄片196具有一条邻近连接壁202的边200，并具有一条远边206。薄片198具有一个与相邻组合构件209的连接壁207相邻接的边208，并且有远边210。当垂直地看时，薄片的边210-206互相隔开而形成部分204。
制成薄片196、198时在侧壁上形成了孔。通道连接壁210上形成孔211时便提供了与相邻组合构件如192和209的通道相通的流体连通。
应当明白，本实施例的组合构件可含有比所示的组合构件的较小组合阵列部分数目更多的通道和薄片。薄片的样式可按所示方式或根据具体方案采用任何其他方式重复。本实施例与其他实施例一样在任何通道中没有线性的垂直流道。重叠的薄片构成曲折的垂直流道。
虽然上面说明了具体实施例，但是所述的实施例只是说明性的，而不是限制性的。熟悉本技术的人们可进行改进。本发明的范围由所附权利要求书规定之。

Claims (21)

1．一种限定一垂直轴线的流体处理与混合塔的结构组合件，含有：
一种具有多条沿平行于上述垂直轴线的轴向延伸的通道的板料构件；和
多个设置在每条上述通道内的涡流发生器在每一条上述通道内基本上形成一条沿上述轴向的曲折流道。
2．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述构件具有多个透孔，以使每条通道内的流体可沿横向于轴线的方向流入和流出相邻通道。
3．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述的板料是多孔的，并且包含烧结的金属纤维材料。
4．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述的涡流发生器是三角形的。
5．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述的涡流发生器包括一个梯形本体部分和一个尖部。
6．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述的涡流发生器是矩形的，当沿轴向看去时上述通道大致为正方形。
7．根据权利要求1的组合件，其特征在于，各通道分别具有从中间连接壁伸出的轴向延伸的相对侧壁，相邻的通道具有共同的侧壁，且相邻通道的连接壁位于隔开的平面上而形成一种横向于通道的准波纹沟，上述的涡流发生器从共同的侧壁伸入紧邻的通道内。
8．根据权利要求7的组合件，其特征在于，含有一种从连接壁伸入相应通道内的涡流发生器，其中，设置在通道内的涡流发生器沿该通道长度形成一条非直线的连续流道。
9．根据权利要求7的组合件，其特征在于，上述的侧壁垂直于上述的连接壁，在每条通道内的第一个上述涡流器从第一侧壁伸出，并且有平行于和邻接于该通道的连接壁的第一边，用以阻碍液体在上述第一边和相对于该第一边与连接壁倾斜的第二边之间流动，第二个涡流发生器沿上述方向与第一涡流器轴向隔开，并从第二侧壁伸出，该第二侧壁具有平行于相邻的下一个通道的第二连接壁的并与之共同延伸的第一边和相对于其第一边和上述连接壁倾斜的第二边。
10．根据权利要求8的组合件，其特征在于，上述的涡流发生器大致为三角形，其尖部邻接于与上述共用壁相对的侧壁，以便实现从尖部区至相对侧壁的流体传输。
11．根据权利要求1的组合件，其特征在于，具有多个固定在一起的构件，以构成一个沿相同的轴向延伸的平行通道的阵列，该阵列沿横向于轴向延伸。
12．根据权利要求1的组合件，其特征在于，上述的在每条通道内的涡流发生器分别具有一个沿轴向互相重叠的部分，并且，当沿轴向看去时，基本上封住每条通道。
13．根据权利要求2的组合件，其特征在于，具有多个固定在一起构成一个像是轴向延伸的平行通道的两维阵列的上述构件，所述阵列沿横向于轴线的方向延伸，所述涡流发生器具有重叠的部分，该涡流发生器各含有一个本体部分和一个尖部，该尖部对应于一个孔并穿过该孔。
14．根据权利要求3的组合件，其特征在于，包含固定在该构件上的催化剂材料。
15．一种限定一垂直轴线的液体处理与混合塔的组合结构，含有：
多个板料构件，每个构件具有多个沿平行于上述垂直轴线的轴向延伸的通道，上述的构件按边接边的关系固定在一起构成一个环形封闭的内部通道阵列；和
多个位于每条上述通过内的沿轴向隔开的涡流发生器，它们在上述每条通道内沿上述轴向只构成一条曲折流道。
16．根据权利要求15的组合件，其特征在于，上述的涡流发生器分别具有一个沿轴向重叠的部分，以便基本上阻挡液体沿轴线向的直线流动。
17．根据权利要求15的组合件，其特征在于，具有多个设置在每个构件上的孔，用于形成相邻通道间的液流连通。
18．根据权利要求17的组合件，其特征在于，上述的通道具有平的、并且垂直于中间壁的侧面，涡流发生器与上述板料是一个整体件，并形成上述的孔。
19．根据权利要求15的组合件，其特征在于，它含有固定在上述构件上的催化剂材料，上述构件的材料是多孔的金属纤维材料。
20．一种限定一垂直轴线的流体处理与混合塔的组合结构，含有：
多个多孔板料构件，每个构件具有多个沿平行于上述垂直轴线的轴向延伸的通道，上述的板料虽然含有许多孔但它通常可阻碍流体在相邻通道之间的连通，上述构件按边接边的关系固定在一起构成一个环形封闭的内部通道的阵列，上述构件上设有透孔，以便在上述的通道之间形成横向液流连通；和
多个位于每条上述通道内的轴向隔开的涡流发生器。
21．根据权利要求20的组合结构，其特征在于，上述的涡流发生器设置在每条通道中，以便在每条上述的通道内沿上述轴向基本上形成一条曲折流道。
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