CN1358565A - 传质塔用的填料 - Google Patents

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Abstract

填料段具有多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片,形成一个段高,该段高具有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域。底部区域具有不同于本体区域几何形状的第一特定几何形状,顶部区域具有不同于本体区域几何形状并且不同于底部区域第一特定几何形状的第二特定几何形状。

Description

传质塔用的填料
相关申请的相互参考
本申请享有于1999.12.09申请的序号为60/169,855、于1999.12.13申请的序号为60/170,380、于2000.01.24申请的序号为60/178,010和于2000.01.24申请的序号为60/178,042各临时申请的优选权。
技术领域
本发明涉及交换塔用的、特别是传质塔如低温精馏塔用的结构填料。
本发明的背景
已知有各种型式的交换塔，在其内气和液体一般逆向流动而互相接触。通常使用由互相接触的且平行于该塔轴线配置的波纹片式板构成填料元件来促使液体和气体接触。在这种情况下，这些板的褶皱式波纹被设置得与该塔轴线成一角度。另外，曾对结构填料作出改进，使结构填料段下部区域内的气体流动阻力减小，这样来增加填料容量。更具体点说，是使气体或蒸汽进入到结构填料段内所发生的压力降小于当结构填料段的下部区域与上部区域具有相同的形状时所会发生的压力降。这种改进在美国专利5,632,934号中有说明。该专利考虑设置一个本体区域和一个底部区域，并公开了底部区域可有各种构造形式来减少其内的压力降。
需要有一个能进一步提高效能特性的填料结构。
本发明的综述
因此，本发明的一个目的是要提供一种填料段，其底部区域、顶部区域、或两者内的几何形状可以改变来达到塔的各种效能要求。
本发明另一个目的是要提供一种填料段，其中表面构造可选择地在整个填料段上使用以提供所需的塔效能。
因此，本发明提供一种填料段，该填料段包括多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高。该段高具有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域。底部区域具有不同于本体区域几何形状的第一特定几何形状。顶部区域具有不同于本体区域几何形状并且不同于底部区域第一几何形状的第二特定几何形状。
本发明还包括一种填料段，该填料段包括多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高。该段包括一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域。本体区域包括表面构造。另外，在底部区域和顶部区域中的至少一个区域的至少一个部分上没有表面构造。
本发明还包括一种填料段，该填料段包括多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高。该段有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域。本体区域包括大致成水平的细槽。另外，在底部区域和顶部区域中的至少一个区域的至少一个部分上包括大致成垂直的细槽。
本发明的另外一些目的、优点和新颖的特点部分将在随后的说明中部分列出，而部分对于那些本行业的行家在分析下面的说明后当能自明，或可在实践本发明的获悉。
附图的简要说明
在阅读本说明时须结合附图，其中相同的标号用来指各图中相同的零件。
图1为各个填料段一个放置在另一个上面而设置在塔内时的顶视透视图；
图2a为单一填料段的顶视平面图；
图2b为示出构成填料段层的各个填料的通过一个塔的横截面的顶视平面图；
图3为一个填料段的顶视透视图；
图4为实施本发明第一实施例的两个结构填料片的顶视透视图；
图5为与图4相似的图，只是所示为本发明的第二实施例；
图6为示出本发明第三实施例的单一填料片的顶视透视图；
图7、8和9分别为示出本发明第四、第五和第六实施例的单一填料片的前立视图；
图10为示出本发明第七实施例的单一填料片的顶视透视图；
图11、12、13和14分别为示出本发明第八、第九、第十和第十一实施例的单一填料片的前立视图。
较优实施例的详细说明
本发明的目标是对美国专利5,632,934作出改进，该专利公开的内容被本文参考引用。较具体点说，美国专利5,632,934号的目标是改变填料段底部区域的构造形式，它曾公开底部区域内的各种不同的构造形式可以减少底部区域内的压力降。例如，该专利曾公开可以减少底部区域内的气体阻力，只要在底部区域内具有：(1)交错的片；(2)平直的部分；(3)横截面减少的波纹；(4)较陡的波纹；(5)孔眼；(6)锯齿状的外形；和(7)鱼鳞板。本发明能提高这种已知填料的效能，下面将较充分地说明。
参阅图1，结构填料包括垂直取向而其波纹与塔的垂直轴线成一角度的片。许多片被这样排列使相邻片的波纹方向相反。填料被装在塔内成为多层或多段“S”。相邻段S环境垂直轴线被转动，以促进混合，如图1所示。
在较小的塔中，每一层可由一个单一段或由多个单片固定在一起而形成的填料砖构成，如图2a所示，在较大的塔中，每一填料段S可由数个砖“B”配装在一起，从而填满一个容器的横截面来制成，如图2b所示。完整的填料塔具有多个填料段S，填料段S的数目由完成分离所需的填料高度决定。
参阅图3，其中示出一个填料段S。填料段S具有一个高度“H”、一个顶部区域“T”、一个本体区域“U”和一个底部区域“L”。通常底部区域L的高度和顶部区域T的高度各占段高H的约5％到10％，但根据塔的多个考虑因素和具体的效能特性，也可能各比此数小或大到为段高H的三分之一。区域L和区域T不需具有相同的高度，并可根据所需塔的效能特性作较大的变化。
业已发现区域L和区域T的高度最好取决于填料的比表面面积。更具体地说，填料的比表面面积为填料片上褶皱大小的函数。褶皱尺寸越小，比表面面积一般越大。比表面面积通常被定义为填料段内填料片的表面面积(以m2计)除以填料段的体积(以m3计)。业已发现对于一个给定的段高H，比表面面积越大，区域L和T的高度可越小。下面的表1就段高H约为8寸到11寸时指出这个相互关系。
                              表1
比表面面积(m2/m3) 区域T的高度(寸) 区域L的高度(寸)
    750-1200350-750100-350     1/4-3/41/2-13/4-2     1/4-3/41/2-13/4-2
参阅图4，其中示出本发明的一个实施例。在该实施例中，两个相邻的填料片20被示出。填料片20的本体区域具有成角度的波纹，相邻片20的波纹在不同的方向上延伸。每一片20的顶部区域T都包括大致垂直的波纹22。较具体点说，这些波纹可具有与本体区域U内的波纹相同的高度和模截面，但它们所成的角度比本体区域U内的波纹更接近垂直方向。虽然图4所示的较陡的波纹22是在垂直方向，但它们并非必需如此。另外，图中所示从本体区域U内的波纹转变到垂直的波纹22是突然发生的，但也可考虑是渐变的。仍然参阅图4，所示填料片20在底部区域L具有平直段24。较具体点说，在底部区域内一般根本没有波纹。本发明由于在顶部区域T和底部区域L具有不同的几何形状可进一步提高填料段的效能。较具体点说，顶部区域T内较陡的波纹可使蒸汽较易转移到上述填料段内，而底部区域内的平直段24可有助于减少底部区域L和转移区域内的压力降。
另一个实施例在图5中示出，其中填料片20在顶部区域T内具有相同的波纹，但在底部区域L内具有横截面减小的波纹。较具体点说，波纹2b在高度上小于在本体区域U内的波纹。再者，这个几何形状的不同符合填料段不同区域在完成过渡和压力减少上的需要。
除了上两实施例以外，在顶部区域T和底部区域内也可适当地采用其他不同的几何形状。这种几何形状可以采用那些在美国专利5,632,934中公开过的。
已知可以利用填料片20上的表面构造。本文使用的“表面构造”一词应该理解为指片表面上任何一种变粗糙、切缝、冲压及/或压印。表面构造的例子包括“开槽”、压印成某种图案如鱼骨形、或格栅形、或小变形的切口，且不限于这些。一个“开槽”的例子可在美国专利4,296,050号中见到，该专利的内容在本文中被参考引用。该专利所公开的开细槽由于毛细管作用能使液体分布到片的表面上。
参阅图6示出的本发明的另一个实施例，其中底部区域L没有像本体区域U和顶部区域T那样具有开细槽的表面构造。细槽大致沿水平方向延伸使液体横越片面分布。虽然这里示出的“表面构造”是开细槽，但其他表面构造也是能够使用的。在底部区域L，不需要使液体横越填料移动，而是要液体快速移动离开填料片到下一个填料段。因此，在底部区域L内可不需任何表面构造。另外，顶部区域T在完成所需塔的效能特性时也可不需表面构造。因此填料片的顶部区域T和底部区域L或只是底部区域L或只是顶部区域T可以不设表面构造。
参阅图7所示的本发明的另一个实施例。所示填料片20的本体区域U设有对塔的轴线大致成水平方向延伸的细槽。顶部区域T和底部区域L各具有垂直的波纹，但都没有任何表面构造。
参阅图8，其所示出的另一个实施例与图7相似，只是顶部区域T具有垂直的波纹，并没有细槽。而底部区域L除了垂直的波纹外，还有细槽。
图9为图7和8的另一个变型。其中顶部区域T具有细槽和垂直的波纹，而底部区域L没有细槽，只有垂直的波纹22。
如上所讨论的，将细槽表示为大致和该塔的轴线水平延伸。显然，也可采用任何其它的表面构造。
业已发现如果在底部区域L或顶部区域T的至少一部分上设有大致为垂直的细槽，可以合适地促使液体从填料段或填料片上移走。参阅图10，其中示出的填料片20在本体区域U和顶部区域T内设有大致成水平的细槽，但在底部区域L内设有垂直的细槽。显然，可以有其他变型，其中大致为垂直的细槽可被用在顶部区域T和底部区域L上，或者只是在顶部区域T上而不是在底部区域L上。
参阅图11示出的还有另外一个实施例，其中填料片20的顶部区域T和底部区域L各具有垂直的波纹22。另外，顶部区域T和底部区域L都具有大致为垂直的细槽，而不是在底部区域内设置大致为水平的细槽。
参阅图12示出的另一个实施例，其中填料片20的顶部区域T和底部区域L具有垂直的波纹22。另外，顶部区域具有大致为垂直的细槽，本体区域U具有大致为水平的细槽，而底部区域L根本没有细槽。
还有另外一个实施例在图13中示出，其中顶部区域T和底部区域L都具有垂直的波纹22，只是顶部区域没有细槽，本体区域U具有大致为水平的细槽，而底部区域具有大致为垂直的细槽。
虽然图中所示的垂直的细槽，但任何一个具有比大致为水平的细槽陡的角度的细槽都有可能用来提高塔的效能特性。另外，在本体区域U内的大致为水平的细槽也可用任何其他合适的表面构造。
显然能将各种表面构造的组合用于顶部区域T和底部区域L，其时可采用美国专利5,632,934号中所公开的各种不同的几何形状。例如，上面所揭露的任何一个大致为水平的细槽和垂直的细槽可被用来与上面所述的平直片24的几何形状或波纹高度减小的几何形状26结合。
另外，对所有上述实施例，除了表面构造以外，填料片20可具有遍布的许多分散的孔眼。这种孔眼可以如同美国专利4,296,050号中所公开的那样。如果在填料片20上设置这种孔眼，那么可以合适地使顶部区域T或底部区域L或这两个区域除了不要表面构造外，还可以不要这种孔眼。
本发明可被用于蒸馏、吸收、或汽提过程，这些过程可使用结构填料。对结构填料并无限制的应用实例包括油的分馏、烃的分离、醇的蒸馏、和低温精馏如低温空气分离系统。
由上可见本发明能非常适当于达到所有上面提出的结果和目的，以使其他一些明显的和该结构固有的优点。应当理解某些特点和子组合是实用的，并可不必参照其他特点和子组合而采用，这是由权利要求的范围所设想的，并处在其范围内。由于在不离开这个范围的情况下，本发明能作出许多实施例，因此应当理解本文提到或在附图中所示的这些例子只是说明性的并非限制性的。
例如，如图14所示，填料片20的本体区域U具有对塔轴线大致成水平方向延伸的细槽，同时还具有遍布的孔眼28。顶部区域T和底部区域L各具有垂直的波纹22，但顶部区域T和底部区域L并没有任何表面构造，也没有任何孔眼，它们的表面是光滑的。

Claims (10)

1.一种填料段，具有多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高，所说段具有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域；
其中，所说底部区域具有不同于所说本体区域几何形状的第一特定几何形状；所说顶部区域具有不同于所说本体区域几何形状并且不同于所说底部区域第一特定几何形状的第二特定几何形状。
2.权利要求1的填料段，其特征为，所说底部区域的褶皱高度小于所说本体区域的褶皱高度，并且在所说顶部区域内的波纹比在所说本体区域内的波纹陡。
3.权利要求2的填料段，其特征为，所说底部区域是平直的。
4.一种填料段，具有多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高，所说段具有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域；
其中，所说本体区域包括一表面构造；并且在所说底部区域和所说顶部区域中的至少一个区域上的一部分设有表面构造。
5.权利要求4的填料段，其特征为，在所说底部区域内的波纹比在所说本体区域内的波纹陡。
6.权利要求4的填料段，其特征为，在所说底部区域和所说顶部区域中至少有一部分没有表面构造。
7.权利要求4的填料段，其特征为，所说本体区域具有多个孔眼，并且所说底部区域和所说顶部区域中至少有一个区域没有孔眼。
8.一种填料段，具有多个垂直取向而具有斜角交叉波纹的填料片，限定一个段高，所说段具有一个底部区域、一个本体区域和一个顶部区域；
其中，所说本体区域包含表面构造，并且所说底部区域和所说顶部区域中的至少一个区域的至少一个部分包含大致为垂直的细槽。
9.权利要求8的填料段，其特征为，所说底部区域和所说顶部区域中至少有一部分具有大致为垂直的细槽。
10.权利要求8的填料段，其特征为，所说表面构造为大致为水平的细槽。
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