CN1965206A - 蒸馏设备 - Google Patents

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Abstract

蒸馏设备包括由板材制成的条形成的交叉波状填料模块，所述条包括交替形成第一和第二主波峰(10；12)的波纹(8)，所述波纹(8)限定具有总取向(Dc)的通道(14)，所述总取向向液体的总流动方向(Df)倾斜。条(2)包括位于通道(14)的横截面内的相邻排(R)的反向部(22)。所述条限定在所述排(R)之间的波峰长度(LC)以及反向部长度(LPI)。所述反向部长度(LPI)不同于所述波峰长度(LC)。以上适用于空气蒸馏设备。

Description

蒸馏设备
技术领域
本发明涉及一种蒸馏设备，该蒸馏设备包括至少一个交叉波状物质/热交换填料模块，所述填料模块设置有至少一个由用于交叉波状填料模块的板材制成的条，所述条是包括波纹的类型，所述波纹交替形成沿第一方向定向的第一主波峰和沿相反方向定向的第二主波峰，所述波纹限定通道，每个通道都位于两个相邻第一主波峰或两个相邻第二主波峰之间，所述通道具有向通过所述模块的液体的总流动方向倾斜的总取向，所述条还包括两个大致垂直于所述总流动方向的条边缘以及至少第一和第二相邻排的反向部，这些排大致平行于所述条边缘并分别包括位于通道的横截面内的第一和第二反向部，所述条限定两个沿总流动方向测量的长度，即：
-位于所述第一和第二排之间的波峰长度，所述长度是在与第一和第二排的反向部相邻接的波峰点之间测量得到的；以及
-在第一或第二反向部的两个点之间测量得到的反向部长度，所述点与相关联的主波峰相邻接。
术语“填料”应理解为一种用于混合一相和/或用于使同向流动或反向流动的几个相彼此接触的装置。在填料中尤其可以进行热和/或物质交换和/或化学反应。本发明的一个具体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状填料模块-也称作“填料单元(packs)”-的空气蒸馏设备。所述模块包括垂直放置的波状金属板，所述板的波纹相对于设备内的流体总流动方向倾斜，并且各板之间通常以90°交叉地交替倾斜。
将填料模块滑进蒸馏塔内，使得一个模块的板绕该塔的轴线以一定角度相对于相邻模块的板偏移，相邻模块之间该角度通常为90°。
为了改善流过填料模块的液体和气体之间的交换，现有技术已经提出在波状板上形成开孔。这些开孔导致从填料板的金属板的一侧到另一侧的气体流动改变并改善与液体的交换。
例如，文献EP-A-1 029 588公开了这种条，所述条包括波纹，所述波纹形成通过限定通道的波纹侧边(leg)连接在一起的波峰和波谷。所述条包括沿每个通道延伸并形成开孔的反向部，也称作“锯齿部”。
反向部沿与所述反向部长度相等的长度中断波峰。当两个条相互叠置时，所述两个条的波峰线在接触点处相互交叉。在两个反向部相互交叉的位置处，所述条之间存在容许两个条局部变形的空隙。
这种变形使得热和/或物质交换性能降低，并造成很大的压头损失。
发明内容
本发明的目的是减轻上述缺陷，提供一种具有改善的热和/或物质交换性能的填料条。
为此，本发明的主题在于根据权利要求1所述的设备。
根据本发明的具体实施例，根据本发明的设备包括一个或多个下列特征：
-两个长度之间的比值大于1.2；
-反向部长度小于波峰长度；
-条限定在两个相邻第一主波峰或两个相邻第二主波峰之间沿总流动方向测量得到的波峰周期，反向部长度与波峰长度之和不同于所述波峰周期；
-反向部长度与波峰长度之和小于波峰周期的0.66倍；
-每个通道都包括由第二主波峰或第一主波峰形成的上主波峰，每个反向部都包括沿与所述上主波峰相反的方向取向的第一中间波峰和至少一个沿所述上主波峰的方向取向的第二中间波峰；
-条包括平行于条边缘并距所述边缘相同距离的中线，对于位于中线一侧的至少一排反向部，该排反向部与中线之间的距离不同于中线与位于该中线另一侧的每排反向部之间的距离；
-反向部和波纹限定具有开孔边缘的开孔，所述开孔边缘在任意点处都大致沿天然液体流线(natural liquid flow line)；
-反向部长度与波峰长度之和不同于波峰周期除以n，其中，n＝1，2，3，4等等；以及
-用于物质/热交换塔的交叉波状填料模块包括一叠波纹取向彼此相反的条，其特征在于，至少两个条相互叠置，并且其中一个条绕位于条边缘中间的中线相对于另一条转过180°。
附图说明
通过阅读下面参考附图并仅经由示例给出的描述，可以更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的包括填料模块的物质和/或热交换塔的纵剖示意图；
-图2是根据本发明的设备的填料条的平面图；
-图3A至3C是填料条沿图2的线III-III的放大剖视图，并示出相邻条的不同位置；
-图4是根据本发明的两个填料条的组合的示意性平面图；
-图5是根据本发明的填料条的一部分的透视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的物质和/或热交换塔EC，其具有总体竖向轴线X-X。塔EC例如是低温蒸馏塔，尤其是空气蒸馏塔。塔EC限定了在使用过程中沿竖直方向的流体总流动方向Df。
塔EC在其上端UE包括并入一液体集管LH的液体入口LI和蒸汽出口VO，所述液体集管LH使液体分散到塔EC的横截面上。塔EC在其下端LE包括蒸汽入口VI和液体出口LO。塔EC还包括柱状外壳S。
有助于横向于X-X轴线分散液体的填料模块PM1放置于外壳S内集管LH的正下面。这种模块PM1是众所周知的，例如是包括具有穿孔或条痕的交叉波状填料的填料模块。
多个根据本发明的填料模块PM2放置于外壳S内模块PM1的下面。底部支承件BS将填料模块PM1、PM2保持在合适位置处。
每个填料模块PM2都包括多个波状填料条2。条2包括与总体方向Df平行的中间平面P(见图3A)。模块PM2的条2彼此靠着并且平面P相互平行地放置。两个相邻模块PM2的填料条的平面P绕轴线X-X偏移一角度，优选偏移约90°。
下面首先描述填料条2的结构和几何比例，然后描述根据本发明的两个填料条2和40的组合以及这种条结构的优点。
图2示出根据本发明的设备的填料条2的平面图。
条2具有两个垂直于方向Df的平行边缘：上边缘4和下边缘6。条2限定平行于边缘4、6并距所述边缘相同距离 m的中线M-M。该线M-M将条2分成两个半条S1、S2。
条2具有交替形成第一主波峰10和第二主波峰12的波纹8，所述第一主波峰10相对于平面P沿一个方向定向(见图3A)，所述第二主波峰12相对于平面P沿相反方向定向。在图3A的“平面(flat)”取向中，第二波峰12形成波谷。
波纹8形成交替反向的相同通道14，每个通道都位于通过第二主波峰12或第一主波峰10连接在一起的两个第一主边缘波峰10或两个第二主边缘波峰12之间，所述第二主波峰12或第一主波峰10形成所述通道14的上主波峰。通道14具有相同的横截面并且两个相邻通道14朝向相反方向开口。两个相邻主波峰10、12通过直的部分的通道侧边16连接在一起。通道14-从而波峰10、12-沿以一角度δ向边缘4、6倾斜的通道方向Dc延伸(见图2)。角度δ在45°和60°之间。
条2还包括多个设置在平行于边缘4、6的排R中的反向部(锯齿部)22。条2包括六排R反向部22，每个半条S1和S2设置有3排。
图3A示出这些反向部22中的一个。该反向部22完全位于通道14的横截面内。反向部22将通道14的两个侧边16连接在一起并在两个连接点24处连接到这两个侧边上。所述反向部形成沿与通道的上波峰10相反的方向定向的第一中间波峰26以及两个沿上主波峰10的方向定向的中间波峰-第二中间波峰28和第三中间波峰30，所述第二和第三中间波峰位于中间波峰26的两侧。
反向部22的展开长度等于两个连接点24之间的波纹8的展开长度。因此，在弯曲操作期间，条2的材料不受拉伸，或者仅受到轻微拉伸。
条2在主波峰10、12和中间波峰26、28、30位置处的曲率半径优选至少为1mm，尤其至少为2mm，从而使得更易于在不引起材料断裂的情况下形成反向部22。
如图5所示，每个反向部22和相关联的波纹8限定形成两个开孔34的边缘32。这些开孔34在图3A至3C中重合。在安装在塔CL的状态下边缘32在任意点处都大致沿天然液体流线。从而，填料条2在使用过程中几乎不形成干的区域。
再参考图3A，可以看到，通道14具有在通道的上主波峰10与由两个相邻边缘主波峰12限定的平面Q之间测量得到的高度 h。上主波峰10与第一中间波峰26之间的距离 d1小于高度 h的0.8倍，在该例中约为高度h的2/3。从而，第一中间波峰26大致位于在通道14中流动的气体的质量集中的位置或温度最高或最低的位置。因此，气体与液体之间的浓度和/或温度梯度很高，这导致良好的热和/或物质交换。
反向部22限定在波峰10与由中间波峰28、30限定的平面之间测量得到的深度 p。
参考图2，条2基于同一半条S1或S2以及同一波纹8限定位于相邻两排R之间的波峰长度LC，并且还限定反向部长度LPI。这两个长度LC和LPI中的每一个都是沿总流动方向Df测量得到的。所有的波峰长度LC和所有的反向部长度LPI都是相同的。
波峰长度LC是在与所述各相邻排R的两个反向部22相邻接的两个波峰点CR1、CR2之间测量得到的。反向部长度LPI是在与相关联的主波峰10、12相邻接的所述反向部22的两个点PI1、PI2之间测量得到的。在图2中，点PI1与CR2以及点PI2与CR1是重叠的(也见于图5)。
根据本发明，长度LC和LPI彼此不同。优选地，两个长度LC和LPI之间的比值大于1.2，尤其大于1.5，特别是大于2.0。此外，波峰长度LC大于反向部长度LPI的1.2倍，从而反向部长度LPI小于波峰长度LC。
条2限定沿总流动方向Df在两个相邻第一主波峰10或两个相邻第二主波峰12之间测量得到的波峰周期PC。反向部长度LPI与波峰长度LC之和不同于所述波峰周期PC。优选地，反向部长度LPI与波峰长度LC之和小于波峰周期PC的0.66倍。
此外，反向部长度LPI与波峰长度LC之和不同于PC/n，其中，n ＝ 1，2，3，4等等。
最靠近中线M-M的半条S1的排R位于距中线M-M距离D1处，而最靠近中线M-M的半条S2的排R位于距中线M-M距离D2处。距离D1和D2是以与长度LC类似的方式测量得到的，即，也是沿方向Df在与所述排R的反向部22相邻接的主波峰10、12的点和中线M-M之间测量得到的。
从而，位于中线M-M一侧的各排R与中线M-M之间的距离不同于中线M-M与位于中线另一侧的各排R之间的距离。
图4示意性地示出根据本发明的两个条2和40位于填料模块PM2中时的组合。
填料模块PM2具有不是矩形或正方形形状的横截面，例如是圆形的。因此，两个条2、40具有不同的沿边缘4、6测量的长度L1、L2。
以实线示出的条2是图2中的条2。图4中所示的条40布置在条2的前面并由虚线示出。
两个条2、40以这种方式相互叠置，即，使得所述两个条2、40的通道14沿彼此相反的方向Dc延伸。填料条40以这种方式绕中线M-M相对于填料条2倒转180°，即，使得条2的半条S1叠置在条40的半条S2上，反之亦然。
在条2的主波峰10与条40的主波峰12相交叉的位置，两个条2、40在它们之间限定接触点C1。如图3A所示，在这些位置处两个条2、40不能够重叠。在主波峰10与反向部22相交叉的位置，两个条2、40限定两个半接触点C2。在这些位置C2处，两个条2、40能够彼此重叠等于反向部的深度 p的距离(见图3B)。在两个反向部22相互交叉的位置，条2、40限定重叠点C3。在这些位置处，两个条2、40能够彼此重叠等于两个反向部22的深度 p之和的距离(见图3C)。
波峰长度LC不同于反向部长度LPI这一事实，尤其是长度LPI小于长度LC这一事实，导致产生很多接触点C1。
半条S1、S2的相应排R从中线M-M偏移不同距离这一事实导致两个条2、40的反向部22沿方向Df偏移。从而，条2、40的组合具有很少的点C3。
根据本发明的填料条2导致对于给定面积存在大量的接触点C1或至少半接触点C2，这使得填料模块PM2具有良好的稳定性。因此，模块PM2具有低压头损失并具有良好的热和/或物质交换性能。
根据本发明的填料模块PM2是以下列方式制造的。
首先，制造连续条。该连续条包括波纹8和反向部22。该连续条例如由平的金属板通过切割和弯曲制造而成。
然后，将多余的和相邻的条部分切割成希望的长度L1和L2，从而形成模块PM2的相邻填料条2、40。
然后，将每个第二条转过180°，尤其是绕轴线M-M转动，并且使条2、40相互叠置。
在用根据本发明的填料条制造填料模块的过程中，没必要在连续条的两个部分之间切割出沿边缘4、6测量具有预定长度的带，以便为了避免重叠而调节两个相邻条2的反向部22的相对位置。由于根据本发明的条的上述几何特征，例如反向部长度LPI与波峰长度LC的不同，而获得上述优点。
换句话说，两个相邻条之间的接触点C1或半接触点C2的数量在很大程度上不依赖于两个条2、40和反向部22沿边缘4、6方向的相对位置。
本发明的主题还在于一种包括所述条的低温蒸馏设备，尤其是空气蒸馏设备。该设备可以包括一个或多个蒸馏塔。

Claims (9)

1.蒸馏设备，尤其是空气蒸馏设备，包括至少一个交叉波状填料模块，所述交叉波状填料模块设置有至少一个由用于交叉波状物质/热交换填料模块的板材制成的条，所述条是包括波纹(8)的类型，所述波纹交替形成沿第一方向定向的第一主波峰(10，12)和沿相反方向定向的第二主波峰(12，10)，所述波纹(8)限定通道(14)，每个通道都位于两个相邻第一主波峰(10，12)或两个相邻第二主波峰(12，10)之间，所述通道(14)具有向通过所述模块的流体的总流动方向(Df)倾斜的总取向(Dc)，所述条(2)还包括两个大致垂直于所述总流动方向(Df)的条边缘(4，6)以及至少第一和第二相邻排(R)的反向部(22)，这些排(R)大致平行于所述条边缘(4，6)并分别包括位于通道(14)的横截面内的第一和第二反向部(22)，所述条限定两个沿总流动方向(Df)测量的长度，即：
-位于所述第一和第二排(R)之间的波峰长度(LC)，所述长度是在与第一和第二排的反向部相邻接的波峰点之间测量得到的；以及
-在第一或第二反向部(22)的两个点之间测量得到的反向部长度(LPI)，所述点与相关联的主波峰(10，12)相邻接；
所述反向部长度(LPI)不同于所述波峰长度(LC)。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，两个长度(LC，LPI)之间的比值大于1.2。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述反向部长度(LPI)小于所述波峰长度(LC)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述条限定在两个相邻第一主波峰(10，12)或两个相邻第二主波峰(12，10)之间沿总流动方向(Df)测量得到的波峰周期(PC)，所述反向部长度(LPI)与所述波峰长度(LC)之和不同于所述波峰周期(PC)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述反向部长度(LPI)与所述波峰长度(LC)之和小于所述波峰周期(PC)的0.66倍。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其特征在于，每个通道(14)都包括由第二主波峰(12，10)或第一主波峰(10，12)形成的上主波峰，每个反向部(22)都包括沿与所述上主波峰相反的方向取向的第一中间波峰(26)和至少一个沿所述上主波峰的方向取向的第二中间波峰(28，30)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述条包括平行于所述条边缘(4，6)并距所述边缘相同距离( m)的中线(M-M)，对于位于所述中线(M-M)一侧的至少一排(R)反向部(22)，该排(R)反向部与所述中线(M-M)之间的距离(D1，D2)不同于所述中线(M-M)与位于所述中线另一侧的每排反向部(22)之间的距离(D2，D1)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述反向部(22)和所述波纹(8)限定具有开孔边缘(32)的开孔(34)，所述开孔边缘(32)在任意点处都大致沿天然液体流线。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，用于物质/热交换塔的所述交叉波状填料模块包括一叠波纹取向彼此相反的条(2)，至少两个条(2)相互叠置，并且其中一个条绕位于所述条边缘(4，6)中间的中线(M-M)相对于另一条转过180°。
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