TW202118551A - 網格狀分形分配器元件或收集器元件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種分配器元件及/或收集器元件，其用於將諸如液體之一第一流體均勻地分配於一橫截面平面上，諸如分配於一傳質塔之一橫截面平面上，其中諸如氣體之一第二主流體相對於該第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過該分配器元件，其中該分配器元件包括藉由包括開口及孔徑之分形板彼此分隔開的至少兩個層，其中每一層包括供該第二主流體流動通過之通道且在該等通道之間包括一條或多條流動路徑，該第一流體可流動通過該一條或多條流動路徑。

Description

網格狀分形分配器元件或收集器元件
本發明係關於一種用於將第一流體均勻地分配於橫截面平面上之分配器元件或一種用於收集經分配於橫截面平面上(諸如經分配於傳質塔(mass transfer column)、混合器、分散器、發泡裝置、化學反應器或類似者的橫截面平面上)之第一流體的收集器元件，其中第二主流體相對於第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過分配器元件。此外，本發明係關於一種包括此類分配器元件及/或收集器元件中之一者或多者的設備，諸如傳質塔。
在許多技術製程中，流體必須均勻地分配於設備之橫截面平面上，而第二流體流動通過此平面。兩種流體皆可為液體或氣體，或流體中之一者為氣體，而另一者為液體。此類製程之實例為傳質製程(諸如精餾、吸收及類似者)、混合製程、分散製程、發泡製程或類似者，且各別設備之實例為化學反應器、精餾塔、吸收塔、氣體洗滌器、降膜式蒸發器、膜結晶器、氣體乾燥設備、混合裝置及類似者。
通常，分配器元件連同另一裝置一起使用，其中分配器元件將第一流體分別均勻地分配於另一裝置之橫截面平面上或該橫截面平面中。舉例而言，另一裝置在傳質製程中為任何類型之填充物，諸如結構填充物，而裝置在 化學反應器中為在不同類型的非均質催化劑或均質催化劑下操作的反應器，在降膜式蒸發器或膜結晶器中為管束，在氣體洗滌器及氣體乾燥設備中為填充物或混合器，在用於吸收液體中之氣體的設備中用於分散或用於使一個或多個靜態混合器發泡。
用於液體之習知分配器元件包括開放通道，通過該等開放通道，以規則距離將液體通過開口直接傳送或經由薄片間接傳送至平面(諸如傳質塔中之結構填充物的表面)上。此類分配器元件描述於例如US 4,855,089、US 3,158,171及EP 0 112 978 B1中。然而，此等分配器元件較昂貴。此等分配器元件之另一缺點在於，在其操作期間必須確保液位在全部通道中相同，此係由於液位判定通過通道開口之體積流量。此外，此等分配器元件中之至少一些具有相當高的壓力損失且阻礙第二主流之流動。此同樣適用於各別收集器元件。
為分配氣體，通常應用分配噴管。此等分配噴管包括噴嘴，必須將該等噴嘴實施為使得在操作期間穿過其的體積流量係相同的。類似的分配噴管可用於分配液體。複數個此類分配噴管可組合成噴管網格。然而，此等分配器元件亦為昂貴的且操作複雜的，具有相當高的壓力損失且阻礙第二主流之流動。此同樣適用於各別收集器元件。
鑒於此，本發明的目標為提供一種以高分配密度將第一流體均勻地分配於橫截面平面上之分配器元件或均勻地收集經分配於橫截面平面上(尤其係經分配於傳質塔的橫截面平面上)之第一流體同時基本上不干擾第二流體流動通過該平面的收集器元件，其中分配器元件或收集器元件的生產簡單且具有成本效益。
根據本發明，此目標藉由以下來達成：提供一種用於將第一流體 均勻地分配於橫截面平面上之分配器元件或一種用於收集經分配於橫截面平面上之第一流體的收集器元件，其中第二主流體相對於第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過分配器元件或收集器元件，其中分配器元件或收集器元件包括至少兩個分形板，該至少兩個分形板至少大體上彼此平行地配置，從而在該等分形板下方各自限定層(level)，其中至少兩個分形板中之第一最上部分形板包括第一數目個開口，該第一數目個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸且在第一最上部分形板下方的第一層中限定供第二主流體流動通過之通道，其中在限定通道的壁之間的第一層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中至少兩個分形板中的形成第一層之底部的第二分形板包括第二數目個開口，該第二數目個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸且在第二分形板下方之第二層中限定供第二主流體流動通過的通道，其中在限定通道之壁之間的第二層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中開口的第二數目高於開口之第一數目，其中層中之每一者的通道中之每一者與任何鄰近層之至少一個通道連接，且其中層中的每一者之一條或多條流體路徑中之至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層的一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將鄰近層彼此分隔開的分形板中，其中供第二主流體流動通過之通道藉由壁與限定流體路徑之一個或多個中空空間中的全部液密地分隔開，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，且其中流體路徑中之每一者具有至少大體上相同的長度，其中大體上相同的長度意謂層之流體路徑中之每一者的長度相較於同一層之任何其他流體路徑之長度不會改變多於20%。
根據本發明之收集器元件與根據本發明之分配器元件相同。然而，在使用期間，收集器元件相對於分配器元件倒置，亦即，分配器元件之最 上部板對應於收集器元件的最下部板，且反之亦然。然而，為易於表述，收集器元件經描述為分配器元件。
在通道允許第二主流體(諸如氣體)在基本上無干擾之情況下流動(諸如上升)通過分配器元件或收集器元件時，在通道壁之間的中空空間中所限定之流體路徑允許第一流體(諸如液體)分別經分配於分配器元件之橫截面平面上方或在收集器元件的橫截面平面上方經收集。由於通道之數目自分配器元件或收集器元件之第一最上部層至較低層增加(如上文所描述，針對在使用期間經倒置的收集器元件，此意謂通道之數目自分配器或收集器之第一最上部層至較低層減少)，因此分配器元件的橫截面平面上的流動路徑之數目及/或長度在層與層之間增加，從而在最下部層中確保第一流體在分配器元件的橫截面平面上方之均勻分配。因此，根據本發明之分配器元件允許將第一流體(諸如液體)均勻地分配於例如傳質塔的橫截面平面上，同時其基本上不干擾第二流體流動通過該平面，且因此在操作期間具有低壓力損失。同樣地，根據本發明之收集器元件允許均勻地收集經分配於例如傳質塔之橫截面平面上的第一流體(諸如液體)，同時其基本上不干擾第二流體流動通過該平面，且因此在操作期間具有低壓力損失。詳言之，根據本發明之分配器元件允許獲得特別高的分配密度，且根據本發明之收集器元件允許收集以特別高的分配密度經分配於橫截面平面上之流體。本發明之另一特定優點在於，如下文進一步詳細地描述的，可特定地利用創成式生產方法(諸如藉由網版印刷)以簡單且具有成本效益的方式生產分配器元件或收集器元件。特定地，本發明允許以簡單且具有成本效益的方式獲得分配器元件，該分配器元件在其底部處具有每平方公尺至多200,000個及甚至至多1,500,000個流體出口。市售分配器元件每平方公尺僅具有100個至200個流體出口。
根據本發明之分配器元件或收集器元件的板不需要在其使用期 間水平地配置。然而，為易於理解，在本專利申請案中藉由配置分配器元件或收集器元件及其至少大體上平行的板以使得該分配器元件或收集器元件與至少大體上平行的板水平地置放來描述根據本發明之分配器元件或收集器元件。術語「至少兩個分形板之第一最上部分形板」、「朝下延伸之壁」在此意義上進行理解。因此，若分配器元件或收集器元件在全部板皆豎直之定向上使用，則第一最上部分形板係具有最低數目個開口之彼最外側分形板，且壁至少大體上垂直於最上部分形板之表面延伸。
術語「開口」及「孔徑」各自根據本發明以相同含義進行使用，亦即，在板中分別為凹口或孔。然而，為提高清楚性，術語「開口」專門用於板之連同壁一起形成供第二主流體流動通過之通道的凹口或孔，該壁配置於板之上側及/或下側處且在板上方及/或下方的層中包圍板之凹口或孔，而術語「孔徑」專門用於板的未被供第二主流體流動通過之通道包圍的凹口或孔，以使得孔徑將在一個層之中空空間中所限定的流體路徑與在鄰近層之中空空間中所限定的流體路徑連接。
此外，根據本發明，術語「層」意謂上部板與下部板之間的空間，其中在此空間中，配置供第二主流體流動通過之通道及流體路徑。每一「層」包括藉由中空空間彼此分隔開的通道。因此，每一層之總體積係通道之體積的總和加上中空空間之體積的總和。
因此，術語「中空空間」意謂層之總體積減去通道之體積的總和減去設置於層中之視情況選用之其他組件(諸如分隔壁或類似者)，亦即，「中空空間」係3維空間。若在層中未設置將通道壁中之兩者或更多者的外側中之一些彼此連接之分隔壁或類似者，則層將僅包括一個中空空間。然而，有可能例如藉由一個或多個分隔壁將通道壁中之兩者或更多者之一些外側彼此連接，以將剩餘的中空空間細分成數個中空空間。
與術語「中空空間」相比，根據本發明，術語「層之流體路徑」意謂自板之鄰近於層的中空空間之孔徑穿過中空空間至鄰近板之在相同層的中空空間之相對位點上之孔徑的線路。除板之僅理論上可能的設計之外，任何層將實務上包括多於一條流體路徑，即使層僅包括一個中空空間亦如此。當兩個板中之至少一者具有多於一個孔徑時，情況尤其如此。換言之，「層之流體路徑」係在液體經由一個板之孔徑進入層的中空空間且經由鄰近板之孔徑中之一者離開位於相同層的相對側上之中空空間時該液體可採取之線路(或分別地，道路)。總之，儘管「中空空間」係體積(亦即，層之總體積減去通道之體積的總和)，但「流體路徑」係通過中空空間將板之孔徑與鄰近板之孔徑連接的線路(或分別地，道路)。因此，「層之流體路徑」之長度係板自孔徑起順著穿過層的中空空間之流體路徑直至鄰近板之孔徑為止的距離，而「分配器元件或收集器元件之流體路徑」之長度係自第一最外側板的孔徑起順著穿過全部層之中空空間之流體路徑直至分配器元件或收集器元件的相對最外側板之孔徑為止的距離。
此外，術語「分形板」確實意指任何板，其中術語「分形」僅出於清楚性原因而使用以容易地區分此等板與下文進一步稱為「分配板」之其他板。對於「分形板」而言特徵在於，經配置於另一板下方之分形板具有比鄰近的上部板之開口更高數目之開口，且最上部分形板具有比鄰近之下部板的開口更低數目的開口。
此外，術語「大體上彼此平行」意謂兩個鄰近板不相對於彼此傾斜多於10°，較佳地傾斜不超過5°，更佳地傾斜不超過2°，且再更佳地傾斜不超過1°。最佳地，兩個鄰近板彼此平行地配置，亦即，其不相對於彼此傾斜。
此外，「第二主流體相對於第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過分配器元件或收集器元件」意謂第二流體自元件之最下部邊緣流動 至元件的最上部邊緣或反之亦然，且亦意謂第一流體自元件之最下部邊緣流動至元件的最上部邊緣或反之亦然。
根據本發明，至少兩個分形板中之每一者的開口在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸，從而在各別分形板下方之層中限定供第二主流體流動通過的通道。此意謂壁中之每一者附接至各別分形板之下表面且延伸至鄰近下部板的上表面上，其中壁包覆上部分形板之開口以及下部板之開口，以使得流動通過上部分形板的開口之氣體或液體流入通道中且通過通道流入下部板之對應開口中。因此，較佳地，壁中之每一者具有與由其包覆之對應開口相同的形式及尺寸。
根據上文可看出，尤其較佳地，供第二主流體流動通過之通道在每一層中藉由壁與限定流體路徑之一個或多個中空空間中的全部液密地分隔開，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間。
根據本發明的尤其較佳實施例，分配器元件或收集器元件包括至少三個分形板，該至少三個分形板至少大體上彼此平行地配置，從而在兩個鄰近分形板之間各自限定層，其中至少三個分形板中之形成第二層之底部的第三分形板包括第三數目個開口，該第三數目個開口中之每一者於下側被壁包圍，該壁朝下延伸且在第二分形板下方之第三層中限定供第二主流體流動通過的通道，其中在限定通道之壁之間的第三層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中開口的第三數目高於開口之第二數目，其中層中之每一者的通道中之每一者與任何鄰近層之至少一個通道連接，且其中由層中的每一者之中空空間限定之一條或多條流體路徑中的至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層之一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將鄰近層彼此分隔開的分形板中。因此，在此實施例中，分配器元件或收集器元件包括至少三個分形板，該 至少三個分形板至少大體上彼此平行地配置，從而在分形板下方各自限定層，其中至少三個分形板中之第一最上部分形板包括第一數目個開口，該第一數目個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸且在第一最上部分形板下方的第一層中限定供第二主流體流動通過之通道，其中在限定通道的壁之間的第一層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中至少三個分形板中的形成第一層之底部的第二分形板包括第二數目個開口，該第二數目個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸且在第二分形板下方之第二層中限定供第二主流體流動通過的通道，其中在限定通道之壁之間的第二層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，且其中至少三個分形板中的形成第二層之底部之第三分形板包括第三數目個開口，該第三數目個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁朝下延伸且在第二分形板下方的第三層中限定供第二主流體流動通過之通道，其中在限定通道的壁之間的第三層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中開口之第二數目高於開口的第一數目且開口之第三數目高於開口的第二數目，其中層中之每一者的通道中之每一者與任何鄰近層的至少一個通道連接，且其中由層中之每一者之中空空間限定的一條或多條流體路徑中之至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層的一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將鄰近層彼此分隔開的分形板中。
在前述實施例中之全部中，至少兩個或至少三個分形板分別可在使用期間至少大體上水平地配置。就此而言，大體上水平意謂每一板相對於水平平面不會改變多於10°，較佳地改變不超過5°，更佳地改變不超過2°，且再更佳地改變不超過1°。最佳地，每一板水平地經配置，亦即，並未相對於水平 平面傾斜。
為了以受控方式將第一流體饋入第一層中，在本專利申請案之構思的進一步發展中建議至少兩個分形板且較佳地至少三個分形板中之第一最上部分形板包括入口，第一流體通過該入口轉移至限定第一層之一條或多條流體路徑的一個或多個中空空間中。入口可具有管道之形式，該管道覆蓋第一最上部分形板之孔徑，以使得第一流體可流動通過管道且通過孔徑流入由第一層之中空空間限定的流體路徑中。較佳地，孔徑且亦因此入口分別居中配置於板中及板上。
本發明不受至少兩個分形板且較佳地至少三個分形板之形式的特別限制。舉例而言，分形板可具有圓形、橢圓形、卵形、矩形或正方形的橫截面形式。較佳地，全部分形板具有相同形式及相同尺寸。至少在特定應用中，分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式。
本發明亦不受至少兩個分形板且較佳地至少三個分形板之開口之形式的特別限制。舉例而言，開口可具有圓形、橢圓形、卵形、矩形或正方形的橫截面形式。較佳地，具有相同形式的全部開口與每一分形板之全部開口具有相同尺寸。尤其係在每一分形板之開口具有至少大體上矩形或正方形的橫截面形式時獲得良好結果，其中矩形或正方形之開口的邊緣可分別經圓化。
如上文所闡述，較佳的係，限定通道之壁中的每一者具有與由該等壁包覆之對應開口相同的形式及尺寸。因此，壁中之每一者可具有圓形、橢圓形、卵形、矩形或正方形的橫截面形式，其中矩形或正方形的橫截面形式係較佳的，其中矩形或正方形之開口之邊緣可分別經圓化。
根據本發明之另一較佳實施例，每一分形板之開口在每一分形板中經配置成網格狀(亦即，經配置成週期性形式)，以使得分形板之框架(其藉由分形板之除開口之外的部分形成)由平行且交叉的條狀物組成。因此，每 一層之供第二主流體流動通過的通道亦較佳地經配置成網格狀，在層之橫截面中可見。
根據本發明，在每一層之分別限定通道或通道壁的壁之間，形成限定一條或多條流體路徑的一個或多個中空空間，其中層中之每一者的一條或多條流體路徑中之至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層的一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將鄰近層彼此分隔開的分形板中。若層之全部通道壁完全彼此分隔開，則一個相當巨大的中空空間形成於層中，其中中空空間係層之除通道體積的總和之外的整個體積。
如上文所闡述，除板之僅理論上可能的設計之外，任何層將實務上包括多於一條流體路徑，即使層僅包括一個中空空間亦如此。在本發明之構思的進一步發展中提出至少在限定供第二主流體流動通過之通道的壁之間的第二層及(若存在)每一較低層中，形成由中空空間限定之兩條或更多條流體路徑，其中流體路徑中之每一者具有至少大體上相同的長度。藉由提供具有至少大體上相同的長度之流體路徑，實現第一流體在分配器元件之每一層的橫截面上方之均勻分配。根據本發明，具有「大體上相同的長度」之「每一層之流體路徑」意謂相較於相同層的任何其他流體路徑之長度，層的流體路徑中之每一者的長度不會過多改變，不會改變多於20%，較佳地改變不超過10%，更佳地改變不超過5%，甚至更佳地改變不超過2%，且再更佳地不超過1%。當然，最佳地，每一層之全部流體路徑具有恰好相同的長度。由中空空間限定之單條流體路徑可藉由提供一個或多個分隔壁形成，該一個或多個分隔壁在適當位置處經配置於通道壁之間。替代地，由中空空間限定之單條流體路徑可藉由填充間隙之部分形成，該等間隙形成於供第二主流體流動通過的通道之間，而形成於供第二主流體流動通過之通道之間的其他間隙保持敞開，因此形成了流體路徑。
根據本發明之另一實施例，較佳的係，由形成於分配器元件之上 部入口(亦即，最上部板的孔徑)與分配器元件之最下部板的孔徑中之每一者之間的中空空間限定之流體路徑中之每一者(且類似地適用於收集器元件)具有至少大體上相同的長度及流阻。換言之，尤其較佳的係，不僅形成於每一層中之流體路徑在水平平面中具有至少大體上相同的長度，而且形成於分配器元件之上部入口與最下部板的孔徑中之每一者之間的流體路徑亦具有至少大體上相同的長度及流阻。
根據本發明，每一下部分形板中之開口之數目高於各別鄰近的上部分形板中的開口之數目。為實現第一流體在橫截面平面上方之均勻分配，較佳的係，每一下部分形板中之開口之數目係各別鄰近的上部分形板中之開口之數目的倍數。因此，較佳地，開口之第二數目係開口的第一數目之倍數，開口之第三數目係開口的第二數目之倍數等。
當每一下部分形板包括比鄰近的上部分形板多4倍的開口時，獲得了特別好的結果，作為在期望使分配器元件中的分形板之總數目最小化與期望實現極高分配密度之間的折衷。因此，尤其較佳的係，每一分形板中之開口的數目係4×(4)n，其中n係各別分形板相對於第一最上部分形板之數目，其中第一最上部分形板係分形板1。此實施例在每一分形板之開口具有至少大體上矩形或正方形的橫截面形式時尤為合適，其中矩形或正方形之開口的邊緣可分別經圓化。
根據本發明之分配器元件的分形板之數目取決於特定應用。然而，一般而言，較佳的係，分配器元件包括2至15個分形板，更佳地2至12個分形板，再更佳地2至10個分形板且最佳地3至5個分形板，其中每一下部分形板具有比各別上部分形板更高數目的開口。在最下部分形板下方，可如下文進一步描述一般配置一個或多個分配板。然而，在最下部分形板下方亦可配置任何其他板，以便形成最下部分形板下方之層的邊界。
如上文所闡述，根據本發明，每一下部分形板中之開口之數目高於各別鄰近的上部分形板中的開口之數目。與之同樣，較佳的係，每一下部分形板中之孔徑之數目高於各別鄰近的上部分形板中之孔徑之數目。更具體地，較佳的係，每一分形板包括複數個孔徑，其中孔徑之數目在分形板中的開口之數目的0.1%與200%之間，較佳地在0.5%與50%之間，更佳地在1%與20%之間，再更佳地在3%與10%之間且最佳地為約6.25%。
為了滿足用以將一個層之流體路徑與鄰近層之流體路徑連接的功能，較佳的係，孔徑在每一分形板之框架內形成於每一分形板中。分形板之框架意指板之總面積減去開口(亦即，在開口之間的板之部分)之面積的總和。
此外，較佳的係，孔徑規則地分配於每一分形板上方，且每一分形板之孔徑具有相同形式及相同尺寸。
舉例而言，在每一孔徑具有至少大體上環形或橫向的橫截面時獲得良好結果。
在本發明的構思之進一步發展中，提出根據本發明之分配器元件在最下部分形板下方包括至少一個分配板。至少一個分配板中之每一者至少大體上平行於其鄰近的上部板配置，以使得層經限定於至少一個分配板與鄰近的上部板之間。較佳地，至少一個分配板中之每一者具有與鄰近的上部板相同形式及相同數目的開口，其中至少一個分配板中之每一者之開口具有與鄰近的上部板之開口相同的形式及尺寸。此外，較佳的係，至少一個分配板中之每一者的開口在至少一個分配板中之每一者中形成於與鄰近的上部板中的位置相同的位置處。根據本發明，至少一個分配板中之任一者具有比最下部分形板更高數目的孔徑。藉此，第一流體經分配於在每一分配板下方形成之層(如在形成於最下部分形板下方的層中)之橫截面的較大區域上方。藉此，如下文結合諸圖進一步解釋的，分配板將第一流體進一步分配於由中空空間限定之流體路徑 中。尤其係在至少一個分配板中之最上部分配板的孔徑之數目比最下部分形板中的孔徑之數目高至少50%時獲得良好結果。更佳地，至少一個分配板中之最上部分配板中的孔徑之數目比最下部分形板中的孔徑之數目高100%至300%。若分配器元件包括多於一個分配板，則任何下部分配板較佳地具有比鄰近的上部板更高數目之孔徑。詳言之，較佳的係，任何下部分配板具有比鄰近的上部板更多數目之孔徑。
至少一個分配板中之每一者可與其鄰近板至少大體上水平地配置。
更佳的係，除了每一分配板具有比最下部分形板更高數目的孔徑之外，至少一個分配板中之任一者與最下部分形板相同。
分配板之數目取決於應用。然而，一般而言，較佳的係，分配器元件包括1至3個分配板且更佳地2或3個分配板。
根據本發明之分配器元件可應用於複數個設備中，諸如(例如)應用於混合裝置中。在此情況下，較佳的係，分配器元件包括一個或多個混合器，且較佳地包括一個或多個靜態混合器。舉例而言，至少一個靜態混合器可經配置於分形板或視情況選用之分配板中之至少一者的至少一個開口中。
詳言之，至少一個靜態混合器可經配置於分形板或視情況選用之分配板中之至少一者的每一開口中。
在本發明的尤其較佳實施例中，分形板及視情況選用之分配板具有至少大體上矩形或正方形的形式且各自包括網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口。因此，在此實施例中，第一最上部分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括16個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中16個開口在第一最上部分形板中等距地配置成4列及4行之開口。在分形板下方的層中藉由 壁限定的通道之間，形成限定一條或多條流體路徑的一個或多個中空空間。較佳地，存在一條流體路徑，該流體路徑由配置於通道壁之間的分隔壁限定或藉由填充形成於供第二主流體流動通過的通道之間的間隙之部分來限定，而形成於供第二主流體流動通過的通道之間的其他間隙保持敞開，因此形成了由中空空間限定之流體路徑。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
開口具有相同大小意謂此等開口中之一者的面積自此等開口中的每一者之面積的改變不超過20%，較佳地不超過10%，更佳地不超過5%且最佳地不超過2%。
在本發明之進一步發展中，提出一個孔徑形成於四個鄰近開口之間的第一分形板之框架的中心中，該孔徑被朝上延伸且形成分配器元件之入口的壁包圍。
舉例而言，孔徑可至少大體上為環形的，且包圍該孔徑之壁可為管道。替代地，孔徑可至少大體上為橫向的，且包圍該孔徑之壁可對應地成形。
此外，較佳的係，第一最上部分形板之16個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁自第一最上部分形板的下表面朝下延伸至下面的第二分形板之上表面上，因此在第一層中形成供第二主流體流動通過的16個閉合通道且在壁之間形成限定一條或多條流體路徑的一個或多個中空空間。
根據本發明的此實施例之另一較佳變型，第二分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括64個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中64個開口在第二分形板中等距地配置成8列及8行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
較佳地，第二分形板之64個開口中之每一者被壁包圍，該壁自 第二分形板的下表面朝下延伸至下面的板之上表面上，因此在第二層中形成供第二主流體流動通過之64個閉合通道且在壁之間形成限定一條或多條流體路徑的一個或多個中空空間。
尤其係當在第一最上部分形板之開口中之每一者下方置放第二分形板的4個開口時獲得良好結果。
詳言之，第二分形板可包括將第一層之流體路徑與第二層之一條或多條流體路徑連接的4個孔徑。較佳地，一個孔徑形成於第一列及第二列之第一行及第二行的四個開口之間的交叉點處，一個孔徑形成於第一列及第二列之第三行及第四行的四個開口之間的交叉點處，一個孔徑形成於第三列及第四列之第一行及第二行的四個開口之間的交叉點處，且一個孔徑形成於第三列及第四列之第三行及第四行的四個開口之間的交叉點處。
可選地，一條或多條流體路徑可由分隔壁限定，該等分隔壁適當地置放於通道壁之間的中空空間中。替代地，單條流體路徑可藉由填充間隙之部分形成，該等間隙形成於供第二主流體流動通過的通道之間，而形成於供第二主流體流動通過之通道之間的其他間隙保持敞開，因此形成了流體路徑。
根據本發明的此實施例之另一較佳變型，分配器元件或收集器元件至少包括經配置於第二分形板下方之第三分形板，其中第三分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括256個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中256個開口在第三分形板中等距地配置成16列及16行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
較佳地，第三分形板之256個開口中之每一者在其下側處被壁包圍，該壁自第三分形板的下表面朝下延伸至下面的板之上表面上，因此在第三層中形成供第二主流體流動通過的256個閉合通道且在壁之間形成限定一條或 多條流體路徑的一個或多個中空空間。
尤其係當在第二分形板之開口中之每一者下方置放第三分形板的4個開口時獲得良好結果。
詳言之，第三分形板包括將由第二層之中空空間限定的流體路徑與第三層之彼等流體路徑連接的16個孔徑，其中孔徑形成於列1、3、5、7、9、11、13以及15之行1、3、5、7、9、11、13以及15的開口之間的交叉點處。
依賴於本申請案，根據本發明之分配器元件或收集器元件可在視情況選用之第三分形板下方包括一或多個其他分形板。因此，分配器元件可在視情況選用之第三分形板下方包括第四分形板，該第四分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括1,024個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中1,024個開口在第四分形板中等距地配置成32列及32行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
視情況，分配器元件或收集器元件可在視情況選用之第四分形板下方包括第五分形板，該第五分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括4,096個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中4,096個開口在第五分形板中等距地配置成64列及64行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
進一步視情況，分配器元件或收集器元件可在視情況選用之第五分形板下方包括第六分形板，該第六分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括16,386個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中16,386個開口在第六分形板中等距地配置成128列及128行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中 之每一者可具有經圓化邊緣。
進一步視情況，分配器元件或收集器元件可在視情況選用之第六分形板下方包括第七分形板，該第七分形板具有至少大體上矩形或正方形的形式且包括65,536個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形的開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中65,536個開口在第七分形板中等距地配置成256列及256行之開口。至少大體上呈矩形或正方形的開口中之每一者可具有經圓化邊緣。
獨立於分配器元件是否包括兩個、三個、四個、五個、六個、七個或甚至更多個分形板，根據此實施例之另一變型尤其較佳的係，至少分配板經配置於最下部分形板下方，該分配板具有與最下部分形板相同形式以及相同數目及尺寸之開口，其中分配板在最下部分形板之孔徑所在的孔徑下方的交叉點處不具有孔徑，但其中分配板在鄰近於最下部分形板之孔徑所在的孔徑之任何交叉點處具有孔徑。藉此，在分配器元件之操作期間，在由中空空間限定的一條或多條流體路徑中實現第一流體之另一分配。
更佳的係，在視情況選用之上文所描述的分配板下方，配置一至五個其他分配板，更佳地一至四個其他分配板且最佳地兩個、三個或四個其他分配板，該等其他分配板具有(has/have)與視情況選用之上文所描述的分配板相同形式以及相同數目及尺寸之開口，其中其他分配板中之每一者具有比其鄰近的上部板更高數目之孔徑。此允許在分配器元件之操作期間用第一流體填充一條或多條流體路徑之任何部分，且因此經由分配板的最下部分配板中之大量孔徑，實現特別高的分配密度。
如上文所闡述，在每兩個板之間限定了層，通道延伸穿過該層且在該層中配置由中空空間限定之流體路徑。每一層的高度(亦即，每一層之上部板與下部板之間的距離)可為恆定的。然而，根據本發明的另一尤其較佳實 施例，層之距離改變，而更佳地，每一層之高度自第一層至最低層降低。此具有每一層內之流阻不過高之優點。每一層之高度或至少第一層的高度可在0.2mm與250mm之間，更佳地在1mm與100mm之間且最佳地在2mm與50mm之間。
板中之每一者的開口且較佳地至少第一分形板之開口可具有1mm至500mm、更佳地1.5mm至100mm且最佳地2mm至50mm之直徑。如上文所指示，較佳的係，開口之直徑自第一分形板至最下部分形板減小。較佳的係，每一板之全部開口具有至少大體上相同的直徑。
板中之每一者的孔徑、較佳地至少第一分形板之孔徑且更佳地全部板之孔徑可具有0.1mm至100mm、更佳地0.2mm至50mm且最佳地0.4mm至20mm的直徑。較佳的係，每一板之全部孔徑具有至少大體上相同的大小，諸如直徑。
孔徑中的每一者較佳地具有至少大體上相同的大小意謂此等孔徑中之一者的面積自此等孔徑中之每一者的面積的改變不超過20%，較佳地不超過10%，更佳地不超過5%且最佳地不超過2%。
較佳地，分配器元件之最下部板或收集器元件之最上部板具有每平方公尺1,000至1,500,000個流體出口且更佳地20,000至200,000個流體出口。根據上文可看出，元件之最下部板之孔徑係流體出口(在分配器的情況下)或流體入口(在收集器的情況下)。
分配器元件或收集器元件(亦即，板、通道壁及(若存在)分隔壁中之每一者)可由任何適合之材料(諸如陶瓷材料、塑膠、金屬、合金、複合材料或類似者)形成。尤其較佳的材料為技術陶瓷，諸如(但不限於)碳化矽、氮化矽、氧化鋁、富鋁紅柱石及堇青石；或金屬材料，諸如(但不限於)鋁合金或不鏽鋼；或廣泛範圍之塑膠材料。
根據本發明之分配器元件之特定優點在於，其可容易地藉由創成式方法(諸如網版印刷、諸如藉由WO 2016/095059 A1中所描述的方法)生產。
詳言之，當將分配第一流體之橫截面積極大時，較佳的係，分配器不僅包括上文所描述的分配器元件中之一者，而且亦包括上文所描述的分配器元件中之兩者或更多者。
如上文所描述，上文所描述的分配器元件亦可用作收集器(亦即，用作用於收集經分配於較大橫截面平面上方之第一流體的元件)，且收集處於一個點處。為此目的，僅需倒置上文所描述的分配器元件。
因此，本發明亦係關於一種用於自橫截面平面(詳言之，自傳質塔之橫截面平面)均勻地收集第一流體的收集器元件，其中收集器元件被實施為分配器元件，例外之處在於該收集器元件經倒置。
詳言之，當將收集第一流體之橫截面積極大時，較佳的係，收集器不僅包括上文所描述的收集器元件中之一者，而且亦包括上文所描述的收集器元件中之兩者或更多者。
根據另一態樣，本發明係關於一種設備，該設備包括前述分配器元件中之一者或多者及/或前述收集器元件中之一者或多者。
舉例而言，設備可為傳質塔、混合器、分散器、發泡裝置、化學反應器、結晶器或蒸發器。
根據本發明之較佳實施例，設備為傳質塔，且在一個或多個分配器元件下方及/或在一個或多個收集器元件上方包括傳質結構，該傳質結構係選自由以下組成之群組：接觸塔盤、隨機填充物及結構填充物。
根據本發明之另一較佳實施例，設備為傳質塔，且在一個或多個分配器元件下方及/或在一個或多個收集器元件上方包括傳質結構，該傳質結構具有包含毛細管之蜂巢形狀，其中限定通道的壁為台階形或由薄紙製成或為任 意形成的開孔泡沫。此類傳質結構更詳細地描述於WO 2014/043823 A1及WO 2017/167591 A1中。
根據本發明的又一較佳實施例，設備在一個或多個分配器元件下方及/或在一個或多個收集器元件上方包括傳質結構，該傳質結構包括接觸區域，該接觸區域設計成引導第二流體，且藉此在接觸區域中可使第一流體與第二流體接觸，其中在接觸區域中，提供至少一個斷流器以用於中斷第二流體之流動。
根據本發明的又一較佳實施例，設備在一個或多個分配器元件下方及/或在一個或多個收集器元件上方包括傳質結構，該傳質結構係選自由以下組成之群組：薄紙、開孔材料、毛細管、台階結構及前述結構中之兩者或更多者的任意組合。
本發明之另一態樣係一種用於將第一流體均勻地分配於橫截面平面上之方法，其中第二主流體相對於第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過平面，該方法包括以下步驟：使第一流體流入限定流體路徑的一個或多個中空空間中之至少一者中及使第二流體流動通過如上文所描述的分配器元件之通道。
隨後，本發明藉助於說明性而非限制性圖式加以描述。
8:傳質塔
10:分配器元件
12:分形板
12':分形板
12":分形板
16:分配板
16':分配板
16":分配板
16''':分配板
16IV:分配板
18:層
20:開口
22:壁
24:通道
26:入口
28:孔徑
28':孔徑
28":孔徑
28''':孔徑
28IV:孔徑
32:分隔壁
33:流體路徑
34:箭頭
38:孔徑
38':孔徑
38":孔徑
40:內部
42:結構填充物
44:收集器元件
46:出口
48:分配歧管
50:收集器歧管
52:靜態混合器
圖1 展示根據本發明之一個實施例的分配器元件之側透視圖。
圖2 展示圖1中所展示之分配器元件的俯視圖。
圖3a 展示圖1中所展示之分配器元件之第一分形板下方的第一層之橫截面視圖。
圖3b 展示圖3a之示意圖。
圖4a 展示圖1中所展示之分配器元件之第二分形板下方的第二層之橫截面視圖。
圖4b 展示圖4a之示意圖。
圖5a 展示圖1中所展示之分配器元件之第三分形板下方的第三層之橫截面視圖。
圖5b 展示圖5a之示意圖。
圖6a 展示圖1中所展示之分配器元件之第一分配板下方的第四層之橫截面視圖。
圖6b 展示圖6a之示意圖。
圖6c 展示放大的圖6b之示意性部分。
圖7a 展示圖1中所展示之分配器元件之第二分配板下方的第五層之示意圖。
圖7b 展示放大的圖7a之示意性部分。
圖7c 展示圖1中所展示之分配器元件之第三分配板下方的第六層之示意圖。
圖7d 展示放大的圖7c之示意性部分。
圖7e 展示圖1中所展示之分配器元件之第四分配板下方的第七層之示意圖。
圖7f 展示放大的圖7e之示意性部分。
圖8 展示根據本發明之一個實施例的包含分配器元件、結構填充物及收集器元件之傳質塔之內部的側透視圖。
圖9 展示根據本發明之另一實施例的包含複數個分配器元件、複數個結構填充物及複數個收集器元件之傳質塔之內部的側透視圖。
圖10 展示根據本發明之另一實施例的分形板。
圖11 展示根據本發明之另一實施例的包含第一分形板之分配器元件。
圖1展示根據本發明之一個實施例的分配器元件10之側透視圖。分配器元件10包括三個分形板12、12'、12"，且在第三分形板12'''下方包括五個分配板16、16'、16"、16'''、16IV。在每兩個鄰近板12、12'、12"、16、16'、16"、16'''、16IV之間限定了層18。每一板12、12'、12"、16、16'、16"、16'''、16iV包括開口20，其中每一開口20具有帶圓化邊緣之正方形橫截面。每一開口20被壁22包圍，該壁22在每一層18中在每一板12、12'、12"、16、16'、16"、16'''、16IV下方限定供第二主流體流動通過的通道24。在第一分形板12之中心上方，配置呈管道形式之入口26。
圖2展示圖1中所展示之分配器元件10的俯視圖。最上部分形板12包括具有圓化邊緣之十六個網格狀配置的至少大體上呈正方形的開口20。開口20中之每一者具有相同大小及形式，其中16個開口在第一最上部分形板12中等距地配置成4列及4行之開口20。基本上呈十字形的孔徑28經配置於第一分形板12之中心中且被具有對應形式之入口26包圍。
圖3a展示在圖1中所展示之分配器元件10之第一分形板12下方及第二分形板12'上方的第一層18之橫截面視圖，且圖3b展示圖3a之示意圖。十六個通道24位於最上部分形板12之開口20下方，其中每一通道24被通道壁22包圍，該通道壁22自最上部第一分形板12之下表面延伸至第二分形板12'的上表面上。圖3b中之圓圈28示意性地展示形成於最上部分形板12中之孔徑28的位置，第一流體通過該孔徑28在分配器元件10之操作期間進入第一層18中。即使如圖2中所展示，形成於最上部分形板12中之孔徑28為基本上呈十字 形的，經配置於圖3b中所展示之層18上方的板12之孔徑在圖3b中及後續的其他示意圖4b及示意圖5b中亦經展示為圓圈，以便展示其為「傳入孔徑」(亦即，孔徑)，液體通過該孔徑流入層18中。與此對比，圖3b中所展示之經配置於層18下方之板12'的孔徑28'，28"，28'''，28'V在圖3b中及後續的其他示意圖4b、圖5b、圖6b、圖7a、圖7c及圖7e中經展示為矩形，以便展示其係「傳出孔徑」(亦即，孔徑)，液體通過該等孔徑流入下一個較低層中。在一些通道壁22之間配置了分隔壁32，該等分隔壁32限定中空空間，該中空空間限定在第一層18之四個中心通道20之間及周圍的八條流體路徑33。第一層18之八條流體路徑33中之每一者具有至少大體上相同的長度。第一流體在分配器元件10之操作期間在由中空空間限定的八條流體路徑33中之流動方向利用箭頭34示意性地展示。通道24之第一流體歸因於分隔壁32而無法流動通過的彼等部分分別在圖3b中加陰影或影線經展示。因此，在分配器元件10之操作期間，通過第一最上部分形板12之入口26及中心孔徑28進入第一層18的中空空間中之第一流體沿著在四個中心通道24之間的中空空間中所限定的八條流體路徑33流動，在此期間第一流體在分隔壁32處經偏轉且經引導至第二分形板12'之四個孔徑28'，28"，28'''，28IV，第一流體自該等孔徑28'，28"，28'''，28IV朝下流入第二層中。因此，第一流體經由利用通道24及分隔壁32形成之八條流體路徑33自一個中心點28經分配於第一層中，且經收集於四個孔徑28'，28"，28'''，28IV中。
圖4a展示在圖1中所展示之分配器元件10之第二分形板12'下方及第三分形板12"上方的第二層之橫截面視圖，且圖4b展示圖4a之示意圖。六十四個通道24位於第二分形板12'之開口20下方，其中每一通道24被通道壁22包圍，該通道壁22自第二分形板12'之下表面延伸至第三分形板12"的上表面上。四個圓圈28示意性地展示形成於第二分形板12'中之孔徑28的位置，第一流體藉由該孔徑28在分配器元件10之操作期間進入第二層18中。同樣，即使 如圖3a中所展示，形成於上部分形板12'中之孔徑28'，28"，28'''、28'V為基本上呈十字形的，經配置於圖4b所展示之層上方的板12'之孔徑28在圖4b中亦經展示為圓圈，以便展示其為「傳入孔徑」28(亦即，孔徑28)，液體通過該等孔徑流入層中。與此對比，圖4b中所展示之經配置於層下方之板12'的孔徑28'，28"，28'''、28'V在圖4b中經展示為矩形，以便展示其係「傳出孔徑」28'，28"，28'''、28'V(亦即，孔徑28'，28"，28'''、28'V)，液體通過該等孔徑流入下一個較低層中。在一些通道壁22之間配置了分隔壁32，該等分隔壁32限定32條流體路徑33，每一流體路徑分別經限定於中空空間中或由中空空間限定，該等中空空間在包圍第二分形板12'之孔徑28'的四個通道20之間及周圍。第一流體在分配器元件10之操作期間的流動方向利用箭頭34示意性地展示。同樣，通道24之第一流體歸因於分隔壁32而無法流動通過的彼等部分分別在圖4b中加陰影或影線經展示。因此，在分配器元件10之操作期間，通過孔徑28進入第二層中的第一流體沿著在各別通道24之間的中空空間中所限定的32條流體路徑33流動，在此期間第一流體在分隔壁32處經偏轉且經引導至第三分形板12"之十六個孔徑28'，28"，28'''、28'V，該第一流體自該等孔徑28'，28"，28'''、28'V朝下流入第三層中。因此，第一流體在第二層中自四個孔徑28分配至十六個孔徑28'，28"，28'''、28'V。
圖5a展示在圖1中所展示之分配器元件10之第三分形板12"下方及第一分配板16上方的第三層18之橫截面視圖，且圖5b展示圖5a之示意圖。二百五十六個通道24位於第三分形板12"之開口20下方，其中每一通道24被通道壁22包圍，該通道壁22自第三分形板12"之下表面延伸至第一分配板16的上表面上。十六個圓圈28示意性地展示形成於第三分形板12"中之孔徑28'，28"，28'''、28'V的位置，第一流體通過該等孔徑28'，28"，28'''、28'V在分配器元件10之操作期間進入第三層中。同樣，即使如圖4a中所展示，形成於上部分形 板12"中之孔徑28'，28"，28'''、28'V為基本上呈十字形的，經配置於圖5b所展示之層上方的板12"之孔徑28在圖5b中亦經展示為圓圈，以便展示其為「傳入孔徑」28(亦即，孔徑28)，液體通過該等孔徑流入層中。與此對比，圖5b中所展示之經配置於層下方之分配板16的孔徑38在圖5b中經展示為矩形，以便展示其係「傳出孔徑」38(亦即，孔徑38)，液體通過該等孔徑流入下一個較低層中。然而，實際上，如圖5a中所展示，分配板16之孔徑38以及全部下部分配板16'、16"、16'''、16'V之孔徑為圓形，而非如在上部分形板12、12'、12'''中為基本上呈十字形的。在一些通道壁22之間配置了分隔壁(圖5a及圖5b中未展示)，該等分隔壁限定128條流體路徑33，每一流體路徑33分別經限定或形成於第三層之中空空間中。第一流體在分配器元件10之操作期間的流動方向利用箭頭34示意性地展示。同樣，通道24之第一流體歸因於分隔壁32而無法流動通過的彼等部分分別在圖5b中加陰影或影線經展示。因此，在分配器元件10之操作期間，通過孔徑28進入第三層中的第一流體沿著在各別通道24之間的中空空間中所限定的128條流體路徑33流動，在此期間第一流體在分隔壁處經偏轉且經引導至第一分配板16之六十四個孔徑38，該第一流體自該等孔徑38朝下流入第四層中。因此，第一流體在第三層中自十六個孔徑28分配至六十四個孔徑38。
圖6a展示在圖1中所展示之分配器元件10之第一分配板16下方及第二分配板16'上方的第四層之橫截面視圖。圖6b展示圖6a之示意圖，且圖6c展示放大的圖6b之一部分。第一分配板16具有與第三分形板12"相同形式以及相同數目及尺寸之開口20，其中第一分配板16在第三分形板12"之孔徑28'、28"、28'''、28'V所在的孔徑下方的交叉點處不具有孔徑38，但其中第一分配板16在鄰近於第三分形板12"之孔徑28'、28"、28'''、28'V所在的孔徑之任何交叉點處具有孔徑38。藉此，在分配器元件10之操作期間，在如圖6b及圖6c中所展示 之由中空空間限定的流體路徑33中實現第一流體之另一分配。
如圖7a至圖7e中所展示，在四個其他分配板16'、16"、16'''、16IV之每一鄰近分配板之間限定了層。四個其他分配板16'、16"、16'''、16IV中之每一者具有與第三分形板12"及第一分配板16相同形式以及相同數目及尺寸之開口20。然而，其他分配板16'、16"、16'''、16IV中之每一者具有比其鄰近的上部板16、16'、16"、16'''更高數目之孔徑38、38'、38"。此允許在分配器元件之操作期間用第一流體填充限定流體路徑33之中空空間的任何部分，且因此經由分配板16IV中的最下部分配板中之大量孔徑38、38'、38"，實現特別高的分配密度。
圖8展示包含分配器元件10、結構填充物42及收集器元件44之傳質塔8之內部40的側透視圖。傳質塔8可為精餾塔8。分配器元件10如上文所描述且如圖1至圖7中所展示一般構成。收集器元件44以分配器元件10形式構成但簡單地倒置，以使得第一分形板為最下部板且第五分配板為最上部板。在傳質塔8之操作期間，液體經由入口16進入分配器元件10且經分配於如上文參看圖1至圖7所描述的橫截面平面上方。分配液體接著朝下流動至結構填充物42之表面上且進一步朝下流動。氣體在逆向方向上(亦即，自傳質塔8之底部)持續朝上流動。在結構填充物中，由於液體及氣體均分配於結構填充物42的較大比表面積上方，因此在液體與氣體之間會發生密集的質量傳送和能量傳送。液體接著流動至收集器元件44之表面上，液體經收集於該收集器元件44中且濃縮於一個點中，該液體經由出口46自該點離開內部。
圖9展示包含複數個分配器元件10、複數個結構填充物42及複數個收集器元件44(其中之每一者如上文所描述及如圖8中所展示一般構成)的傳質塔8之內部的側透視圖。為了將第一流體分配至複數個分配器元件10中之全部，分配歧管48經配置於複數個分配器元件10上方。同樣地，收集器歧管50經配置於複數個收集器元件44下方。
圖10展示根據本發明之另一實施例的分形板12"。除了具有基本上呈十字形的橫截面之孔徑28的尺寸略微不同之外，分形板12"類似於圖1、圖2及圖4中所展示之實施例的第三分形板12"。
圖11展示根據本發明之另一實施例的包含第一分形板12之分配器元件。除了在通道24內配置靜態混合器52以用於混合在分配器元件10之操作期間流動通過其的第二主流體之外，第一分形板12類似於圖1及圖2中所展示之實施例的第一分形板12。
10:分配器元件
12:分形板
12':分形板
12":分形板
16:分配板
16':分配板
16":分配板
16''':分配板
16'V:分配板
18:層
20:開口
22:壁
24:通道
26:孔徑

Claims (14)

  1. 一種用於將一第一流體均勻地分配於一橫截面平面上之分配器元件或一種用於收集經分配於一橫截面平面上之一第一流體的收集器元件，其中一第二主流體相對於該第一流體以並流流動及/或逆流流動方式流動通過該分配器元件或收集器元件，其中該分配器元件或收集器元件包括至少兩個分形板，該至少兩個分形板至少大體上彼此平行地配置，從而在該等分形板下方各自限定一層，其中該至少兩個分形板中之第一最上部分形板包括一第一數目個開口，該第一數目個開口中之每一者在其下側處被一壁包圍，該壁朝下延伸且在該第一最上部分形板下方的第一層中限定供該第二主流體流動通過之一通道，其中在限定該等通道的該等壁之間的該第一層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，該第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中該至少兩個分形板中的形成該第一層之底部的第二分形板包括一第二數目個開口，該第二數目個開口中之每一者在其下側處被一壁包圍，該壁朝下延伸且在該第二分形板下方之第二層中限定供該第二主流體流動通過的一通道，其中在限定該等通道之該等壁之間的該第二層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，該第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中開口的該第二數目高於開口之該第一數目，其中該等層中之每一者的該等通道中之每一者與任何鄰近層之至少一個通道連接，且其中該等層中的每一者之該一條或多條流體路徑中之至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層的該一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將該等鄰近層彼此分隔開的該分形板中，其中供該第二主流體流動通過之該等通道藉由該等壁與限定該等流體路徑之該一個或多個中空空間中的全部液密地分隔開，該第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，且其中該等流體路徑中之每一者具有至少大體上相同的長度，其中大體上相同的長度意謂該層之該等流體路徑 中之每一者的長度相較於同一層之任何其他流體路徑之長度不會改變多於20%。
  2. 如請求項1所述之分配器元件或收集器元件，其中該分配器元件或收集器元件包括至少三個分形板，該至少三個分形板至少大體上彼此平行地配置，從而在兩個鄰近分形板之間各自限定一層，其中該至少三個分形板中的形成該第二層之底部的第三分形板包括一第三數目個開口，該第三數目個開口中之每一者於下側被一壁包圍，該壁朝下延伸且在該第二分形板下方之第三層中限定供該第二主流體流動通過的一通道，其中在限定該等通道之該等壁之間的該第三層中，形成限定一條或多條流體路徑之一個或多個中空空間，該第一流體可流動通過該一個或多個中空空間，其中開口的該第三數目高於開口之該第二數目，其中該等層中之每一者的該等通道中之每一者與任何鄰近層之至少一個通道連接，且其中該等層中的每一者之該一條或多條流體路徑中之至少一者藉助於至少一個孔徑與任何鄰近層的該一條或多條流體路徑中之至少一者連接，該至少一個孔徑位於將該等鄰近層彼此分隔開的該分形板中。
  3. 如前述請求項中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其中該至少兩個分形板中之每一者具有一至少大體上矩形或正方形的形式，其中每一分形板之該等開口至少大體上呈矩形或正方形，且其中每一分形板之該等開口在每一分形板中經配置成網格狀。
  4. 如前述請求項中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其中每一分形板中之開口的數目為4×(4)n，其中n係各別分形板相對於第一最上部分形板之數目，其中該第一最上部分形板係分形板1。
  5. 如前述請求項中任一項所述之分配器元件，其包括2至15個分形板，較佳地2至12個分形板，更佳地2至10個分形板且最佳地3至5個分形板，其中每一下部分形板具有比各別上部分形板更高數目的開口，且其中每 一分形板包括複數個孔徑，其中孔徑之數目較佳地在該分形板中的開口之數目的0.1%與200%之間，更佳地在該分形板中的開口之數目的0.5%與50%之間，又更佳地在該分形板中的開口之數目的1%與20%之間，且再更佳地在該分形板中的開口之數目的3%與10%之間。
  6. 如前述請求項中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其中在最下部分形板下方，存在至少一個分配板，其中該至少一個分配板中的每一者至少配置為大體上平行於鄰近的上部板，從而在該鄰近的上部板與該至少一個分配板之間限定一層，且其中該至少一個分配板中之每一者具有與該鄰近的上部板相同形式及相同數目之開口，其中該至少一個分配板中的每一者之該等開口具有與該鄰近的上部板之該等開口相同的形式及尺寸且在該至少一個分配板中之每一者中形成於與在該鄰近的上部板中的位置相同的位置處，其中該分配器元件或收集器元件包括1至3個且較佳地2或3個分配板，且其中該等分配板中之每一者具有比該鄰近的上部板更高數目的孔徑。
  7. 如前述請求項中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其中該第一最上部分形板具有一至少大體上矩形或正方形之形式且包括16個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中該16個開口在該第一最上部分形板中等距地配置成4列及4行之開口。
  8. 如請求項7所述之分配器元件或收集器元件，其中該第一最上部分形板的該16個開口中之每一者被一壁包圍，該壁自該第一最上部分形板之下表面朝下延伸至下面的第二分形板之上表面，因此在該第一層中形成供該第二主流體流動通過的16個閉合通道及在該等壁之間形成限定該等流體路徑的一個或多個中空空間。
  9. 如請求項7或8所述之分配器元件或收集器元件，其中經配置 於第一分形板下方之該第二分形板具有一至少大體上矩形或正方形的形式且包括64個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中該64個開口在該第二分形板中等距地配置成8列及8行之開口，其中該第二分形板之該64個開口中的每一者被一壁包圍，該壁自該第二分形板之下表面朝下延伸至一下面的板之上表面，因此在該第二層中形成供該第二主流體流動通過的64個閉合通道及在該等壁之間形成限定該等流體路徑的一個或多個中空空間，且其中該第二分形板包括將該第一層之該等流體路徑與該第二層之彼等流體路徑連接的4個孔徑，其中一個孔徑形成於第一列及第二列之第一行及第二行的四個通道之間的交叉點處，一個孔徑形成於第一列及第二列之第三行及第四行的四個通道之間的交叉點處，一個孔徑形成於第三列及第四列之第一行及第二行的四個通道之間的交叉點處，且一個孔徑形成於第三列及第四列之第三行及第四行的四個通道之間的交叉點處。
  10. 如請求項7至9中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其包括至少經配置於該第二分形板下方之一第三分形板，其中該第三分形板具有一至少大體上矩形或正方形的形式且包括256個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中該256個開口在該第三分形板中等距地配置成16列及16行之開口，其中該第三分形板之該256個開口中的每一者被一壁包圍，該壁自該第三分形板之下表面朝下延伸至一下面的板之該上表面，因此在該第三層中形成供該第二主流體流動通過的256個閉合通道及在該等壁之間形成限定該等流體路徑的一個或多個中空空間，且其中在該第二分形板之該等開口中之每一者下方，置放該第三分形板的4個開口。
  11. 如請求項7至10中任一項所述之分配器元件或收集器元 件，其包括至少經配置於該第二分形板下方的一第三分形板，其中該第三分形板包括將該第二層之該等流體路徑與該第三層之彼等流體路徑連接的16個孔徑，其中該等孔徑在列1、3、5、7、9、11、13以及15之行1、3、5、7、9、11、13以及15的該等通道之間的交叉點處鄰近於限定該等流體路徑之該一個或多個中空空間形成，且其中該分配器元件或收集器元件在該第三分形板下方較佳地包括一第四分形板，該第四分形板具有一至少大體上矩形或正方形之形式且包括1.024個網格狀配置的至少大體上呈矩形或正方形之開口，該等開口中之每一者具有至少大體上相同的大小及形式，其中該等1,024個開口在該第四分形板中等距地配置成32列及32行之開口。
  12. 如請求項7至11中任一項所述之分配器元件或收集器元件，其中在該最下部分形板下方配置一分配板，該分配板具有與該最下部分形板相同形式以及相同數目及尺寸之開口，其中該分配板在該最下部分形板之該等孔徑所在的彼等孔徑下方之交叉點處不具有鄰近於限定該等流體路徑之該一個或多個中空空間的孔徑，但其中該分配板在鄰近於該最下部分形板之該等孔徑所在的彼等孔徑之任何交叉點處具有孔徑，且其中較佳地在該分配板下方配置一至五個其他分配板，較佳地一至四個其他分配板且更佳地兩個、三個或四個其他分配板，該/該等其他分配板具有與該最下部分形板及該分配板相同形式以及相同數目及尺寸之開口，其中該等其他分配板中的每一者具有比其鄰近的上部板更高數目之孔徑。
  13. 一種設備，其包括如請求項1至12中任一項所述之一個或多個分配器元件及/或一個或多個收集器元件，其中：
    i)該設備為一傳質塔、一混合器、一分散器、一發泡裝置、一化學反應器、一結晶器或一蒸發器，或
    ii)該設備為一傳質塔，且在該一個或多個分配器元件下方及/或在該一 個或多個收集器元件上方包括一傳質結構，該傳質結構係選自由以下組成之群組：接觸塔盤、隨機填充物及結構填充物，或
    iii)該設備為一傳質塔，且在該一個或多個分配器元件下方及/或在該一個或多個收集器元件上方包括一傳質結構，該傳質結構具有包含毛細管之一蜂巢形狀，其中限定通道之壁為台階形或由薄紙製成或為任意形成的開孔泡沫，或
    iv)該設備在該一個或多個分配器元件下方及/或在該一個或多個收集器元件上方包括一傳質結構，該傳質結構包括一接觸區域，該接觸區域設計成引導一第二流體，且藉此在該接觸區域中可使第一流體與該第二流體接觸，其中在該接觸區域中，提供至少一個斷流器以用於中斷該第二流體之一流動，或
    v)該設備在該一個或多個分配器元件下方及/或在該一個或多個收集器元件上方包括一傳質結構，該傳質結構係選自由以下組成之群組：薄紙、開孔材料、毛細管、台階結構及前述結構中之兩者或更多者的任意組合。
  14. 一種如請求項1至12中任一項所述之用於將一第一流體均勻地分配於一橫截面平面上的分配器元件及/或如請求項1至12中任一項所述之用於收集經分配於一橫截面平面上之一第一流體的收集器元件的用途，其包括以下步驟：使一第一流體流入限定流體路徑之一個或多個中空空間中之至少一者中及使一第二流體流動通過該分配器元件及/或收集器元件的多個通道，其中較佳地，該分配器元件及/或收集器元件在一傳質塔、一混合器、一分散器、一發泡裝置或一化學反應器中使用。
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