TWI435766B - 包含流體分佈介質之容器 - Google Patents

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Description

包含流體分佈介質之容器 相關申請的交叉引用
本申請要求於2009年2月16日提交的美國臨時申請號61/152,912的權益。
本發明總體上涉及隨機定向的陶瓷介質(ceramic media)的一個床，該陶瓷介質被用來藉由在流體經過該床時在一越來越大的區域上重定向該流體來改進一流體的分佈。更具體地，本發明係針對一床頂部物介質，該頂部物介質定位於一化學反應器的保護容器(containment vessel)的一端，該保護容器將一流體在一層部件上重新分佈，該層部件可以包括多種材料，諸如催化活性材料、吸附劑或活性炭。
US 6,291,603專利披露了可以用來減少在一化學反應器中的一流體的分佈不當的流體分佈材料的一個實例。
本發明藉由將多個流體轉向通道結合在該介質的外表面之中來提供被佈置在隨機定向的陶瓷介質的一個床上的一進入液流的改進的重新分佈。該等通道被配置為在該流體流經該床時俘獲該流體的一部分並且然後將其重定向。在某些情況下，該介質可以導致該流體垂直於進入流體的初始方向流動。
在一實施方式中，本發明包括一容器，該容器包括一流體進入點以及一個床。該床包括一第一層，該第一層包括配置在其中的多個單獨元件。在該第一層中的至少大部分元件包括隨機定向的陶瓷介質。該陶瓷介質包括一外表面，該外表面具有一或多個在其中形成的流體轉向通道。該床還包括一第二層，該第二層包括多個部件，其中大部分部件是與該陶瓷介質實體上不同的。該床的第一層被定位在該第二層與該流體進入點之間。
如在此使用的，短語“化學處理裝置”意在說明設備，如罐、燃燒爐、燃燒室、管路、等等，它容納一或多種原料並且然後化學地和/或物理地將其轉化為從該裝置中排出的一或多種最終產品。該轉化可能涉及：利用一催化劑將多種原料轉化為一最終產品的化學反應；解吸或吸收作用；原料的物質狀態的一物理變化(例如，液態到氣態)；和/或原料溫度的增加或減小。化學反應器被廣泛地用在用於多種目的的化學製造工業中並且被認為是短語化學處理裝置的一個子設備。化學反應器可以包括一容器，在該容器中發生轉化過程。
化學反應器藉由提供一個其中具有一反應區的容器生成一最終產品，在該反應區中兩種或多種反應物相互作用以生產一最終產品，該化學反應器還可以包括定位在該反應區的一端的一個床的頂部物材料的層以及定位在該反應區的相對端的一個床的支撐材料的層。商業上可獲得的床的頂部物材料的實例包括陶瓷球和網狀泡沫。該床的頂部物材料的一功能係接受配置在床的頂部物材料層的一固定區域上的一進入流體並且然後當該流體經過並且流出該床的頂部物層時在一更大的區域上重定向該流體。該進入流體可以經由通常稱為一分配器的一機械設備被配置在該床的頂部物層上，該分配器可以包括一或多個噴嘴。該分配器可以在此被描述為一“流體進入點”。術語“流體進入點”還可以描述一單獨的管或多個管，該等管共同地或單獨地將一或多種流體配置在該床的頂部物層上。當該進入流體接觸該床的頂部物時，該流體本身形成一進入流體分佈模式。當該流體流出該床的頂部物材料時，該流體本身形成一最終流體分佈模式。已知由陶瓷球製成的床的頂部物提供了該進入流體的一有限的重新分佈，但是對於使用球來大量增加的重新分佈的不斷需要仍未得到實現。類似地，由網狀陶瓷泡沫製成的床的頂部物可以包括多個網狀構件，該等網狀構件限定了經過該陶瓷材料的流動通道。該等網狀構件將該進入流體再分為多個更小的液流，該等液流然後流經該反應器。雖然將一更大的單獨的液流再分為許多更小的液流對於一些工業過程可能是足夠的，但是如果該化學反應器的操作取決於一或多種流體的一個寬的同質的分佈，那麼一個流體在比進入流體分佈模式大得多的一區域上的側向重新分佈可能是必須的。
現在參見該等附圖並且更具體地是參見圖1，在此示出了一化學反應器10的一截面視圖，該化學反應器包括一容器12、一機械分配器14、以及排出管16。該容器收容一個床18，該床包括隨機定向的陶瓷介質22的一第一層20、多個部件26的一第二層24(包括沉積在一陶瓷小粒上的一催化活性金屬)、以及床的支撐介質30的一第三層28。如在此使用的，如果該陶瓷介質具有流體轉向通道而該等部件不具有流體轉向通道，則在該第一層中的陶瓷介質被認為是與該第二層中的該等部件實體上不同的。此外，第一層20可以包括不是隨機定向的陶瓷介質的多個元件，條件係在該第一層中的至少大部分元件係隨機定向的陶瓷介質。優選地，在該第一層中的所有元件係陶瓷介質，該等陶瓷介質具有結合在其中的流體轉向通道。類似地，構成該第二層的該等陶瓷部件在外表面都沒有流體轉向通道並且因此是與該第一層中的介質不同的。然而，如果至少大部分第二層的部件與該第一層中的陶瓷介質實體上不同，則可以實現本發明的該等優點。再次參見圖1，該第二層還可以被描述為反應區。床18具有已知的高度並且該第一層占了小於20%的該床的高度。該第二層可以占多於50%的該床的高度。如果希望的話，可以用位於該第二層之下的一個篩來代替該第三層。一適合的商業上可獲得的床支撐介質(藉由商標deltaPTM 識別的)係從Saint-Gobain NorPro of Stow,Ohio,USA可獲得的。
圖2披露了陶瓷介質22的一實施方式的一透視圖，該陶瓷介質將適合於用在如圖1所示的容器12的第一層20中。該介質包括一外圍的壁32、一第一端34、一第二端36、以及四個流體轉向通道38、40、42和44，該等流體轉向通道從該第一端延伸到該第二端。在這個實施方式中，這四個流體轉向通道具有相同的截面形狀。如在圖3中所示的，該等通道的形狀可以被改變。開口46(該開口係一適合介質的一可任選的特徵)限定了一內部通道，該內部通道穿過該介質並且也從該第一端延伸到該第二端。開口46的形狀、尺寸和存在可以被明顯地改變而不影響該等流體轉向通道的性能。
圖3所示的是用在第一層20中的一適合的介質48的另一實施方式的一端視圖。如圖3中所展示的，該等流體轉向通道的截面形狀可以被修改，條件係該通道有效地俘獲並且轉向一部分流體，該部分流體接觸該介質的外圍表面(見箭頭50)並且然後流過該外圍壁的曲線表面進入一或多個流體轉向通道(見箭頭52和54)中，其中至少一部分流體被重定向至該介質的一端。以一直角衝擊該外圍壁的流體然後流進並且穿過一流體轉向通道，由此改變該流體流動的方向在此被定義為水平移位的流體。具有在此說明的多個流體轉向通道的多個隨機定向的介質將導致流經該介質的一流體被相對於該流體流的初始方向迅速地轉向多達90°。當該流體接觸並且然後流出一第一介質、然後接觸並且流出一第二介質、然後接觸並且流出一第三介質、等等時該轉向重複地發生。
當具有在外表面中形成的多個流體轉向通道的介質被用在如圖1所示的一容器中時並且該介質形成被放置在該流體的入口端與第二層部件之間的第一層，然後在該陶瓷介質中的該等流體轉向通道共同建立許多穿過該第一層的流體分散通道。一流體分散通道包括在兩個或多個介質中形成的兩個或多個通道，流體在離開入口端之後並且在接觸該第二層之前流經該等通道。如果流體流經在一第一介質中的一流體轉向通道並且然後流經在一第二介質中的另一流體轉向通道，那麼該流體被認為已經流經一流體分散通道。如果該流體首先流經該第一層並且然後流經該第二層，那麼該流體流動的方向不重要。在一向下流的化學反應器中，重力導致流體從該分配器向下流動經過該第一層並且然後是該第二層。在一向上流的化學反應器中，該流體的進入點被定位在該容器的底部附近，並且該第一層被設置在該第二層的下面。類似設備的一個泵被用來迫使流體向上經過該第一層並且然後是該第二層。
如圖4中所示，一流體流經多個介質時所產生的一流體分佈模式的一理論截面視圖可以像一圓錐形區域(見箭頭56和58)，其中圓錐的頂部60係流體62接觸該介質的頂部表面的點，而圓錐的底部64係該流體流出多個介質的底部所產生的模式。該介質的流體轉向通道可以同時實現兩個目的。首先，當該流體流經該床的介質時流經該介質的流體在一越來越寬的區域上被重定向。每單位垂直行程的水準位移的量可以被測量並且被用來計算一個介質床的流體分佈角，該角被定義為一條線(如，定義圖4中圓錐的中心的線66)與最靠近該圓錐側(如由箭頭56所表示)之間的角。一大的流體分佈角(如15°或更大)與一小的流體分佈角(如10°或更小)相比是優選的。除了具有一大的流體分佈角以外，具有結合在其中的多個流體分佈通道的介質有利地提供了流體在該圓錐形分散區域之中的均勻分佈。實現流體在該圓錐形區域之中的均勻分佈和一大的流體分佈角兩者比實現一大的分佈角和在該圓錐之中的非均勻分佈或在該圓錐之中的一均勻分佈和一小的流體分佈角係優選的。
為了有效地使一流體轉向進入一越來越寬的模式(當該流體經過多個介質時)，可以單獨地或優選互相配合地改變多個參數，如，該介質的物理特徵、該介質的流體轉向通道、以及該多個介質。可以被修改以影響該流體的水準位移的通道的特徵包括該通道的寬度、該通道的深度、該通道的長度以及該通道的截面形狀。類似地，可以被修改以影響該流體的水準位移的介質的特徵包括：該等通道的中心線之間的轉動角、以及該介質的最大直徑與其長度之比。可以被修改以影響該流體的水準位移的床的一特徵係該床的深度。
對於該等通道而言，一流體轉向通道可以被配置為允許一些流體容易地進入該通道並且然後阻止至少一部分流體從該通道洩露直到該流體經過該通道到該介質的一端。圖3中的通道68的深度係該介質的最大直徑Dmax 的大致17%。該通道的深度可以是在該介質的最大直徑的15%與25%之間。具有深度在該介質的最大直徑的10%與45%之間的通道是可行的。對於由基本上彼此平行的多個相對的壁(如限定通道70的壁)限定的多個通道，該通道的寬度係藉由測量相對的壁72與74之間的距離而確定的。與具有基本上平行的壁的通道相比，一通道(如通道76)可以被設計為具有一突出端78，該突出端減少了該通道的開口的尺寸。對於包括一突出端的通道，該開口的寬度係該突出端的相對部分(見突出端部分80和82)之間的距離。如果該通道在寬度上從該通道的頂部到該通道的底部逐漸地變窄，那麼該通道的寬度被定義為該通道的一半深度處的相對壁之間的寬度。見圖3，通道84，箭頭86。運行適度的通道可以具有在1.2:1.0與3.0:1.0之間的一深度與寬度之比。具有小於1.2:1.0的深度與寬度之比的通道可能是太淺以至於不能保持在該通道中的流體。運行適度的通道可以具有在2:1與20:1之間的一長度與寬度之比。
如以上指出的，具有對該介質的流體分佈能力有影響的該介質的一特徵係在該等通道之間的轉動角。該轉動角被定義為由在通道68中的中心線90與在相鄰的通道70中的中心線92的交叉88形成的角。如圖3所示，該等通道可以被定位成彼此成90°，這樣該介質具有四個通道。儘管三個等距通道的一最小值係可使用的，但是四個等距通道是優選的。具有五個或六個等距通道的介質係可行的。如圖2所示，在一介質中的每個通道的截面形狀可以是相同的。然而，如圖3所示，該等通道的截面形狀對於每個通道不需要是相同的。此外，在一層介質中的所有介質不需要是完全相同的。
另一個可以被改變以改進在一容器中的一層陶瓷介質的流體分佈的介質特徵係該介質的長度與其直徑之比，該比值在此被定義為L:D比，並且範圍可以是從0.5:1.0至2.5:1.0。如果該比值小於0.5:1，那麼該介質將趨向於以該等端垂直於該流體的流動來定向，這就不利地影響了該等通道在水準方向上分散流體的能力。如果該介質的長度與直徑之比大於2.5:1.0，那麼絕大多數介質可以趨向相對於該初始流體流的方向垂直定向，這可能過度地增加在該床之中的壓力下降。如果該床之中的壓力下降增加超出一可接受的水準，那麼該反應器一定要關閉。
關於可以被改變以實現許多流體的充分分佈的床的特徵，平均床的深度應該是該介質的長度的至少五倍。在一些應用中，平均床的深度可以是該介質的長度的至少10倍。如果最小的床深度太淺，該介質對於該流體的分佈將具有極小的影響。
被用在本發明的一容器中、包括圖2和圖3所示的陶瓷介質的陶瓷介質可以由為該介質提供足夠強度並且與有待使用的流體相容的任何陶瓷材料形成。例如，可以使用材料，如天然的或合成的粘土類、長石類、沸石類、堇青石類、礬土類、氧化鋯、矽石或該等的混合物。粘土類總體上是混合的礬土和矽石的氧化物類並且包括材料，如高嶺土、球粘土、耐火粘土、瓷土、以及類似物。適合的粘土類係高可塑性的粘土類，如球粘土和耐火粘土。粘土可以具有大約11至13meq/100gm的一亞甲藍指數(“MBI”)。在此使用術語“長石”來描述具有蘇打、鉀堿和石灰的氧化鋁的矽酸鹽。其他成分，如石英、鋯砂、長石質粘土、蒙脫石、霞石岩正長岩、以及類似物，也可以按其他陶瓷形成部件的較小量存在。
一起被燒製以生產陶瓷的床的頂部物介質的材料可以按精細粉末形式被提供並且可以藉由加入水和/或加工助劑類(如，粘合劑類、擠出助劑類、潤滑劑類、以及類似物以幫助擠壓過程)被製成一可成形的混合物。該混合物可以使用幾種不同的技術被加工，如擠壓或使用乾壓製技術的壓製以實現所希望的形狀。例如，一初始擠壓過程可以跟隨垂直於擠壓方向切割成所希望的長度。一初始的乾燥可以被用來去除水。這可以避免使該生坯的相對弱的結構破裂並且可以在低於大約120℃下、並且在一實施方式中低於大約70℃進行並且可以持續大約5小時。然後該等本體可以在高的溫度下處理，例如，從1100℃至1400℃的一最大溫度，在一實施方式中，至少是1200℃，並且在另一實施方式中，是大約1250℃，以形成一緻密的本體，該本體典型地具有小於1.5%的視孔隙率，並且在一實施方式中，是小於0.7%的視孔隙率。然而，對於一些應用該孔隙率可以高達大約15%。燒製溫度在某一程度上可以取決於該等元件的成分，並且總的來說對於整塊材料可足以實現一低的孔隙率。這與網狀的陶瓷本體相反，該等網狀的陶瓷本體典型地具有高達30-80%的視孔隙率或內部材料空隙，並且它因此可能不適合於俘獲在一流體轉向通道中的流體而是允許流體經過該介質的內部材料空隙。
該陶瓷介質可以由粘土類和長石類以及其他較少組分的一混合物製成以形成一生成的本體，該本體主要由氧化矽和氧化鋁(一種矽鋁酸鹽)構成。例如，用來形成該等元件的混合物可以包括至少大約90%的陶瓷形成的組分以及其餘的(典型地是高達大約10%)加工助劑。陶瓷形成的組分可以包括20-99%的氧化鋁和0-80%的氧化矽。該等加工助劑在燒製過程中很大程度地被揮發。該等乾的組分可以在加入水之前被充分地混合，水係以足夠能使該混合物被成形為所希望的形式並且在燒製過程中保持該形式的量加入的。總的來說，對於每100gm的乾的組分的混合物所加入的水的量可以是從12至30ml。然後可成形的混合物可以被模製、或擠出以在該形狀在一窯中被燒製到從1100℃至1400℃的一混合物溫度之前形成希望的形狀。窯中的溫度可以按在50至90℃/hr之間的一速率被增加並且在該窯被允許冷卻至環境溫度之前在該焙燒溫度下的停留時間可以是從1至4hrs。
其中陶瓷介質係藉由一擠出或一乾壓製過程生產的，它們可以具有沿著一軸向方向的一基本上均勻的截面，該軸向方向提供了對於該元件對稱的軸線。
為了評估不同的床的頂部物介質(包括圖2所示的介質)的流體分佈特徵，構造了圖5所示的液體分佈測試設備被並且描述其操作。該測試設備包括一垂直放置並且管狀形狀的保持壁100(該壁在兩端開口並且收容一床介質102)、定位在該床之上的一機械分配器104、一第一分配環106和一第二分配環108(兩個環定位在該床之下並且與該容器的中心同心對齊)、以及定位在該等環之下的多個流體收集箱110、112、114、116和118。圖6係該測試設備的一俯視圖。該等環被小心地定位為使該第一分配環限定了中心區域120、該第二分配環和該第一分配環共同限定中間區域122的邊界，並且該第二分配環和該保持壁限定外部區域124的邊界。該等區域各自占了該床的表面區域的三分之一。足夠量的圖2所示的介質係藉由形成粘土、長石、和有機擠出助劑(包括大約25重量百分比的氧化鋁、68重量百分比的與水結合的矽石)的一混合物而製成的。一部分的混合物被經過一壓模擠出、按長度分成段、並且在大致1200℃的一溫度下被燒製以形成陶瓷介質。該評估測試由將多個介質裝載到該測試設備中開始。該介質被裝載到18cm的恒定深度並且被放在一金屬絲網支撐篩126的頂部上，該支撐篩具有大致5mm乘以5mm的確定的方形開口。分配器包括如圖5所示的連接器管128、以及八個水準臂130(見圖6)，它們被固定在連接器管128上並且從該測試設備的中心109徑向分佈。這八個水準臂各自包括三個開口132，由此產生總數為24的開口，該等開口沿該臂均勻地間隔並且起噴嘴的作用。24個開口中的十六個被定位在中心區域之上。24個開口中的八個被定位在中間區域之上。沒有開口被定位在外部區域之上。每個開口132的直徑係大致8mm。在測量每個區域中的水流的量並且由此確定流體分佈模式之前，藉由允許水流經分配器而流到床介質的頂部上並持續大約三十分鐘來允許該介質完全被濕潤而當水從該床流出時不將其俘獲並且測量其量值。在該介質已經濕潤之後，該流體被允許以18.9l/min(5加侖每分鐘)的速率流到該介質床上。經過每個噴嘴的水的平均流速係大致0.79l/min(0.208加侖每分鐘)。如以上所述，當水接觸該床介質的單個構件時，水被介質的流體分佈通道轉向時水流經一越來越寬的區域。在水流出該床介質並且流經金屬絲網篩之後，水被收集在一系列的圓形槽134、136和138中，該等槽分別對應中心區域、中間區域以及外部區域。在每個槽中的液體的量被測量並且在每個槽中的液體的重量百分比然後進行計算。
上述的測試設備被用來評估兩個商業上可獲得的床的頂部物介質以及圖2所示的介質的流體分佈特徵。兩個商業上可獲得的介質通常被認為是19mm的Pentarings以及19mm的陶瓷球。Pentarings和陶瓷球均是可從Saint-Gobain NorPro in Stow,OH,USA商業獲得的。該等Pentarings係陶瓷介質，當從一端觀察時，該介質像具有中心定位的輪轂以及五個等間距的輻條(從該輪轂徑向延伸至一外圍壁)的一車輪。該等輻條以及壁限定了穿過該Pentarings介質的五個三角形開口。該等Pentarings係高度10mm以及直徑19mm。以下在表1中示出的是以kg/min測量的水的量，當評估以上說明的每個床的頂部物時，該等水流進中心、中間以及外部區域。流進中心以及中間區域的水的量之間的百分偏差在表的右側欄中示出。
資料清楚地示出具有在該介質的外表面中結合的流體轉向通道的介質比Pentarings或陶瓷球提供了更橫向的水的分佈，因為對於圖2所示的介質中心區域與中間區域之間的百分偏差係8.6%，而對於Pentarings和陶瓷球中心區域與中間區域之間的百分偏差分別係14.7%和37.5%。該等資料支援了以下的結論：當在相同的床深度評估時具有流體分佈通道的介質比其他床的頂部物介質中的任一個都提供了更大的水準位移。適合用在本發明的一容器中的介質具有小於12%的在該測試設備的中心區域與其中間區域中的分佈之間的差異。優選地，該差異係小於10%。
除了流體經過該第一層時提供流體的橫向重新分佈以外，相對於跨越沒有一第一層床的頂部物的一床的壓力下降，在該第一層中的陶瓷介質本身影響跨越該床的壓力下降。然而，具有在外表面中結合的流體分佈通道的陶瓷介質比由19mm陶瓷球或19mm的Pentarings構成的一第一層有利地提供了更小的壓力下降的增加。圖7中所示的是對於陶瓷球、Pentarings以及圖2所示的陶瓷介質的壓力下降對質量流速的一曲線圖。線138表示當僅評估球形時獲得的資料。類似地，線140和142分別表示當僅評估Pentarings和圖2所示的陶瓷球時獲得的資料。該曲線圖支持以下結論：對於球形物，壓力下降最快速地增加而對於在外表面中具有流體分佈通道的陶瓷介質，壓力下降最慢速地增加。相對低的壓力下降以及流體經過一陶瓷介質的床時的寬的、均勻的水準分佈的組合對於一化學反應器的操作可能是可希望的特徵。
以上說明被認為僅是具體實施方式的說明。對於熟習該項技術者和對於製造或使用本發明的那些人將存在本發明的改變。因此，應當理解，在附圖中所示的並且以上說明的實施方式僅是示意性的目的而不是意在限制本發明的範圍，本發明的範圍係藉由如根據專利法的原則解釋的以下申請專利範圍所限定的。
10．．．化學反應器
12．．．容器
14．．．機械分配器
16．．．排出管
18．．．床
20．．．第一層
22．．．陶瓷介質
24．．．第二層
26．．．部件
28．．．第三層
30．．．支撐介質
32．．．外圍的壁
34．．．第一端
36．．．第二端
38、40、42、44、68、70、76、84．．．通道
46．．．開口
48．．．介質
72、74．．．壁
78．．．突出端
80、82．．．突出端部分
88．．．交叉
90、92．．．中心線
60．．．頂部
62．．．流體
64．．．圓錐的底部
66．．．中心的線
100．．．保持壁
102．．．床介質
104．．．機械分配器
106．．．第一分配環
108．．．第二分配環
110、112、114、116、118．．．流體收集箱
126．．．金屬絲網支撐篩
128．．．連接器管
130．．．水準臂
132．．．開口
134、136、138．．．圓形槽
109．．．中心
120．．．中心區域
122．．．中間區域
124．．．外部區域
圖1係包括本發明的容器的一化學反應器的一個截面；
圖2係用在圖1所示的第一層中的一陶瓷介質的一第一實施方式的透視圖；
圖3係用在圖1所示的第一層中的一陶瓷介質的一第二實施方式的端視圖；
圖4係一流體分佈模式的理論截面視圖；
圖5係一液體分佈測試設備的示意圖；
圖6示出了圖5所示的測試設備的中心、中間以及外部區域的圖；並且
圖7係壓力下降對質量流速的曲線圖。
10．．．化學反應器
12．．．容器
14．．．機械分配器
16．．．排出管
18．．．床
20．．．第一層
22．．．陶瓷介質
24．．．第二層
26．．．部件
28．．．第三層
30．．．支撐介質

Claims (13)

  1. 一種容器，其包括：一流體進入點；以及一個床，所述床包括：一第一層，該第一層包括配置在其中的多個單獨的元件，其中在該第一層中的至少大部分元件包括隨機定向之陶瓷介質，所述陶瓷介質包括具有一外表面，在該外表面中形成一或多個流體轉向通道，其中每個流體轉向通道具有一深度和一寬度，並且該通道之深度與寬度之比超過1.2：1.0並且不超過3.0：1.0；一第二層，該第二層包括多個部件，其中該等部件之大部分與該陶瓷介質實體上是不同的；並且其中該床之第一層被放置在該第二層與該流體進入點之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之容器，其中僅在所述第一層中之所述陶瓷介質包括一外表面，在該外表面中形成流體轉向通道的。
  3. 如申請專利範圍第1項之容器，其中所述第一層的介質包括一第一端、一第二端並且所述流體轉向通道在它們之間延伸。
  4. 如申請專利範圍第3項之容器，其中所述第一層的介質各自包括一外圍壁，該外圍壁在所述端與在所述外圍壁中形成的所述流體轉向通道之間延伸。
  5. 如申請專利範圍第4項之容器，其中該外圍壁限定了該介質之最大直徑並且所述流體轉向通道之深度超過該介質之最大直徑的百分之10。
  6. 如申請專利範圍第5項之容器，其中每個流體轉向通道之深度超過該介質之最大直徑的百分之15。
  7. 如申請專利範圍第5項之容器，其中每個流體轉向通道之深度不超過該介質之最大直徑的百分之40。
  8. 如申請專利範圍第6項之容器，其中每個流體轉向通道之深度不超過該介質之最大直徑的百分之25。
  9. 如申請專利範圍第1項之容器，其中每個流體轉向通道具有一長度和一寬度，並且該通道之長度與寬度之比超過2：1並且不超過20：1。
  10. 如申請專利範圍第1項之容器，其中大部分所述介質具有一長度和一截面直徑，並且該介質之長度與直徑之比超過0.5：1.0並且不超過2.5：1.0。
  11. 如申請專利範圍第1項之容器，其中所述床限定了一個床深度並且所述第一層占了小於百分之20的所述床深度。
  12. 如申請專利範圍第1項之容器，其中大部分所述介質具有基本上相同的長度並且所述第一層之最小深度比所述介質之長度大至少5倍。
  13. 如申請專利範圍第1項之容器，其中所述第二層之成分包括選自下組的一材料，該組之構成為：一催化活性金屬、吸附劑類、質量傳遞介質、熱傳遞介質以及過濾介質。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7722832B2 (en) 2003-03-25 2010-05-25 Crystaphase International, Inc. Separation method and assembly for process streams in component separation units
JP5453363B2 (ja) * 2011-09-14 2014-03-26 カルファケミカル株式会社 固液分離装置
JP5742032B2 (ja) * 2012-03-16 2015-07-01 株式会社石垣 ろ過装置
US20160122214A1 (en) * 2013-11-11 2016-05-05 Ching-Chao Lin Bio-block
ES1139983Y (es) * 2015-05-29 2015-09-07 Univ Girona Filtro de matriz granular
US10744426B2 (en) 2015-12-31 2020-08-18 Crystaphase Products, Inc. Structured elements and methods of use
US9732774B1 (en) * 2016-02-12 2017-08-15 Crystaphase Products, Inc. Use of treating elements to facilitate flow in vessels
US10054140B2 (en) 2016-02-12 2018-08-21 Crystaphase Products, Inc. Use of treating elements to facilitate flow in vessels
KR101834467B1 (ko) 2016-03-21 2018-03-05 금오공과대학교 산학협력단 확산효율 향상을 위한 유체 필터링 구조
CN111918708A (zh) 2018-03-28 2020-11-10 诺雷尔公司 多通道蒸馏柱填充件
US11052363B1 (en) 2019-12-20 2021-07-06 Crystaphase Products, Inc. Resaturation of gas into a liquid feedstream
US11752477B2 (en) 2020-09-09 2023-09-12 Crystaphase Products, Inc. Process vessel entry zones
CN114082383B (zh) * 2021-12-27 2023-08-08 红宝丽集团泰兴化学有限公司 环氧化反应稳定性的提升方法及提升装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4006087A (en) * 1975-05-23 1977-02-01 Combustion Engineering, Inc. Fluid distribution system
US4487727A (en) * 1981-05-18 1984-12-11 Ballato Jr Joseph F Packing material for contacting towers
JPS5993602U (ja) * 1982-12-08 1984-06-25 日本碍子株式会社 流体接触用充填物
US4471154A (en) * 1983-06-10 1984-09-11 Chevron Research Company Staged, fluidized-bed distillation-reactor and a process for using such reactor
US4904456A (en) * 1985-06-20 1990-02-27 Phillips Petroleum Company Apparatus for treating fluids in a bed of particulate material
GB2224341B (en) * 1988-10-13 1992-08-05 Regenerative Environ Equip Heat transfer or tower packing element
CA2079746C (en) * 1991-12-19 2002-07-30 Robert C. Ruhl Endothermic reaction apparatus
US5304423A (en) * 1992-07-16 1994-04-19 Norton Chemical Process Products Corp. Packing element
US5656243A (en) * 1995-04-04 1997-08-12 Snamprogetti S.P.A. Fluidized bed reactor and process for performing reactions therein
US6291603B1 (en) 1997-07-18 2001-09-18 Crystaphase International, Inc. Filtration and flow distribution method for chemical reactors using reticulated ceramics with uniform pore distributions
RU2135258C1 (ru) * 1998-02-25 1999-08-27 Осипов Эдуард Ваганович Устройство для очистки и кондиционирования воды
US8062521B2 (en) * 1998-05-29 2011-11-22 Crystaphase Products, Inc. Filtering medium and method for contacting solids-containing feeds for chemical reactors
JP4205591B2 (ja) * 2001-12-21 2009-01-07 アマルガメイテッド リサーチ インコーポレイテッド 容器及びマニホルド装置
US20030232172A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Niknafs Hassan S. Ceramic packing element
US7265189B2 (en) * 2003-03-25 2007-09-04 Crystaphase Products, Inc. Filtration, flow distribution and catalytic method for process streams
US7166151B2 (en) * 2004-01-15 2007-01-23 Praxair Technology, Inc. Flow distributor for PSA vessel
US20060204414A1 (en) * 2005-03-11 2006-09-14 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Bed support media
US7566428B2 (en) * 2005-03-11 2009-07-28 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Bed support media
WO2007104354A1 (en) * 2006-03-13 2007-09-20 Agilent Technologies, Inc Elastic porous column material
US7523923B2 (en) * 2006-04-18 2009-04-28 Shell Oil Company Fluid distribution tray and method for the distribution of a highly dispersed fluid across a bed of contact material
US7862013B2 (en) * 2006-10-19 2011-01-04 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Packing element for use in a chemical processing apparatus

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