[发明专利]用于流体交换柱的填充结构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及流体交换设备领域。这种众所周知的设备一般包括在其中实现至少两种流体的交换的圆柱形外壳或交换柱。通常所述交换为进行向下流动的液相与向上流动的气相之间的(物质、热量等等)交换。交换柱被用于特别是执行例如蒸馏(蒸馏柱)、冷凝、精馏、吸附、脱附、分离、萃取、沉淀、化学反应等操作。

背景技术

为促进流体之间的交换，已知可以向交换柱内引入填充元件，以增大流体之间的接触面积。这种元件例如可以由板、环(如拉希格环)、螺旋形件等构成。

已知还可以利用堆叠的格栅或架子、纤维填料等等。

然而，对交换柱内的交换面积可以增大的程度存在限制：流量。通过增大交换柱内的交换面积，由于促进了流体之间的密切接触而提高了处理效率。然而，如果交换面积的这种增大的获得有损于通过交换柱的流量，例如使用过于致密的填充物，则处理效率将通过减小了流体流动的速率(被更新)而降低，由此部分抵消了由增大交换面积所获得的效果。

发明内容

本发明试图提出一种用于流体交换柱的填充物的新设计，它能够在不降低沿交换柱的流量的情况下使流体之间的交换面积最优化。

根据本发明，该目的通过这样的填充结构实现，该填充结构包括通过多排由管构成的管束形成的容体(volume)或组件，每个管束包括四个管，该四个管分别沿着四个与该结构的轴线形成一角度的方向取向，所述多个管形成多个通向该结构的外表面的通道。

由此，本发明的填充结构在保持流量的同时提供了大的交换面积。流过该结构的流体之间的交换既在该管的内部、又在该管的外部进行，其中所述管本身构成多个促进流体流过交换柱的流动通道。

该结构的容体(或容腔)可以进一步包括多个位于管之间的孔，以便为流过该结构的液相和气相限定出附加通道。

所述管可以由碳-碳或陶瓷复合材料、金属、热塑性材料或热固性材料制成。

还可以通过使管具有在管的内部和外部之间提供通道的大孔(macropore)或开口来增大交换面积。

管的表面还可以载有化学催化剂。

本发明还提供一种用于流体交换柱的填充结构的制造方法，该方法的特征在于，其包括：

a)形成管；

b)以多排由管构成的管束构造所述管的有序组件，每个管束包括四个分别沿四个方向取向的管；

c)将所述管通过其接触部分接合在一起；以及

d)对该有序组件进行机加工，以形成与其将要插入的流体交换柱的形状和内部尺寸相匹配的填充结构。

在本发明的一个方面，在步骤a)中，所述管由碳或陶瓷复合材料制成。在这种情况下，该方法可以进一步包括通过热处理使管碳化的步骤并继之以碳的化学气相沉积(CVD)的步骤。

根据本发明的另一方面，所述管由碳复合材料制成，该方法进一步包括使管氧化从而使其表面亲水(即变成亲水表面)的步骤。在该步骤的末尾，可通过利用含有催化剂的溶液浸渍管和通过蒸发干燥该溶液以仅将催化剂留在管的表面上而使管的表面覆盖有催化剂。

附图说明

从以下参照附图作为非限制性例子给出的本发明的特定实施例的说明中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是在根据本发明的填充结构的制造方法的实施过程中各顺序步骤的流程图；

图2A-2D是示出根据本发明的有序管组件的构造的透视图；

图3A-3B是根据本发明制造的有序管组件的照片；

图4是根据本发明的填充结构的一实施例的透视图；

图5A和5B是本发明的填充结构的一实施例的照片；

图6是在流体交换柱中结合有图3的填充结构的一例子；

图7是示出正被沉积在疏水表面上的催化剂溶液的高度图解视图；以及

图8是示出正被沉积在亲水表面上的催化剂溶液的高度图解视图。

具体实施方式

该说明从参照图1-4描述的根据本发明的一实施例的填充结构的制造方法开始。

该结构由空心管组件构成。因此，第一步骤(步骤S1)是形成空心管。该管可以由复合材料例如碳或陶瓷(SiC)、或实际上由金属、热塑性或热固性材料制成。该管优选具有尽可能薄的壁厚，以使该结构的空洞部分最优化。