[发明专利]用于传热和传质塔的填料元件

说明书

相关申请

本申请要求2008年7月11日提交的61/080,050的美国临时申请的优先权并且另外主张它的益处，该申请以引用的方式被结合到这里。

技术领域

本发明总体上涉及用于实现传热或化学反应的塔，并且更具体地，涉及用于这种塔的填料元件和包括这种填料元件的塔。

背景技术

许多工业过程利用包括随机排布填料(random packing)的塔以实现填料和流过这种塔的气体之间的热传递或者以有助于同时流过这种塔的不同流体之间的化学反应。传统的填料呈现鞍形元件的形式，所述鞍形元件基本上倾倒到塔中，在那里它们呈现随机方位。在所述塔用于传热时，热气体在所述元件之上和围绕所述元件流动并且提升元件的温度。实际上它们变成散热片。随后，较冷的气体流过所述塔并且从所述填料元件吸收热以提升那些气体的温度。所述塔在热和冷空气之间来回循环。所述元件上的大表面面积增加了传热。当塔用来促进两种流体之间的化学反应(其被称作传质)时，两种流体同时流过所述塔。通过随机排布的填料元件形成的大表面面积有助于化学反应。总的来说，用于传热的单个填料元件是相对小的，而用于传质的元件可以是大的或小的。

鞍形填料元件给塔中的流体流提供了可观程度的阻力并且形成相应的压降。为了减少使流体通过这种塔所需要的能量，一些塔的操作员已经转向薄片形元件，其减少了压降，仍维持用于增加传热或有助于化学反应的大表面面积。典型的薄片形元件具有圆形形状，但是它的直径显著大于它的长度。在内部，所述元件具有将它分成多个延伸通过所述元件的小通道的隔片(septa)。所述隔片提供所期望的相当大的表面面积。但是，所述通道是小的，趋向于限制流体的流动并且不能捕获在所述元件的上游面上的流体的横向流动(cross flow)。

那种横向流动源自于所述薄片形元件的随机定向。尽管当倾倒到塔中时所述元件趋向于使它们自己大体上水平地定向，大多数是稍为倾斜的。结果是，在任何倾斜元件和在它之下或之上的更水平的元件之间形成空间，从而由多个薄片形元件组成的填料将包括在它的元件之间的多个空隙。由于限定上游面上的通道的边界的短边界不能捕获多数横向流动，流过所述塔的流体趋向于以横向流动的方式沿着所述空间前进并且不沿着通过所述元件的小通道前进。结果是，由所述隔片形成的大表面面积呈现更低的效率。

在包括整料或结构化介质的塔中，填料元件呈现一个堆积在另一上的块的形式。典型地，所述块各包括多个彼此隔离的隔室，从而在任何隔室之内的气流逗留在那个隔室内并且不能跨越所述块分布。通过所述隔室的压降和流动是不均匀的，并且这进而导致块状元件的传热或传质性能的利用不佳。

附图说明

图1是包括根据本发明构造的并且具体实现本发明的填料元件的塔的部分剖开的正视图；

图2是其中一个填料元件的平面图；

图3是填料元件的侧视图；

图4是沿着图2的线4-4截取的截面图；

图5是具有腹板的稍微改进的填料元件的平面图；

图6是具有腹板的另一稍微改进的填料元件的平面图；

图7是沿着图6的线7-7截取的截面图；

图8是另一稍微改进的填料元件的截面图；和

图9是根据本发明构造的块形式的填料元件的透视图。

具体实施方式

现在参考附图，塔A(图1)包括由多个随机排布、但是另外大体上水平地布置在塔A中的填料元件2形成的床或填料B。所述填料B可以用来在填料B和流过所述塔A的气体之间传热，或者它用来传质以增强同时流过所述塔A的流体之间的化学反应。为了这个目的，所述塔A具有壳体4和至少一个在所述壳体4的各端处的端口6，该壳体4将所述填料B限制在其内，并且如果所述塔A用于传质，通常具有多于一个端口6，使得不同的流体可以被分别地引入并且被同时引入到所述塔A中。

各填料元件2具有整体结构，也就是说它被形成为单件。它包括(图2-4)外周壁10，该外周壁10是圆形的或者以其它方式在它本身上闭合，因此确定所述元件2的轴线X。此外，所述元件2具有盘卷形内壁12，该盘卷形内壁12形成通过所述元件2的盘卷形通道14并且限定所述盘卷形通道14的边界。所述内壁12在所述外周壁2的增厚区域16处从所述外周壁10延伸并且向内地盘旋，终止于所述元件2的轴线X附近。所述外周壁10和盘卷形内壁12提供在所述元件2上的端表面18，并且那些端表面18位于相互平行的平面中，平面之间的间隔代表所述元件2的长度。元件2的纵横比，也就是它的直径与它的长度(轴向尺寸)的比值，应当在大约2和6之间的范围内。