[发明专利]用于流体接触柱的高性能规整填料

说明书

本发明涉及流体接触设备的领域。

接触柱的用途是提供流体之间的接触以便在流体之间达到材料或热量的转移。该类型的流体接触设备广泛地用来实施蒸馏、精馏、吸收、热交换、萃取、化学反应操作等。

接触柱通常由设置有促进流体之间交换的内部接触元件的圆柱形封闭物组成。在圆柱内，流体可在同向流或反向流中循环。一般地，该圆柱允许在上升的气相和下降的液相之间提供紧密的接触。增大流体之间接触表面的接触元件可以是盘子、规整填料，即，好几个单一的元件并置，以有序的方式布置，例如，波纹板片，或随机的填料，即，单一元件的杂乱无章地堆叠，例如，环、螺旋形物。

规整填料可由折叠板片组成，它们以有组织的方式布置排列成大块，例如，如文献US-3,679,537和US-4,296,050中所描述的。新一代随机填料通常由金属元件组成，金属元件设置有打孔和带有复杂形状的弧形部分。

规整填料提供这样的优点：对给定的代表性直径(通常是通道的水力直径)提供大的几何面积，然而，有效面积小于或接近于其几何面积。相对于其有特征的尺寸，对抗的随机填料提供颇为低的几何面积值，但它们可具有大于其几何大面积有效传输面积。

专利申请US-2010/0,213,625描述了组合规整填料的优点和随机填料优点的填料。如此的规整填料设计成呈现随机填料之特性，该随机填料特别诱发与填料表面的液体脱离，并允许形成基本上大于其几何面积的有效面积。该填料(图1)由堆叠的包括波纹的板(图2、3A和3B)组成，每个板内接在两个平行平面之间，所述平面之间的距离在5到50mm之间的范围内。波纹形成了一系列正向边缘(通道的顶部，CA2)和负向边缘(通道的中空部，CA1)，它们包括内接在所述两个平行平面之间的翅片。通过切割和变形条带B，形成翅片。在条带B中切割出凹口C1和C2。凹口C1和C2形成相对于通道主方向的角度90°。条带B在端部E1和E2处保持固定到板上。条带B变形而遵循相对于中间平面P基本上关于其初始形状对称的三角形。条带B的宽度L近似地等于沿着通道的两个毗邻的条带之间距离(在1到15mm之间)。板边缘的方向D形成相对于邻近板边缘的方向D’的非零角度。两个毗邻板的位置是这样：两个板中每个板的边缘的主方向夹角在从60°至90°的范围内。

图4和图5分别示出了两个毗邻板之间的两种可能的接触。当接触出现在板正向边缘和邻近板负向边缘之间时，则两个板之间的接触被称作为良好的。在图4中，两个无开口的区域之间有一种匹配且板之间有良好的接触，这样，不存在互相贯通的风险。在图5中，一方面无开口的区域(下部板)和另一方面设置有开口的区域(上部板)之间有一种匹配；因此在板之间没有良好的接触，于是，它们可互相贯通，因此，对于与工业生产相容的实施例，不可能有满意的设置。

差接触的可能性图示在图6中。该图对应于两个重迭板的二维图。可以指出的是，尽管有些区域有良好的接触(虚线圆)，但大多数是差的接触(实线圆)。当安装工业用的填料块时，组成块体的许多板彼此紧紧地保持抵靠，没有足够的接触点，导致不能符合于总的块体厚度；存在有板杂乱布置的有害于流动的区域，以及带有太大间距的其它区域，有可能让气体或液体旁路。

为了保持填料特性，重要的是，提供板相对于彼此的良好安装，即，无杂乱排列的安装。

本发明的目的因此涉及到组合了规整填料的优点和随机填料的优点的填料，诸如是文献US-2010/0,213,625中所描述的填料，其中，通过一个通道和邻近通道之间的翅片长度差使得良好接触数达到最大。

一般地说，本发明涉及流体接触柱的规整填料，该柱对至少一个液相形成交换表面，该液相要与至少一个气相发生紧密接触，所述填料由包括波纹的矩形板堆叠组成，每个板内接在两个平行平面(L1；L2)之间，所述波纹形成一系列包括翅片A的通道，翅片A内接在所述两个平行平面之间，所述翅片中的每个都由从一个所述板中切割出的至少一个条带B组成，条带的宽度L范围在1到15mm之间，条带B在至少一个侧部(E1；E2)处保持固定到板上，条带B变形而形成孔口，该孔口形成板表面上的不连续性，其中，板通道的方向D形成相对于邻近板通道的方向D’的非零角度，且其中，通道翅片的长度不同于邻近通道的翅片长度。

根据本发明，通道翅片的长度范围可在1到15mm之间，相邻通道的翅片长度可以较大，在2到50mm之间的范围内。

根据一个实施例，一个通道的所有翅片具有相同的长度。