[发明专利]用于传质塔的规整填料模块

说明书

本发明公开了一种波纹状规整填料片材，该波纹状规整填料片材具有可为凹陷结构和凸起结构的网格的形式的表面织构。每个凹陷结构通过凸起结构来与凹陷结构中的一些或所有相邻凹陷结构分开。凸起结构形成峰和互连鞍座的行。微通道沿着凹陷结构中的相邻凹陷结构和互连鞍座延伸，并且以20至75度范围内的角度与波纹谷相交。表面织构可为或包括与上边缘相邻的上边缘区域和与下边缘相邻的下边缘区域中的波浪形平行凹槽，并且可为或包括本体区域中与规整填料片材的上边缘和下边缘倾斜地取向的平行凹槽区段。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月9日提交的美国临时专利申请号62/517,368的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及传质塔，并且更具体地讲，涉及用于促进此类塔中的流体之间的传质和传热的规整填料。

传质塔被配置为使至少两个流体流接触，以便提供具有特定组成和/或温度的产物流。如本文所用，术语“传质塔”旨在涵盖其中传质和/或传热为主要目标的塔。一些传质塔，诸如用于多组分蒸馏和吸收应用的传质塔，使气相流与液相流接触，而其他传质塔，诸如提取塔，可设计为促进两个不同密度的液相之间的接触。通常情况下，传质塔被配置为使上升的蒸气或液体流与下降的液体流接触，通常沿着设置在塔内的多个传质表面接触。通常，这些传递表面由设置在塔的内部体积中的结构限定，这些结构被配置为促进两个流体相之间的密切接触。作为这些传递表面的结果，增强了这两个相之间传质和传热的速率和/或程度。

规整填料在塔中用于提供传热和/或传质表面。一种类型的规整填料使用多个卷曲片材，多个卷曲片材形成由交替的峰和谷构成的波纹。波纹状规整填料片材以彼此成直立平行的关系定位，并且被布置为使得每个片材的波纹按与塔的纵向轴线所成的一定角度并且按相对于每个相邻片材的波纹所成的一定角度以纵横交错的关系延伸。这些规整填料片材接合在一起而形成规整填料模块，其中在纵横交错的波纹的谷中形成流体通路。规整填料模块可形成填充该塔的水平内部横截面的规整填料层，或者规整填料模块可呈单独砖块的形式，这些砖块首尾相连地并且并排地定位以形成规整填料层。多个规整填料层通常堆叠在彼此顶部上，其中一个层中的片材的取向相对于相邻规整填料层中的片材发生旋转。

已将各种类型的表面织构应用于规整填料片材，以便促进液相在规整填料片材的整个表面上的铺展，从而在气相和液相流过规整填料层时使气相和液相之间的传质和传能最大化。通常在规整填料片材的整个表面积内应用单种类型的表面织构。一种类型的表面织构使用凹槽，这些凹槽在与规整填料片材的顶边缘和底边缘平行的横向方向上延伸。如果规整填料片材不平整，则这些凹槽将从水平面倾斜并且沿着凹槽行进的液体将优先在一个方向上流动，从而导致液体分布不均和传质效率降低。

通常传质效率高于凹槽的另一种类型的表面织构包括凹陷结构和凸起结构的均匀网格，其中每个凹陷结构通过凸起结构来与相邻凹陷结构分开。规整填料片材的一面上的凹陷结构形成规整填料片材的相对面上的凸起结构，反之亦然。

围绕凹陷结构的凸起结构形成包括峰和互连鞍座的行，其中鞍座和凹陷结构形成微通道行，液体优先沿着这些微通道行流动。这些行和微通道发生倾斜并且以一定角度(诸如45度的角度)与规整填料片材的顶边缘和底边缘相交。已经发现，液体的铺展模式受到这些微通道的影响。当微通道与波纹谷大致对齐时，一旦液体进入波纹谷，液体就趋于跟随微通道并且保留在波纹谷内。理想情况下，液体将能够通过流过波纹峰并且进入其他波纹谷来离开波纹谷，从而促进液体的横向铺展。

因此需要改进的规整填料，在该规整填料上液体能够在整个规整填料表面上更均匀地铺展，这增加了发生液-气相互作用的活性和有效表面积，从而获得了传质效率的提高。

发明内容