[发明专利]具有减少的材料需求的结构化填料元件

说明书

本发明涉及一种用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化填料元件，其中所述结构化填料元件包括网格的至少两个层，包括开口，所述开口由分离元件环绕并彼此分离，其中所述至少两个层中的至少两者在纵向方向上平行布置并彼此触碰接触，使得在其之间提供从所述至少两个层的一端延伸到相对端的开放空间，使得所述重质流体相和所述轻质流体相中的至少一者可以流过其，其中相邻开口之间的分离元件的至少50%的平均宽度是层材料厚度的至少15倍并且在相邻开口的平均水力直径的70%和125%之间，并且其中在垂直于所述纵向方向的平面中测量的所述至少两个层中的至少两者之间最大距离是所述分离元件的平均宽度的至少4倍。

技术领域

本发明涉及一种用于重质流体相与轻质流体相之间的传质和/或换热的塔的结构化填料元件。

背景技术

结构化填料元件用于传质塔中，诸如例如用于分馏塔、蒸馏塔、吸收塔、萃取塔或烟气洗涤器中。所述结构化填料元件用于改善具有不同密度的至少两种流体相之间的传质和/或传热，其中所述结构化填料元件通常按逆流流动操作。然而在蒸馏和吸收应用中，轻质相是气体或蒸气，并且重质相是冷凝物或液体，在萃取过程中，这两个相都是具有不同密度的液体。所述结构化填料元件包括多个不同层，所述层中的每一者为沿着层的表面向下滴流并散布的较重质相提供表面积。另外，在所述结构化填料元件的不同层之间，提供开放空间，所述开放空间填充有轻质相（例如在蒸馏中，蒸气或气体），并为轻质相在其由压力梯度驱动上升时提供路径。需要压力梯度来克服流动阻力。在逆流传质的典型情况下，轻质相的平均流动方向是从结构化填料元件的底部到顶部，并且因此与重质相的平均流动方向相反。通过允许一个重质相散布在所述结构化填料元件的表面上，在所述至少两相之间形成界面，使得在所述界面处建立所述相之间的高效传热和传质。还可能存在具有多于一种重质相的应用。示例是萃取蒸馏。

传质塔通常包括数个结构化填料元件床。通常，分布器布置在每一床的顶部上以使重质相均匀地分布在所述床的横截面上方，同时留出足够空间以使轻质相上升通过其。此外，通常在每一床下方布置网格状保持设备和收集器，其中所述网格状结构使床保持在其位置处，并且所述收集器收集从所述床向下滴流的重质相，同时在收集器中留出足够开放空间来使轻质相上升。

一种常见类型的结构化填料元件是所谓的交叉通道波纹状片材填料，其由多个波纹状片材组装而成，所述波纹状片材平行布置并彼此触碰接触。通常，所述波纹状金属片材借助于垂直于所述波纹状片材的纵向截面穿透所述波纹状片材的数个杆彼此固定，其中所述杆借助于垫圈和螺母或通过弯折所述杆而与第一个和最后一个波纹状片材固定。每一波纹状片材包括多个交替取向的峰部和谷部，其中相邻波纹状片材被取向成使得相邻波纹状片材的波纹以交叉方式与波纹状片材的相对于竖直或纵向方向偏斜地延伸的波纹相交，因此形成彼此连续交叉的倾斜通道。这些通道积极地影响填料内的气相和液相的流动并促进所述相之间的传质。即，使气相和液相与结构化填料元件的通道接触，并且因此促进所述相之间的传质和传热。更具体来说，上升的气体与液体接触，当流体向下流过传质塔时，其存在于形成通道的片材的表面上。在此接触期间，气体中富含的组分可以被传送到液体中、并且反之亦然；这意味着可能发生高效传质。例如在DE 1 253 673、CA 1270751和US 6,206,349 B1中描述此类填料。

每单位时间的传质量与气体与液体之间的界面的面积成比例，其中界面的面积随着填料元件的层的表面的被液体润湿的部分增加而变得更大。已知，由金属丝网制成的交叉通道波纹状片材填料由于因金属丝网的毛细作用力所致的重质相在波纹状片材的表面上的良好散布而具有极佳的润湿性，并且因此由于极佳的润湿性而具有高传质效率。此类结构化填料元件的示例是Sulzer填料类型BX和CY，其在20世纪60年代首次出现。在EP1477224 A1中描述这种结构化填料元件的另一示例。然而，金属丝网是昂贵材料。由于此原因，已经尝试用具有大量小开口的波纹状金属片材来代替丝网材料。示例是市售Montz-Pak型BSH。在传质塔的操作期间，此填料的开口因毛细作用力而填充有重质相。这种波纹状相对精细结构化穿孔金属片材的润湿性比基于金属丝网的填料的润湿性差，并且所述片材的生产仍相对昂贵，部分原因是与精细结构相关联的缓慢生产过程。