[其他]填充柱改良填充法

说明书

本发明针对用于填充柱化学加工作业的柱填充或塔填充的广义方面，加工作业有如吸收、解吸、蒸馏、提取、洗涤、干燥、冷却，水处理等等。具体而言，本发明针对的是用于这类化学仪器的一种新型的改良高效率，高性能填充体。

长期以来，柱填充体或塔填充体被用于在许多涉及流体相互作用的化学处理中，提高效率和产量。一般地讲，填充体是一种接触媒介，在某些类型的化学处理作业中为必不可少，诸如以上所提到是蒸馏和洗涤过程。在这些处理作业中，把一个液流和一个气流，或和另一液流，共同引进一个闭合的环境，例如一个柱塔，或其他器皿中，在两中流动体之间交换蒸馏或热量，或此二者。在微观规模上，这热和质的传递是由物理化学的定律所驱使。在较大或工业规模上，液体或气体流的总的物理性和它们的混合环境，对这传递有相当大的影响-流体接触的大面积和相互作用，使给定处理过程的传递速度和效率提高，受限制的流体流量使总性能降低。

为了提高这些化学处理过程的效率和实用性，在过去使用过各种柱填充材料，以提高两种相关材料流之间的基本接触。在先有技艺中，填充材料的范围，包括从早期使用的砾石和玻璃，到有特殊形状的人造物体，诸如有孔圆柱，鞍形体，螺旋圈和有尖钉的或有格网的球。后一类合成填充体根据要求的用途，用塑料、金属陶瓷制造，尺寸范围从直径为数公分到数寸公分。

填充柱或塔的性能受所用的柱填充材料的影响很大。因为在化学处理过程中，填充柱常常是最关键的步骤，填充柱的性能，对产量，生产速度，以及过程的总经济活力有相当大的影响，判断一个柱填充过程性能能的最重要的参数，是它的传热或传质速度，及压力降。最后一参数决定维持填充柱运转所必须的能源，柱填充的最好性能，可以最低的或可容许的压力损耗提供最大的传质或转热速度。

有许多因素影响柱填充材料本身的性能。这些因素相互关连，是装进一个柱或塔内，形成总填充材料的各个填充体的具体几何形状的产物。这些因素是互连、沟流、自然抽风、结垢，不均匀流量，湿润和溢流等。

简而言之，互连发生于柱填充材料的个体在填充柱中的互相啮合。这发生于填充体没有统一的几何形状，并有突出部和开口区的口时侯。互连造成不均匀流体的流动形态，使固体沉积可能逐渐增大死空间，并减少可利用的表面积，从而降低柱的效率。

沟流指的是沿填充材料外表面的过量液流。发生于填充体在柱或塔内不均匀分布。与之相似，自然抽风指的是有过量的气体，从分布不均匀的填充材料中的空心区域中通过。在这两种情况下，流体流动形态形改变，造成下降的传递速度和高压力降，并且柱效率降低。

结垢发生于颗粒物质在填充材料的表面上或在填充材料之间的死空间中沉积。减低流量，使结垢问题加剧。减少可利用的表面积，而堵塞填充柱的一部分时，也会降低传递速度并增高柱内的压力降，所有这些因素造成总的不均匀液流和气流，使柱的性能降低。

把柱填充表面湿润，提供气/液或液/液接触，对填充材料的运转是重要的。填充材料发生互连会使很大部分的表面积不能接受湿润，在一种给定的填充材料中，要求有产生可利用表面积大致总湿润的最低液体流量。这最低液体量要求称为“湿润点”。

相反，填充材料的固有特点，限制一个量的液体流量。这限制随有液体和气体的流速变化。当气体速度超过给定液体流速的某一限度时，这限制便达到最高点，或称“溢流点”。这气体速度称为“溢流速度”，在设计给定的化学过程填充柱尺寸和气体速度时序以利用。

理想的柱填充在给定的柱工作参数下提供最低的湿涧点和最高的溢流点。这理想填充可以在最低液体流量和最高气体速度下工作，使化学过程可以用较小的填充柱进行。其结果，原始投资和随后的经营费用可以降低。

在本技艺领域中已经普遍承认，六十多年来，高的传递速度只能利用柱填充取得，这种填充柱由于限制了柱内的气体流量，可提供一个大面积和相应的大压力降。因此，先有技艺领域中的理想填充原料，是在效率和总体性能之间互作消长。因此，本发明的主要目的，是提出一种柱填充体，可以提供有低压力降的高传递速度。

本发明的另一目的，是提出一种柱填充体，可以抑制互连和变形，和相随的沟流，自然抽风，结垢和流体流量不均匀等等问题。

本发明的另一目的，是提供一种柱填充体，其表面积之大，足以在低湿润点取得填充表面的大致总湿润，并且能够在柱工作条件下提供一个高溢流点。