[发明专利]填料元件

说明书

本发明涉及用于化工设备中的填料元件，特别涉及具有一种在质量传递应用中的具有新颖而有利结构的不规则填料元件。

人们把“质量传递”定义为一种或多种成分从一种不溶混状态转变为另一种不溶混状态的过程。这种“成分”可以是一种化学成份或者它可以是热能。在所述成份是热量的情况时，这可以是在进一步处理前从反应流中或在流体可被收集或使用前从其热流中需要被去除的燃烧热量或反应热量。该成分还可以是一种化学成份，例如通过吸收方法从一种气体流中去除的一种气体成分或者通过蒸馏或分离处理已被处理的一种液体混合物的成份。对这种或别的数种含有质量传递的应用，传统的方法是使待处理的流体通过一含有不规则布置的填料元件的塔。为了简单起见，这些元件在下文中都称为质量传递元件，而不管与它们被实际使用时所联系的实际的过程情况如何。

很明显，最为有效的质量传递元件是那些所具有的与流体接触面积为最大的质量传递元件。因此人们已作出种种努力以求设计出具有这种表面积可达最大的特点的不规则的填料件。然而事实上发现别的特点也是相当需要的。例如，如果这些元件在塔内时不是相互套叠在一起，这也是有用的，因为套叠在一起会减小所暴露的有效表面积。另外一点也是很重要的，即这些元件不可以填得很紧以致限制了流体流动和在塔的进出口之间产生很大的压力降。

要平衡这些常常相互竞争的要求以加工出一个有效的质量传递元件是一件需要相当熟练技术的事情并且还包含有一些获得这些性能最佳组合的折衷办法。

本发明的目的是提供一种具有相当大的表面积，而又对流体通道具有尽可能小的堵塞的用于不规则的质量传递的填料元件的新设计，以获得一种所需要特性的非常有利的平衡。

本发明的所述的质量传递元件包含有一个基本为管形的结构，在此结构中，管壁在相互垂直的直径的相对端上向内变形以提供一个带有四个外凸角部分的横截面。

在各直径的相对端上的向内变形最好有相同的量以使每个变形内壁表面的凸面都具有相同的弯曲半径。在垂直的直径的相对端上的向内变形也相等，即该内壁表面的弯曲半径也是相等的，但在一个最佳实施例中，最理想是在一直径相对端上的向内变形与在另一直径两端的凹入的弯曲半径不同以使得四个外凸角部分形成元件的弓形带状的横截面。在此最佳实施例中，虽然两种弯曲半径比可有相当宽的变化范围，但是较好的范围是从1∶1至约4∶1，而使用最频繁的是约从2∶1至3∶1。在一种替代的形式中，两组内凸面的弯曲半径相同而由凸面末端所对着的角度，其中相对的一对要大于另一相对的一对。实际上，这意味着突入元件内部的空间，其大的一对凸面要大于另一对的凸面。在本实施例的一个极端形式中，两个较大的相对凸面伸入到这样程度以致该相对内表面相接触，并且使通过该元件的轴向通道被有效地分成两个。

在一个第二最佳实施例中，该四个变形的全部内表面的弯曲半径都相等并且四个向内突入部分都是相同的，以致形成一个基本上是交叉十字形的横截面的轴向内通道。

该元件的轴向长度可以是任何所需合适的长度但是通常这个长度为从约0.5厘米至3厘米而最好是从约1厘米至约2厘米。

其最大的横截面尺寸通常是大于其轴向长度，并且通常是大约2至6倍。该最大的横截面尺寸最常见的是该轴向长度的2至4倍。

该元件的外表面包括有四个凸圆状的凸角，并且这些凸角可由相应于在内表面上的凸圆弧的凹表面或由在两方向上略弯曲或不弯曲的连接表面所分开。一般连接表面的后一种形式最好是采用带有四个相等尺寸的凸角的元件。

在这些凸角被凹面分开的表面上，这些凹面可以设有沿该元件长度方向轴向延伸的肋条。在一个比较理想的结构中，设有约2至6个，而较理想是在每个凹面上，并且最理想是只在具有较大弯曲半径的凹面上设有3至4个肋条。

尽管本发明的这种元件形状，已描述的都为管形，但我们可以设想到，在不违背本发明基本构思的情况下，其横截面的形状可沿着管体长度方向变化。因此该管体可略成锥形或设有一个腰部，该腰部具有最大横截面尺寸而在管体长度中点附近具有最小尺寸。然而，应该联想到这种偏离可增加从床的一端至另一端的压降并且可能改变在床内的该元件的填充情况。因此，这样的偏离只在它们不显著地减小元件基本效果的范围内才被容许。

该元件沿着轴线两端可设有端壁，这些端壁与理论的曲表面相一致，它们可以是凸面的或最好是凹面的。因此，在这些最佳实施例中，填料元件两端是这样凹陷的以致轴向长度小于在其周边上的长度。这个凹陷量可以是这样的，即其沿轴线的轴向长度是在周边上的轴向长度的约60％至90％，而更常用的是75％。