CN1090531C - 用于逆流式高压柱的填充物 - Google Patents

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Abstract

用于逆流式高压柱的填充物包括一系列平行于柱的轴线排列的成形薄板。填充物包括由在柱的轴线的方向上延伸的条块构成的的条束。每个条块是由一叠填充件构成的，属于不同的条块的毗邻的填充件分别形成一个垂直于柱的轴线的填充部分。每个填充件是由用薄板形成的板层构成的。而且，这些板层的取向要使得在薄层之间的空隙状的中间空隙在侧向由属于同一个填充部分的相邻的填充件的横向铺设的薄层挡住。

Description

用于逆流式高压柱的填充物
本发明涉及一种具有矩阵形的薄板的用于逆流式高压柱的填充物，所述薄板至少大致地平行于柱轴线对准，以及涉及带有这种填充物的高压柱，并且涉及这种高压柱的使用。
由平行于柱轴线成形的金属板构成的有序填充物已经被证明可以非常成功地用于低压(相对于大气压力的真空)分馏柱。而且还已经成功地在高压(高达50巴)下进行了试验。
已经用具有下列几何特性的控制柱进行了这些试验：柱的高度为18m，其内径为35cm；填充物是由高度为20cm的圆柱形填充体20构成的。这些填充体是由金属板制成的，并且具有一种横向敞开槽的结构；每个填充体是由结构性的倾斜地折叠的金属薄板构成的，这些薄板以这样的方式彼此靠叠在一起，即相互交叉的敞开槽倾斜于柱的轴线延伸形成。一个叠置在另一个之上的填充体的取向要使得由薄板制成的毗邻的填充体的层相互横向放置，并且特别是使得这种取向在每一种情况下变化90°。
流过填充物的气体实际上是以微滴流的形式移动的。在填充体中，它在层的方向上经历了混合。由于毗邻填充体的交替变化的取向，在整个柱的横截面上可以发生充分的混合。
如果让一种气体(蒸汽流)和一种液体(滴流层)反向地流过填充物以便进行精馏，那么，如果在这种液体借助一个分流器均匀地分布在填充物的横截面上，则在这两相之间发生的热和物料的交换会导致良好的分馏效果。在达到填充物的载荷限定值之前，精馏都可以成功地进行。当在试验柱中进行压力吸收过程时也已经成功地进行了相应的试验。
在直径较大的高压柱中，例如在直径大于50cm的高压柱中进行的试验是失败的。失败的原因在于不稳定现象。由于两种物相的密度在高压下至多相差约一个数量级(即10的一次方)，会导致两种流体相之间相当大的动量交换，因此，在这两种流体流之间存在很大的剪切力。由于液体相的表面张力低以及存在剪切力，气体流可以以液滴形式牵拉着液体。这样，就产生了分离，即产生了物相的再分配，其中形成了具有局部增加气体流量的气体和具有局部增加液体流量的相应的细流。这样，就既不存在液体的均匀的滴流层，也不存在气体的雾滴流。因此，导致分馏效果极度的差。
可能有人提出采用下面的措施来补偿高压柱中的稳定性：将填充物分成几部分，每一部分只包括顺序的几个填充体。将一个如EP-PS0462048(＝P.6362)所描述的气体/液体分配器放置在挨着的填充部分之间。这种分配器横贯柱的整个横截面并且包括多个随着气体输送的管(蒸汽囱)以及多个用于排放液体的小管。
此已知的措施需要一种相当复杂的设备。与具有没有分成几部分的填充物的柱相比，它还要求增加柱的高度。因此，本发明的目的是提出不涉及所述缺陷的措施。
本发明的用于逆流式高压柱的具有一系列有序的平行于柱的轴线的成形薄板的填充物具有下列特征：填充物包括由在柱的轴线的方向上延伸条块构成的的条束。每个条块是由一叠填充件构成的，属于不同的条块的毗邻的填充件各形成一个垂直于柱的轴线的填充部分。每个填充件是由用薄板形成的板层构成的。而且，这些板层的取向要使得在薄板之间的空隙状的中间空间的侧面由属于同一个填充部分的相邻的填充件的横向铺设的薄板档住。
本发明的填充物还包括没有敞开交叉槽结构的有序的填充物的具体实施例。本发明也涉及具有这种填充物的分馏柱。具有本发明的填充物的分馏柱还可以用于化学反应。特别是，例如在将填充物的表面涂上一层催化活性材料的情况下，可以在这种柱中进行催化反应。例如是分馏柱(精馏，吸收，化学反应)的用途。
下面将参照附图对本发明进行详细的描述。附图中：
图1是本发明的填充物的基本布置图；
图2示出了五个填充件构成的条块部分；
图3是柱的横截视图；
图4是叠置在四个条块中的填充件的螺旋状结构；
图5是通过填充物的局部纵向剖视图；
图6是通过图5所示的填充物的局部横截面图；
图7示出了具有一个横向敞开槽结构的两个相邻薄层的部分；
图8是通过具有条块的填充物的横截面图，它可以使一个六角形删板与该填充物联系起来；
图9a，b是图8所示的结构的示意图；
图10a，b是图9a和9b的变型的视图；
图11是通过另一个填充物的横截面视图；
图12是通过一个分馏柱的安装后的填充件的纵向剖视图。
图1示意性地示出了由填充件2组成的本发明的填充物的一部分，这些填充物被安排成由若干条块3，3′构成的条束30。填充件2简单地表示成直角平行六面体。沿着点划线，即条块边缘31，平行于柱的轴线35延伸的的每个条块3，是由一叠毗邻的填充件21，22，23构成的。属于不同的条块3，3′的毗邻的填充件21，21′各形成一个垂直于柱的轴线35的填充部分4。条块3的中心线是用标号33表示的。圆柱体5′代表没有示出的柱壁5(参照图3)的内表面。
填充件2是由用薄板或薄层1形成的板层10构成的。为了简单起见，薄层1画成一个平面。在薄板1之间设置有待处理的流体可以从中流过的间隙状或槽状的中间空间100。
图2示出了条块叠体3的较好的实施例。条块叠体3的填充件21，…25是相对于条块中心线33偏心地放置的。填充件21，…25的侧向槽311，…315相对于条块边缘31是成螺旋形步布置的。由于这种偏心的布置，毗邻的填充件21，22，23的侧表面11，12，13是相互错位的。采用填充件2的这种特殊的结构布置的原因将结合图5至7进行说明。
图3中的柱的横截面示出了一个填充部分4的填充件2的结构布置，由于板层10的交变的取向，该填充部分4具有浮桥板的形式：填充件21的板层10的取向要使得间隙状的中间空间100的侧面由毗邻的填充件21′的横向设置的薄层1档住。由于这种横向的阻挡，在每一种情况下，气体流都限于在各个条块3，3′内流动。通过气体流过条块的导引，就可以防止柱中因不稳定所出现的不均匀流动。
柱的横截面最好由条块3，3′分成若干区域，所有的区域都具有至少大致相同的面积。在这种情况下，所要求的条块数量可以达到最小值。
在边界上的填充件29可以是柱壁9的圆形的形状。它们可以制得比图3所示的稍稍大些，以便具有与放置在中心处的填充件21大致相同的面积。
在图1至4中所示的填充件2具有大致直角平行六面体的形状，其中处在柱边界5上的填充件29与此形状有些不同，以便适应柱的横截面的圆形的形状。具体地说，填充件2具有方形的基面。但是，它们也可以是矩形的。填充件还可以是棱柱形的，具有平行四边形的基面。
图4示出了具有前面参照图2所描述的螺旋状结构的填充件2的平面图。侧边缘311处在圆310上，该圆的中心线处在条块边缘31上。填充件22，…24的相应的侧边缘处在由圆310和作为轴线的条块边缘31所限定的圆柱体上。类似的结构布置还可以应用于填充件21的中心211和填充件22，…24的中心，这些填充件相对于条块的中心线33是偏心的。
填充件之间对接点的出现是与这样一个众所周知的问题有关的：即由于薄层的结构作用，滴流膜会局部地偏向薄层的侧边缘。在那里，就形成了沿边缘流动的液体细流。这种现象明显会对分馏效率产生负面的影响。可以防止液体边缘流动出现的措施可以从EP-A0614695中得知(＝P.6558)。这些措施是相当复杂的。因此，本发明提供了一种较简单的措施：即前面描述的填充件的偏心布置。
图5示出了与通过具有敞开的交叉槽结构的填充物的纵向剖面有关的此措施。图6是沿图5中VI-VI截面截取的填充件的剖视图。虽然在图5中示出了槽结构，但是在图6中只示出了板层10。增加图7是用来描述该敞开的交叉槽结构。在这里，可以看到两个毗邻的折叠成锯齿型的薄层1和1′的部分。薄层1和1′在折叠边缘110和110′的交叉点120处是相互接触的。薄层边缘130是液体边缘细流形成的地方。
由于填充件2的偏心结构布置，它们的边缘处会形成覆盖区域212-见图5。流下薄板1的边缘130的填充件21的边缘液流由较下位置处的填充件22″的条块1″接住，再重新分配。这就解决了在填充部分4的填充件2之间的对接缝处的边缘液流的问题。
图8示出了本发明的另一个填充物的实施例：在条块3之间的边界区域在形成网络的线条处与柱的横截面交叉，该网络的节点处在六角形的删板上。在图9a中也示意性地示出了由填充部分4的填充件2形成的几何结构。线段200标出了板层10的取向。图9b示出了毗邻于填充部分4的填充部分的对应的代表件。图9b中的取向200形成一个与图9a中的取向200相反的形式。图10a和10b分别示出了相对于图9a和9b的结构的结构变型。
在图11的代表性实施例中，填充件2具有矩形的基层，其一侧，此处指较长的一侧，指向板层10的方向。所有的填充件2都是相同的。在填充件2之间存在间隙，该间隙可以填满填充体35。毗邻该填充部分的填充部分是完全同样地构造的。通过使结构偏移一个由箭头P给出的间隔，就可以得到毗邻部分的结构。
使流体流动不稳定的可能的原因之一还可以是：在分离柱的下部区域中的蒸汽具有较高的温度，因此要比上部区域的密度低些。如果在所有的填充条块中不存在相同的温度梯度，这样，浮力会作用在具有较高的温度平均值的气柱上，这会导致不均匀性的增加。这种现象可以通过将液相以可由一个合适的液体分配器来调节的形式输给各个条块的方式来弥补。这将参照附图12进行详细的说明：
条块3′，3″可以由属于一个较大的分配设备6的液体分配器61和62装入液体。在基本的设置中，液体的液量是正比于相应的条块横截面的。借助在条块3′，3″上面的传感器81和82，蒸汽流中的温差例如由一个逻辑电路来探测。供给分配器61，62的液量可以由阀71，72根据传感器信号来控制。在条块3′，3″之一中的增加的蒸汽流会导致在相应的传感器81，82处有较高的温度。通过借助液体供应量的增加来加强冷却的办法可以获得对蒸汽流的校正。

Claims (14)

1.具有一系列的至少大致地平行于柱轴线(35)排列的成形薄板(1)的用于逆流式高压柱的填充物；
其特征在于：
该填充物包括由在柱的轴线的方向上延伸的条块(3，3′)构成的条束；
每个条块是由一叠填充件(2；21，21′，22，23)构成的，同时，属于不同的条块的毗邻的填充件(2)各形成一个垂直于柱轴线的填充部分(4)；
每个填充件是由用薄板形成的板层(10)构成的；和
板层的取向要使得在薄板之间的间隙状或沟槽状的中间空隙(100)在侧向是由横向设置的属于同一个填充部分的毗邻的填充件的薄板档住的。
2.如权利要求1所述的填充物，其特征在于：同一个条块(3)的毗邻的填充件(2)的板层(10)被安置成相互横向地设置。
3.如权利要求1或2所述的填充物，其特征在于：填充件(2)是由波纹形或锯齿形折叠薄板(1)以这样的方式构成的，即在薄板之间的间隙状(100)的中间空隙各有一种敞开的交叉槽结构。
4.如权利要求1至2中的任一项所述的填充物，其特征在于：所述填充件(2)以这样的方式沿着条块(3)相对于条块中心线(33)偏心地安置，使得毗邻的填充件(21，22)的侧表面(11，12)相互偏置。
5.如权利要求1至2中任一项所述的填充物，其特征在于：通过条块(3)的柱的横截面再被分成若干区域，所有的区域都具有至少大致相同的表面面积。
6.如权利要求1至2中任一项所述的填充物，其特征在于：所述填充件(2)基本上具有直角平行六面体的形状，而在柱的边界上的填充件(29)具有与柱的横截面的圆形形状配合的与该平行六面体的形状不同的形状。
7.如权利要求6所述的填充物，其特征在于：所述平行六面体形状的填充件(2)具有方形的基面。
8.如权利要求1至2中任一项所述的填充物，其特征在于：在所述条块之间的边界区域在基本上形成一个网格的线条处与柱的横截面平面交叉，所述网格的节点处在一个六角形的格栅上。
9.用于物料和热交换或用于化学反应的高压柱，这些过程发生在滴流膜层和逆向流动的气相即蒸汽相之间，所述柱装有如权利要求1至8中任一项所述的填充物；
其特征在于：一个液体分配器(6)设置在填充物上方，借助该液体分配器可以产生相当均匀的分布。
10.如权利要求9所述的柱，其特征在于：每个条块(3)可以装入对应于其横截面面积的液量。
11.如权利要求9所述的柱，其特征在于：每个条块(3)可以装入可调节的液量。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的柱的用途，用于进行精馏。
13.如权利要求9至11中的任一项所述的柱的用途，用于进行吸收。
14.如权利要求9至11中的任一项所述的柱的用途，用于进行化学反应，或进行催化活性反应。
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