專利名稱：傳質(zhì)塔用的填料的制作方法
相關申請的相互參考本申請享有于1999.12.09申請的序號為60/169,855、于1999.12.13申請的序號為60/170,380、于2000.01.24申請的序號為60/178,010和于2000.01.24申請的序號為60/178,042各臨時申請的優(yōu)選權。
需要有一個能進一步提高效能特性的填料結構。
本發(fā)明的綜述因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種填料段，其底部區(qū)域、頂部區(qū)域、或兩者內(nèi)的幾何形狀可以改變來達到塔的各種效能要求。
本發(fā)明另一個目的是要提供一種填料段，其中表面構造可選擇地在整個填料段上使用以提供所需的塔效能。
因此，本發(fā)明提供一種填料段，該填料段包括多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高。該段高具有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域。底部區(qū)域具有不同于本體區(qū)域幾何形狀的第一特定幾何形狀。頂部區(qū)域具有不同于本體區(qū)域幾何形狀并且不同于底部區(qū)域第一幾何形狀的第二特定幾何形狀。
本發(fā)明還包括一種填料段，該填料段包括多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高。該段包括一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域。本體區(qū)域包括表面構造。另外，在底部區(qū)域和頂部區(qū)域中的至少一個區(qū)域的至少一個部分上沒有表面構造。
本發(fā)明還包括一種填料段，該填料段包括多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高。該段有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域。本體區(qū)域包括大致成水平的細槽。另外，在底部區(qū)域和頂部區(qū)域中的至少一個區(qū)域的至少一個部分上包括大致成垂直的細槽。
本發(fā)明的另外一些目的、優(yōu)點和新穎的特點部分將在隨后的說明中部分列出，而部分對于那些本行業(yè)的行家在分析下面的說明后當能自明，或可在實踐本發(fā)明的獲悉。


圖1為各個填料段一個放置在另一個上面而設置在塔內(nèi)時的頂視透視圖；圖2a為單一填料段的頂視平面圖；圖2b為示出構成填料段層的各個填料的通過一個塔的橫截面的頂視平面圖；圖3為一個填料段的頂視透視圖；圖4為實施本發(fā)明第一實施例的兩個結構填料片的頂視透視圖；圖5為與圖4相似的圖，只是所示為本發(fā)明的第二實施例；圖6為示出本發(fā)明第三實施例的單一填料片的頂視透視圖；圖7、8和9分別為示出本發(fā)明第四、第五和第六實施例的單一填料片的前立視圖；圖10為示出本發(fā)明第七實施例的單一填料片的頂視透視圖；圖11、12、13和14分別為示出本發(fā)明第八、第九、第十和第十一實施例的單一填料片的前立視圖。
較優(yōu)實施例的詳細說明本發(fā)明的目標是對美國專利5,632,934作出改進，該專利公開的內(nèi)容被本文參考引用。較具體點說，美國專利5,632,934號的目標是改變填料段底部區(qū)域的構造形式，它曾公開底部區(qū)域內(nèi)的各種不同的構造形式可以減少底部區(qū)域內(nèi)的壓力降。例如，該專利曾公開可以減少底部區(qū)域內(nèi)的氣體阻力，只要在底部區(qū)域內(nèi)具有(1)交錯的片；(2)平直的部分；(3)橫截面減少的波紋；(4)較陡的波紋；(5)孔眼；(6)鋸齒狀的外形；和(7)魚鱗板。本發(fā)明能提高這種已知填料的效能，下面將較充分地說明。
參閱圖1，結構填料包括垂直取向而其波紋與塔的垂直軸線成一角度的片。許多片被這樣排列使相鄰片的波紋方向相反。填料被裝在塔內(nèi)成為多層或多段“S”。相鄰段S環(huán)境垂直軸線被轉動，以促進混合，如圖1所示。
在較小的塔中，每一層可由一個單一段或由多個單片固定在一起而形成的填料磚構成，如圖2a所示，在較大的塔中，每一填料段S可由數(shù)個磚“B”配裝在一起，從而填滿一個容器的橫截面來制成，如圖2b所示。完整的填料塔具有多個填料段S，填料段S的數(shù)目由完成分離所需的填料高度決定。
參閱圖3，其中示出一個填料段S。填料段S具有一個高度“H”、一個頂部區(qū)域“T”、一個本體區(qū)域“U”和一個底部區(qū)域“L”。通常底部區(qū)域L的高度和頂部區(qū)域T的高度各占段高H的約5％到10％，但根據(jù)塔的多個考慮因素和具體的效能特性，也可能各比此數(shù)小或大到為段高H的三分之一。區(qū)域L和區(qū)域T不需具有相同的高度，并可根據(jù)所需塔的效能特性作較大的變化。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)區(qū)域L和區(qū)域T的高度最好取決于填料的比表面面積。更具體地說，填料的比表面面積為填料片上褶皺大小的函數(shù)。褶皺尺寸越小，比表面面積一般越大。比表面面積通常被定義為填料段內(nèi)填料片的表面面積(以m2計)除以填料段的體積(以m3計)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)對于一個給定的段高H，比表面面積越大，區(qū)域L和T的高度可越小。下面的表1就段高H約為8寸到11寸時指出這個相互關系。
表1
參閱圖4，其中示出本發(fā)明的一個實施例。在該實施例中，兩個相鄰的填料片20被示出。填料片20的本體區(qū)域具有成角度的波紋，相鄰片20的波紋在不同的方向上延伸。每一片20的頂部區(qū)域T都包括大致垂直的波紋22。較具體點說，這些波紋可具有與本體區(qū)域U內(nèi)的波紋相同的高度和模截面，但它們所成的角度比本體區(qū)域U內(nèi)的波紋更接近垂直方向。雖然圖4所示的較陡的波紋22是在垂直方向，但它們并非必需如此。另外，圖中所示從本體區(qū)域U內(nèi)的波紋轉變到垂直的波紋22是突然發(fā)生的，但也可考慮是漸變的。仍然參閱圖4，所示填料片20在底部區(qū)域L具有平直段24。較具體點說，在底部區(qū)域內(nèi)一般根本沒有波紋。本發(fā)明由于在頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L具有不同的幾何形狀可進一步提高填料段的效能。較具體點說，頂部區(qū)域T內(nèi)較陡的波紋可使蒸汽較易轉移到上述填料段內(nèi)，而底部區(qū)域內(nèi)的平直段24可有助于減少底部區(qū)域L和轉移區(qū)域內(nèi)的壓力降。
另一個實施例在圖5中示出，其中填料片20在頂部區(qū)域T內(nèi)具有相同的波紋，但在底部區(qū)域L內(nèi)具有橫截面減小的波紋。較具體點說，波紋2b在高度上小于在本體區(qū)域U內(nèi)的波紋。再者，這個幾何形狀的不同符合填料段不同區(qū)域在完成過渡和壓力減少上的需要。
除了上兩實施例以外，在頂部區(qū)域T和底部區(qū)域內(nèi)也可適當?shù)夭捎闷渌煌膸缀涡螤睢＿@種幾何形狀可以采用那些在美國專利5,632,934中公開過的。
已知可以利用填料片20上的表面構造。本文使用的“表面構造”一詞應該理解為指片表面上任何一種變粗糙、切縫、沖壓及/或壓印。表面構造的例子包括“開槽”、壓印成某種圖案如魚骨形、或格柵形、或小變形的切口，且不限于這些。一個“開槽”的例子可在美國專利4,296,050號中見到，該專利的內(nèi)容在本文中被參考引用。該專利所公開的開細槽由于毛細管作用能使液體分布到片的表面上。
參閱圖6示出的本發(fā)明的另一個實施例，其中底部區(qū)域L沒有像本體區(qū)域U和頂部區(qū)域T那樣具有開細槽的表面構造。細槽大致沿水平方向延伸使液體橫越片面分布。雖然這里示出的“表面構造”是開細槽，但其他表面構造也是能夠使用的。在底部區(qū)域L，不需要使液體橫越填料移動，而是要液體快速移動離開填料片到下一個填料段。因此，在底部區(qū)域L內(nèi)可不需任何表面構造。另外，頂部區(qū)域T在完成所需塔的效能特性時也可不需表面構造。因此填料片的頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L或只是底部區(qū)域L或只是頂部區(qū)域T可以不設表面構造。
參閱圖7所示的本發(fā)明的另一個實施例。所示填料片20的本體區(qū)域U設有對塔的軸線大致成水平方向延伸的細槽。頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L各具有垂直的波紋，但都沒有任何表面構造。
參閱圖8，其所示出的另一個實施例與圖7相似，只是頂部區(qū)域T具有垂直的波紋，并沒有細槽。而底部區(qū)域L除了垂直的波紋外，還有細槽。
圖9為圖7和8的另一個變型。其中頂部區(qū)域T具有細槽和垂直的波紋，而底部區(qū)域L沒有細槽，只有垂直的波紋22。
如上所討論的，將細槽表示為大致和該塔的軸線水平延伸。顯然，也可采用任何其它的表面構造。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)如果在底部區(qū)域L或頂部區(qū)域T的至少一部分上設有大致為垂直的細槽，可以合適地促使液體從填料段或填料片上移走。參閱圖10，其中示出的填料片20在本體區(qū)域U和頂部區(qū)域T內(nèi)設有大致成水平的細槽，但在底部區(qū)域L內(nèi)設有垂直的細槽。顯然，可以有其他變型，其中大致為垂直的細槽可被用在頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L上，或者只是在頂部區(qū)域T上而不是在底部區(qū)域L上。
參閱圖11示出的還有另外一個實施例，其中填料片20的頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L各具有垂直的波紋22。另外，頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L都具有大致為垂直的細槽，而不是在底部區(qū)域內(nèi)設置大致為水平的細槽。
參閱圖12示出的另一個實施例，其中填料片20的頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L具有垂直的波紋22。另外，頂部區(qū)域具有大致為垂直的細槽，本體區(qū)域U具有大致為水平的細槽，而底部區(qū)域L根本沒有細槽。
還有另外一個實施例在圖13中示出，其中頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L都具有垂直的波紋22，只是頂部區(qū)域沒有細槽，本體區(qū)域U具有大致為水平的細槽，而底部區(qū)域具有大致為垂直的細槽。
雖然圖中所示的垂直的細槽，但任何一個具有比大致為水平的細槽陡的角度的細槽都有可能用來提高塔的效能特性。另外，在本體區(qū)域U內(nèi)的大致為水平的細槽也可用任何其他合適的表面構造。
顯然能將各種表面構造的組合用于頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L，其時可采用美國專利5,632,934號中所公開的各種不同的幾何形狀。例如，上面所揭露的任何一個大致為水平的細槽和垂直的細槽可被用來與上面所述的平直片24的幾何形狀或波紋高度減小的幾何形狀26結合。
另外，對所有上述實施例，除了表面構造以外，填料片20可具有遍布的許多分散的孔眼。這種孔眼可以如同美國專利4,296,050號中所公開的那樣。如果在填料片20上設置這種孔眼，那么可以合適地使頂部區(qū)域T或底部區(qū)域L或這兩個區(qū)域除了不要表面構造外，還可以不要這種孔眼。
本發(fā)明可被用于蒸餾、吸收、或汽提過程，這些過程可使用結構填料。對結構填料并無限制的應用實例包括油的分餾、烴的分離、醇的蒸餾、和低溫精餾如低溫空氣分離系統(tǒng)。
由上可見本發(fā)明能非常適當于達到所有上面提出的結果和目的，以使其他一些明顯的和該結構固有的優(yōu)點。應當理解某些特點和子組合是實用的，并可不必參照其他特點和子組合而采用，這是由權利要求的范圍所設想的，并處在其范圍內(nèi)。由于在不離開這個范圍的情況下，本發(fā)明能作出許多實施例，因此應當理解本文提到或在附圖中所示的這些例子只是說明性的并非限制性的。
例如，如圖14所示，填料片20的本體區(qū)域U具有對塔軸線大致成水平方向延伸的細槽，同時還具有遍布的孔眼28。頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L各具有垂直的波紋22，但頂部區(qū)域T和底部區(qū)域L并沒有任何表面構造，也沒有任何孔眼，它們的表面是光滑的。
權利要求
1.一種填料段，具有多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高，所說段具有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域；其中，所說底部區(qū)域具有不同于所說本體區(qū)域幾何形狀的第一特定幾何形狀；所說頂部區(qū)域具有不同于所說本體區(qū)域幾何形狀并且不同于所說底部區(qū)域第一特定幾何形狀的第二特定幾何形狀。
2.權利要求1的填料段，其特征為，所說底部區(qū)域的褶皺高度小于所說本體區(qū)域的褶皺高度，并且在所說頂部區(qū)域內(nèi)的波紋比在所說本體區(qū)域內(nèi)的波紋陡。
3.權利要求2的填料段，其特征為，所說底部區(qū)域是平直的。
4.一種填料段，具有多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高，所說段具有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域；其中，所說本體區(qū)域包括一表面構造；并且在所說底部區(qū)域和所說頂部區(qū)域中的至少一個區(qū)域上的一部分設有表面構造。
5.權利要求4的填料段，其特征為，在所說底部區(qū)域內(nèi)的波紋比在所說本體區(qū)域內(nèi)的波紋陡。
6.權利要求4的填料段，其特征為，在所說底部區(qū)域和所說頂部區(qū)域中至少有一部分沒有表面構造。
7.權利要求4的填料段，其特征為，所說本體區(qū)域具有多個孔眼，并且所說底部區(qū)域和所說頂部區(qū)域中至少有一個區(qū)域沒有孔眼。
8.一種填料段，具有多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片，限定一個段高，所說段具有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域；其中，所說本體區(qū)域包含表面構造，并且所說底部區(qū)域和所說頂部區(qū)域中的至少一個區(qū)域的至少一個部分包含大致為垂直的細槽。
9.權利要求8的填料段，其特征為，所說底部區(qū)域和所說頂部區(qū)域中至少有一部分具有大致為垂直的細槽。
10.權利要求8的填料段，其特征為，所說表面構造為大致為水平的細槽。
全文摘要
填料段具有多個垂直取向而具有斜角交叉波紋的填料片,形成一個段高,該段高具有一個底部區(qū)域、一個本體區(qū)域和一個頂部區(qū)域。底部區(qū)域具有不同于本體區(qū)域幾何形狀的第一特定幾何形狀,頂部區(qū)域具有不同于本體區(qū)域幾何形狀并且不同于底部區(qū)域第一特定幾何形狀的第二特定幾何形狀。
文檔編號F25J3/02GK1358565SQ0114249
公開日2002年7月17日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權日2000年12月1日
發(fā)明者C·恩德, J·F·比林哈姆, M·J·洛克特, N·耶奧曼, R·庫拉特勒, K·A·瓦爾茨托尼, D·L·卡倫伯格 申請人:普萊克斯技術有限公司