專利名稱：用于小液體負(fù)載的傳質(zhì)方法、規(guī)整填料及傳質(zhì)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳質(zhì)方法、在該傳質(zhì)方法中使用的規(guī)整填料以及具有用于小液體負(fù)載的規(guī)整填料的傳質(zhì)設(shè)備。具體而言，該傳質(zhì)設(shè)備可設(shè)計(jì)為吸收設(shè)備或蒸餾塔。
背景技術(shù)：
規(guī)整填料用作傳質(zhì)設(shè)備中的裝置，舉例來說，傳質(zhì)設(shè)備例如為蒸餾塔或吸收塔。它們用于改善氣體與液體之間的傳質(zhì)，尤其是在液體負(fù)載較低和/或液體表面張カ較高的應(yīng)用中。規(guī)整填料典型地用以規(guī)則的預(yù)定布置來布置的薄壁元件構(gòu)造，流體作為微滴或膜存在于該元件上。這些薄壁元件布置在傳質(zhì)設(shè)備中，使得氣體可流過它們。氣體在流過傳質(zhì)設(shè)備時，氣體與存在于薄壁元件的表面上的液體相接觸。在這種接觸期間，富集在氣體中的成分可傳遞至液體中，反之亦然，這意味著可發(fā)生傳質(zhì)。每單位時間的傳質(zhì)量與氣體和液體的邊界表面成比例。邊界表面越大，由液體潤濕的填料表面的比例就越大。對于傳質(zhì)方法，S卩，例如蒸餾方法或吸收方法，規(guī)整填料用于在兩種流體之間產(chǎn)生盡可能大的傳質(zhì)表面。出于此目的，ー種流體以液相方式直接在填料表面上流動，而另一流體以氣相方式且以逆流方式在由薄壁元件形成的填料通路中流動。兩種流體彼此直接接觸，且在其相邊界表面處彼此交換/傳遞能量和/或物質(zhì)。出于此原因，對于理想的傳質(zhì)和 /或能量交換而言，所需的是液體存在于整個填料表面上，使得可用于形成盡可能大的相邊界表面。然而，準(zhǔn)確地說，例如對于低液體負(fù)載而言，并非總是滿足這種需求。低液體負(fù)載意思是準(zhǔn)確地說，很多液體引導(dǎo)穿過傳質(zhì)設(shè)備，使得在最佳情況下，規(guī)整填料的填料表面以膜方式被潤濕，這意味著填料的整個填料表面形成相邊界表面。每個塔表面區(qū)域的液體提及流量理解為液體負(fù)載し具體而言，在具有與具有高表面張カ的嚴(yán)重潤濕液體組合的極小液體負(fù)載的應(yīng)用中，例如對于水系統(tǒng)而言，這意味著，會出現(xiàn)的是填料表面僅小部分由液體潤濕，且用于能量輸送和物質(zhì)輸送的相邊界表面由此急劇地減小。良好的潤濕性由具有褶皺織物層的橫穿通路結(jié)構(gòu)的規(guī)整填料給出。例如，在DE 1442714中描述了這樣的橫穿通路結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB 451014，已發(fā)現(xiàn)具有纖維材料的織物特別有利，該纖維材料由于其纖維之間的極小距離而具有較高的毛細(xì)作用，且出于此原因具有非常良好的潤濕性。例如，根據(jù)EP 531255A1，這種纖維材料可由玻璃或玄武巖構(gòu)成。為了確保由纖維材料制成的規(guī)整填料的機(jī)械穩(wěn)定性，如在DE 1442714或DE 2434082中所示，纖維與諸如鋼或塑料的線絲的其它材料一起結(jié)網(wǎng)，或如在DE 1769739中詳述的那樣，還可跨置在對應(yīng)框架結(jié)構(gòu)上?？椢锾盍线€有利的是用于水系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，在EP 2119713A1中提到由純金屬織物制成的多個填料從而用于水系統(tǒng)中的蒸餾。在US 7411098中，小織物填料也提供為用于水蒸餾。從EP-A-14772M中知道了一種橫穿通路填料，其由金屬織物制成，該填料結(jié)合低流體負(fù)載由流體負(fù)載L與填料的比表面(specific surface) 的比例確定。根據(jù)EP-A-1477224，L/a的比例低于101/mh的最大值。比表面a限定為填料表面與填料所占據(jù)的體積的比例。L/a的比例也稱為邊緣負(fù)載(edge load)。通常，較大的邊緣負(fù)載導(dǎo)致填料表面的良好潤濕，因?yàn)橐欢康囊后w進(jìn)入到填料表面較小的區(qū)上。然而，在流體負(fù)載相同且填料表面區(qū)域特別大的情況下出現(xiàn)小邊緣負(fù)載，且在正常情況下，導(dǎo)致可用的填料表面顯著較差的潤濕。然而，已示出了由金屬織物制成的這種填料在填料表面上產(chǎn)生窄帶形式的膜，這意味著，當(dāng)流體負(fù)載較小和/或液體具有較大表面張カ時，僅潤濕很小比例的填料表面，這意味著，優(yōu)選地具有大于30mN/m的表面張力，尤其是大于50mN/m的表面張力。文獻(xiàn)EP 0416 649A描述了用于規(guī)整填料的織物層，根據(jù)該文獻(xiàn)，緯線中的毛細(xì)活性線具有良好的潤濕表現(xiàn)，這意味著，液體可沿水平方向更良好地分布。這是由非金屬材料制成的緯線獲得的。根據(jù)EP0416 649A，填料或塔填充元件獲得自分離容量，且使單獨(dú)的液體分送器為多余的。根據(jù)申請人進(jìn)行的研究，根據(jù)EP 0416 649A的織物層還沒有發(fā)現(xiàn)任何商業(yè)應(yīng)用。此外，液體分送器必須基本上提供將液相均勻地分送到填料上，因此EP 0416 649A中引用的優(yōu)點(diǎn)似乎還未證明其實(shí)際價值。因此，出于上述原因，本發(fā)明的織物層與EP 0416 649A的織物層之間的任何比較都是不可能的。文獻(xiàn)EP 1 308 204A1中還示出了用于催化反應(yīng)器的填料元件，示出了橫穿通道填料。織物層布置在橫穿通道填料的相鄰層之間?？椢飳佑糜诖呋阅?，且形成為中間層。 中間層可具有波浪形外形，且可形成其中相鄰層形成支承填料的橫穿通道填料。該中間層的經(jīng)線和緯線可包含織物線。根據(jù)EP 1 308 204A1，將要解決的問題在于已提供層，通過該層可進(jìn)行催化，因此不需要提高填料表面的潤濕性。類似構(gòu)造的織物層將可構(gòu)想出，其應(yīng)當(dāng)布置成緊靠彼此，且在接觸點(diǎn)處彼此接觸，以便彼此相互影響。這種相互作用對于根據(jù)EP 1 308 204A1的填料元件是不可能的，因?yàn)闆]有構(gòu)想出相鄰的織物層?？椢飳硬贾迷谙薅ㄐ螤畹哪ぶg，因此織物層并未布置成緊靠彼此。

發(fā)明內(nèi)容
出于此原因，本發(fā)明的目的在于提供一種傳質(zhì)方法，以及用于執(zhí)行該傳質(zhì)方法的規(guī)整填料，以及用于執(zhí)行該傳質(zhì)方法的傳質(zhì)設(shè)備，其中潤濕的填料表面的比例可借助于規(guī)整填料増大。該目的借助于包括以下步驟的傳質(zhì)方法得以滿足將第一流體和第二流體供送到傳質(zhì)設(shè)備中，其中傳質(zhì)設(shè)備包括具有頭部區(qū)、基部區(qū)和傳質(zhì)區(qū)的容器，其中使第一流體至少在傳質(zhì)區(qū)與第二流體相接觸，其中傳質(zhì)區(qū)布置在頭部區(qū)與基部區(qū)之間，且傳質(zhì)區(qū)包括規(guī)整填料，該規(guī)整填料包括多個相鄰的織物層，織物層包括非金屬材料的纖維絲束。傳質(zhì)設(shè)備在最多3m3/m2h的流體負(fù)載下操作，優(yōu)選為在最多0. 5m3/m2h的流體負(fù)載下操作。多個相鄰的織物層布置成緊接彼此。具體而言，第一流體或第二流體中的ー個具有至少30mN/m，優(yōu)選為至少50mN/m的表面張力。按照根據(jù)前述實(shí)施例的方法，流體包括水、胺、酰胺，具體是ニ甲基甲酰胺、單羥基醇或多羥基醇，具體是脂肪酸醇、乙ニ醇、ニ甘醇、三甘醇、四甘醇、塑料単體，具體是
5MDI ( ニ苯甲烷ニ異氰酸脂)、DMT (對苯ニ甲酸ニ甲酯)、羧酸，具體是脂肪酸，酷，具體是脂肪酸酷，或前述成分的至少兩種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的用于具有頭部區(qū)和基部區(qū)的傳質(zhì)設(shè)備的規(guī)整填料，該規(guī)整填料包括多個相鄰層，多個相鄰層分別形成面對頭部區(qū)的上側(cè)，并且該多個相鄰層分別形成底側(cè)，該底側(cè)面對基部區(qū)。該層具有壁部元件，壁部元件在上側(cè)與底側(cè)之間延伸。壁部元件形成為織物，織物包括形成為緯線的非金屬材料的纖維絲束，其中緯線具有至少100g/1000m的紗線數(shù)，且緯線包括至少20支紗線/25. 4mm。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，由非金屬材料制成的至少兩條纖維絲束布置成直接鄰近彼此。 具體而言，填料的比表面總計(jì)為從0m2/m3至最多500m2/m3。金屬線絲可布置在非金屬材料的纖維絲束之間。緯線可由經(jīng)線交織，其中至少ー 部分經(jīng)線由金屬線絲制成。非金屬材料的纖維絲束可包括玻璃、玄武巖或聚合物。金屬線絲優(yōu)選為包括不銹鋼、鈦、哈斯特鎳合金、二相合金、鉭或可具有涂層。涂層尤其可用于提高抗腐蝕性。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的規(guī)整填料具有層，該層具有帶波狀區(qū)段的壁部，多個開ロ通道形成為穿過波狀區(qū)段，開ロ通道從填料的上側(cè)延伸至填料的底側(cè)，其中該通道包括第一波谷、第一波峰和第二波峰。第一波峰和第二波峰界定第一波谷。第一波峰和第二波峰具有第一頂峰和第二頂峰。具體而言，傳質(zhì)設(shè)備包括根據(jù)ー個前述實(shí)施例的規(guī)整填料。傳質(zhì)設(shè)備具體地能夠構(gòu)造為吸收設(shè)備或蒸餾塔。根據(jù)ー個前述實(shí)施例的傳質(zhì)設(shè)備具有頭部區(qū)、基部區(qū)和布置在頭部區(qū)與基部區(qū)之間的傳質(zhì)區(qū)，其中流體分送器布置在傳質(zhì)設(shè)備中，使得第一流體能夠借助于流體分送器分送到規(guī)整填料的上側(cè)上，第一流體可作為膜施加到規(guī)整填料的層的壁部表面上，且在此方面中，能夠與以相對于第一流體以逆流流動的第二流體相接觸。流體具體包括水、胺、酰胺， 具體是ニ甲基甲酰胺、單羥基醇或多羥基醇，具體是脂肪酸醇、乙ニ醇、ニ甘醇、三甘醇、四甘醇、塑料単體，具體是MDI ( ニ苯甲烷ニ異氰酸脂)、DMT (對苯ニ甲酸ニ甲酯)、羧酸，具體是脂肪酸，酷，具體是脂肪酸酷。流體尤其還可包括至少兩種前述成分的混合物。此方面中， 用語多羥基具體還包括用語ニ價，即，還包括ニ元醇。根據(jù)以下實(shí)施例中的一個的規(guī)整填料導(dǎo)致填料表面的開發(fā)相比于目前為止使用的金屬織物有所改進(jìn)。由于純金屬織物僅具有較低毛細(xì)作用，故織物包括層，該層包括構(gòu)造為緯線的非金屬材料的纖維絲束。此外，純金屬織物相比于具有至少一部分纖維絲束的織物填料，在其獲得中成本
密集度顯著更高。本發(fā)明包括具有由織物制造成的規(guī)整填料的傳質(zhì)設(shè)備，該織物包括金屬線絲和纖維絲束，具體是對于具有最多3m2/m2h、優(yōu)選為最多0. 5m3/m2h的很小流體負(fù)載和水系統(tǒng)的蒸餾應(yīng)用和吸收應(yīng)用而言，該織物導(dǎo)致相邊界表面的増大，且因此使得能夠有比常見規(guī)整填料更高的能量傳遞和/或改善的傳質(zhì)?；旌峡椢锾盍蠈τ谄渲羞吘壺?fù)載小于101/mh，尤其是小于21/mh的應(yīng)用而言特別有利。邊緣負(fù)載的下邊界值有利的是處于至少0. 21/mh。


在下文中，將參照附圖來闡述本發(fā)明。這里示出了 圖1為包括根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料的傳質(zhì)設(shè)備；圖2為根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料的一個實(shí)施例；圖3為常見規(guī)整填料的潤濕的圖示；圖4為根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料的潤濕的圖示；圖5為根據(jù)本發(fā)明的填料與由現(xiàn)有技術(shù)中已知的填料相比的液體分送的圖示；圖6為根據(jù)本發(fā)明的填料與現(xiàn)有技術(shù)的填料的単獨(dú)性能的比較；圖7為金屬片填料、金屬織物填料和混合織物填料的針對DMF吸收的比較；圖8為根據(jù)本發(fā)明的填料的變型。
具體實(shí)施例方式圖1示出了包括規(guī)整填料7的傳質(zhì)設(shè)備。規(guī)整填料7包括形成填料本體的數(shù)層 10，100。用于在兩種流體相之間進(jìn)行傳質(zhì)的方式理解為規(guī)整填料7。規(guī)整填料7被用在傳質(zhì)設(shè)備2中。傳質(zhì)設(shè)備可具體構(gòu)造為塔5，其可用于蒸餾、精餾、吸收或解吸。傳質(zhì)設(shè)備具有頭部區(qū)和基部區(qū)。規(guī)整填料7至少包括形成面對頭部區(qū)的上側(cè)和面對基部區(qū)的底側(cè)的層10，100。該層具有壁部元件，壁部元件在上側(cè)與底側(cè)之間延伸。通常，規(guī)整填料7包括以規(guī)則重復(fù)幾何關(guān)系與彼此相關(guān)聯(lián)的多層10，100。相鄰層的距離可選為該幾何關(guān)系的實(shí)例。相鄰層之間的距離可由于幾何關(guān)系而周期性地具有相同值，以便由累加的層引出結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特征在于相同或至少周期性相等的分離距離。周期性是在整個規(guī)整填料中發(fā)現(xiàn)的，由此填料獲得規(guī)則的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)尤其是可構(gòu)造為波狀區(qū)段。根據(jù)圖1的層10，100由具有波狀區(qū)段的薄壁元件構(gòu)成。波狀區(qū)段的特征在于周期性重現(xiàn)的高度順序，即，波峰和谷狀井，即，波谷。該波狀區(qū)段具體可構(gòu)造為具有鋸齒區(qū)段的折疊部，該鋸齒區(qū)段具有錐形邊緣或具有波峰和/或具有帶一定半徑的波谷。這些層相對于彼此布置成使得兩個相鄰層的波狀區(qū)段以與主流動方向成一定角度地傾斜。出于此原因，相鄰層10，100的波狀區(qū)段彼此交叉地布置。第一層10和第二層100每個均由壁部元件構(gòu)成，壁部元件構(gòu)造為包括非金屬材料絲束的織物。在此方面中，這種壁部元件可包括全長，或者然而僅形成其一部分。壁部元件可具有平板形狀。在此作為其備選，壁部元件可具有波狀區(qū)段，具體是具有圓形頂峰和谷底的鋸齒區(qū)段或波狀區(qū)段。在圖1中的視圖中示出了第一層10和第二層100，圖1示出了填料7的上側(cè)8。填料7的上側(cè)8基本上布置成正交于主流動方向6。其中更多揮發(fā)性流體流動的流動方向被稱為主流動方向6，具體是氣體在沒有插入物的塔中向上流動，S卩，氣體沿塔5頭部的方向流動。與主流動方向相対的方向?yàn)檩^少揮發(fā)性流體流動的方向，這通常意味著液體流過沒有插入物的塔，即，沿塔沿自由下落的方向流動。流動方向可局部地與填料中的主流動方向偏離，因?yàn)榱鲃涌捎商盍现械膶悠?。?guī)整填料7的第一層10具有波狀區(qū)段，其中多個開ロ通道12，14，16由波狀區(qū)段形成。通道還包括第一波谷22、第一波峰32和第二波峰42。第一波峰32和第二波峰42界定第一波谷22。第一波峰32和第二波峰42具有第一頂峰33和第二頂峰43。第一波谷 22具有谷底ぬ。第一波谷22具有谷底ぬ，其中從第一頂峰33到波谷22的谷底ぬ的正常距離等于第二頂峰43到波谷22的谷底ぬ的正常距離。第一波峰32的第一頂峰33與第一波谷22的谷底ぬ之間的正常距離也稱為波高。 波高等于正常距離。在根據(jù)本發(fā)明的所示實(shí)施例的層中，波高基本上恒定，這意味著其典型公差區(qū)較小，其典型公差區(qū)處于0. 5mm的區(qū)中。規(guī)整填料7的第二層100具有波狀區(qū)段，其中波狀區(qū)段構(gòu)造為類似于層10的區(qū)段，但以與主流動方向成不同角度地傾斜。在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料的層的壁部元件的區(qū)段。如圖1中所示的那樣，獨(dú)立的薄片形褶皺層在它們放置于彼此旁邊時形成橫穿通道結(jié)構(gòu)。層10由沿ー個編織方向的金屬線絲和沿另ー個編織方向的非金屬材料的纖維絲束構(gòu)成，例如，非金屬材料的纖維絲束為玻璃或玄武巖的纖維絲束。有利的是，金屬線絲為經(jīng)線，纖維絲束有利的是形成緯線。在此方面中，金屬線絲確保褶皺層的足夠機(jī)械變形性和穩(wěn)定性，而纖維絲束確保較高毛細(xì)作用，這導(dǎo)致所期望的潤濕性。緯線具有對應(yīng)于IOOtex的至少100g/1000m的紗線強(qiáng)度。該紗線強(qiáng)度的緯線包括至少20支紗線/25. 4mm( = 1英寸)。非金屬材料的纖維絲束具體可包括玻璃、玄武巖或聚合物的纖維絲束。除了非金屬材料的纖維絲束之外，金屬線絲也可交織來提高層對化學(xué)影響，或熱影響，或機(jī)械影響的抵抗力，舉例來說，化學(xué)影響例如為腐蝕，舉例來說，熱影響例如為溫度，舉例來說，機(jī)械影響例如為壓力。金屬線絲可包括不銹鋼、鈦、哈斯特鎳基合金、二相合金、鉭，或包括涂層。為了改善潤濕，至少兩條非金屬材料纖維絲束可布置成直接在彼此旁邊。還有利的是，如圖2中所示的那樣，三條，具體優(yōu)選為五條纖維絲束也可布置成直接靠近彼此。金屬線絲繼而可布置在多條非金屬材料的纖維絲束之間。當(dāng)三條纖維絲束布置成直接靠近彼此吋，混合織物填料具體構(gòu)造為三軸織物，當(dāng)五條纖維絲束布置成直接靠近彼此吋，混合織物具體構(gòu)造為五軸織物。緯線由經(jīng)線交織，其中至少一部分經(jīng)線構(gòu)造為金屬線絲。優(yōu)選的是，緯線的定向出現(xiàn)在主流動方向上。如圖3和圖4中所示的那樣，織物層潤濕有多良好在使用水細(xì)流的潤濕試驗(yàn)中變得明顯；具有純金屬織物的無褶皺層和根據(jù)本發(fā)明的織物的無褶皺層垂直架設(shè)，且水細(xì)流有選擇地施加在上邊界處。在該方面中，無褶皺意味著該層具有平表面。對于純金屬織物的該層，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水細(xì)流主要在織物表面上移動，且不會被織物吸收，參見圖3。細(xì)流的擴(kuò)散很小，且細(xì)流寬度在整個行程長度上大致對應(yīng)于施加點(diǎn)處的寬度。與此相比，如圖4中所示的那樣，細(xì)流擴(kuò)散發(fā)生在具有纖維絲束的織物層的織物上。從施加點(diǎn)，水吸入織物中，且在織物中和織物上擴(kuò)散。流動不但發(fā)生在織物表面上，而且主要也發(fā)生在織物內(nèi)部中。對于該應(yīng)用而言，這種情況表示較高的相邊界表面和增長的用于液體進(jìn)入填料的停留時間。當(dāng)液體的體積流量増加吋，過多的液體對應(yīng)地沿織物外表面流動。因此，織物上的液體停留時間從高達(dá)幾分鐘縮短至幾秒鐘。因此，具體對于其中傳質(zhì)速度基本上取決于液體中的保持速度(retention speed)的系統(tǒng)而言，傳質(zhì)可能不會發(fā)生或僅部分地發(fā)生，使得需要較大的填料高度或必須布置多個填料。這種系統(tǒng)也稱為液體限制，因?yàn)榫褪窃搨鬟f成分進(jìn)入液體中的保持速度確定每単位時間的傳質(zhì)量。圖5示出了用于金屬織物和具有包括玻璃纖維的纖維絲束的緯線的混合織物的規(guī)整填料的多個褶皺層的底側(cè)上的液體流分送。在此方面中，如結(jié)合圖1所述的那樣，具有波狀區(qū)段的層理解為褶皺層。流動的液體優(yōu)選為較大的表面張力，液體具體可為水。液體在層的邊緣長度上的分送在橫坐標(biāo)上示出。邊緣長度為層的寬度，即，層在正交于主流動方向的平面內(nèi)的延展，這意味著沿傳質(zhì)設(shè)備的縱軸線的方向延展。在邊緣長度的某一區(qū)中收集和測得的水量在縱坐標(biāo)上示出。液體的施加點(diǎn)大致定位在橫坐標(biāo)的中心。垂直線示出了將液體引入到填料層上的位置，即，類似于圖3或圖4中的施加點(diǎn)。液體分送對于金屬織物而言示為實(shí)線，對于混合織物而言，液體的分送示為虛線。 如圖3或圖5中所示的那樣，液體流通過橫穿通道結(jié)構(gòu)的傾斜通道偏斜。有趣的是，液體在金屬織物上僅經(jīng)歷從主流動方向的偏斜，且實(shí)際上是沿液體施加到其上的褶皺層的開ロ通道的方向的偏斜。液體流傳遞至相鄰層明顯不會發(fā)生。液體分送處于對應(yīng)于圖3中所示的流動特性的窄區(qū)中?；旌峡椢锷系囊后w不是根據(jù)優(yōu)選方向分送其自身，而是分送以大致相等比例相對均勻地發(fā)生在邊緣的左半部和右半部以及相鄰?fù)ǖ赖膬A斜處。由此，可作出的結(jié)論是，液體會經(jīng)歷纖維絲束造成的改善的擴(kuò)散。纖維絲束由液體潤濕，液體流形成在纖維絲束內(nèi)和填料的層表面上。相鄰層在接觸點(diǎn)處吸收液體更容易。因此，液體可更容易從ー層到達(dá)相鄰層，且出于此原因，液體更好地在層上分送。這種吸收效果不存在于金屬織物填料中。出于此原因，在該織物中會發(fā)生流體流的較差分送，這由圖5中的金屬織物的液體單邊分送確認(rèn)。進(jìn)ー步的測試在蒸餾塔中執(zhí)行，該蒸餾塔具有250mm的內(nèi)徑和幾米的填料高度； 非常熟知的測試系統(tǒng)cis/trans-Dekalir^U.Onken，W. Arlt “推薦的用于蒸餾塔的測試混合物〃，化學(xué)工程師學(xué)會，1990( "Recommended test mixtures for distillation columns”，The Institution of Chemical Engineers, 1990))以 IOmbar 壓頭的蒸溜和完全回流來分離。這種低壓頭和高真空的特殊性分別在于在最多3m3/m2h，優(yōu)選為最多0. 5m3/ m2h的區(qū)內(nèi)出現(xiàn)很小的流體負(fù)載。相對于如圖6中所示的相等幾何形狀的純金屬織物填料， 具體在該區(qū)發(fā)現(xiàn)帶纖維絲束的織物填料帶有顯著改善的分離性能。圖6示出了取決于塔內(nèi)揮發(fā)性更大的流體的速度的每米的分離步驟數(shù)目NTSM，該速度由F因子表示。F因子由第二流體的密度乘以第二流體流過傳質(zhì)設(shè)備的速度的根給出。在此方面中，第二流體為揮發(fā)性更大的流體，其流動方向從傳質(zhì)設(shè)備的基部區(qū)延展至頭部區(qū)。實(shí)線指出構(gòu)造為純金屬織物的規(guī)整填料的每米的分離步驟數(shù)目(NTSM)，虛線指出構(gòu)造為具有纖維絲束的織物的相等幾何尺寸和形狀的規(guī)整填料的NTSM。對于金屬織物填料且還對于具有非金屬材料的纖維絲束的織物填料兩者而言，事實(shí)是，F(xiàn)因子越小，每米的理論分離步驟的數(shù)目就越要増加。具有非金屬材料的纖維絲束的織物填料的特征在于每米的理論分離步驟數(shù)目較多。因此，示出了通過該規(guī)整填料實(shí)現(xiàn)了較高的分離效率。另ー應(yīng)用實(shí)例為用于(X)2的吸收設(shè)備的清洗區(qū)段。這種吸收設(shè)備通常構(gòu)造為吸收塔。通常，胺在吸收塔中用于將CO2從排出氣流分離開。實(shí)際上，這些擁有較低的蒸氣壓力， 但根據(jù)使用的胺的蒸氣壓力，仍在沒有CO2的排出氣體中發(fā)現(xiàn)了較低濃度的胺。為了減少這種不需要的胺排放，所謂的清洗區(qū)段安裝在這種吸收塔的端部處，其中胺又用水從排出氣流中洗出。這種清洗區(qū)段通常以較高水負(fù)載在規(guī)整填料中工作，以便引起規(guī)整填料的充分潤濕。水在回路中引導(dǎo)來確保較高水負(fù)載。該回路也稱為再循環(huán)(圍繞泵)。新鮮水供送必須保持較低，以便可保持水平衡，且沒有較大的廢水流動出現(xiàn)。在此方面中，液體在規(guī)整填料的下端處被收集，且作為側(cè)流被帶走，且對于大部分而言，在規(guī)整填料上端處借助于液體分送器均勻地再分送到規(guī)整填料上。氣流不可通過再引導(dǎo)載有胺的水液體提純至任意小的胺濃度。如果人們利用新鮮水專門操作所述清洗區(qū)段，則產(chǎn)生的流體負(fù)載將很小，使得將產(chǎn)生很大的填料高度。由于需要較大的填料高度，故壓カ損失也將増大，這將導(dǎo)致用于所述應(yīng)用的較高的操作成本?，F(xiàn)在，可利用根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料以很小的流體負(fù)載高效地操作這些清洗區(qū)段準(zhǔn)確地說，較多的水引導(dǎo)穿過規(guī)整填料來確保充分的潤濕。流體負(fù)載處于0. 03m3/m2h與 0. 5m3/m2h之間。流出的氣流中明顯較低的胺濃度可通過相比于上述再循環(huán)減少的水量(但水沒有胺)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榘肪哂泻苄〉恼魵鈮亥曳浅Ｒ兹苡谒?。此外，清洗區(qū)段的壓カ損失由于使用根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料而減小至最低。此外，關(guān)于投資成本和操作成本的進(jìn)ー 步節(jié)省會出現(xiàn)，因?yàn)椴恍枰h(huán)泵，且液體不必在規(guī)整填料的下端被收集和移除。根據(jù)其它優(yōu)選實(shí)施例，將在水中執(zhí)行從空氣吸收ニ甲基甲酰胺(DMF)。由于DMF高度易溶于水中，故吸收僅需要少量的水。水與包含DMF的氣體相接觸來執(zhí)行吸收。水與氣體之間的接觸表面越大，DMF從氣體傳遞至水中就越快。該接觸表面對應(yīng)于傳質(zhì)表面。物質(zhì)(這里是指DMF)在整個傳質(zhì)表面上從氣體輸送至水中。通常使傳質(zhì)表面可由規(guī)整填料利用。水將其自身沿規(guī)整填料分送，由此其形成覆蓋規(guī)整填料表面的薄膜。圖7中示出了這種測量的結(jié)果，其示出了不同填料類型的隨吸收因子(A/m)變化的每米傳遞單位數(shù)目(NTUM)。吸收因子在平衡圖(equilibrium diagram) Ul圖)中提供操作線A的梯度和平衡線m之間的比例。因此，操作線A的梯度從重?fù)]發(fā)性流體的摩爾流與輕揮發(fā)性流體的摩爾流的比例計(jì)算出。根據(jù)本發(fā)明的規(guī)整填料在下文中稱為混合織物填料GlasG，在下文中稱為 MetallG的金屬織物填料和在下文中稱為BlechP的金屬片填料用作填料類型。下表提供了使用的填料類型的比表面
權(quán)利要求
1.一種傳質(zhì)方法包括以下步驟將第一流體和第二流體供送到傳質(zhì)設(shè)備中，其中所述傳質(zhì)設(shè)備包括具有頭部區(qū)、基部區(qū)和傳質(zhì)區(qū)的容器，其中使所述第一流體至少在所述傳質(zhì)區(qū)與所述第二流體相接觸，其中所述傳質(zhì)區(qū)布置在所述頭部區(qū)與所述基部區(qū)之間，且所述傳質(zhì)區(qū)包括規(guī)整填料，所述規(guī)整填料包括多個相鄰的織物層，所述織物層包括非金屬材料的纖維絲束，其特征在干，所述傳質(zhì)設(shè)備在最多3m3/m2/h的流體負(fù)載下操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干，所述傳質(zhì)設(shè)備在最多0.5m3/m2/h的流體負(fù)載下操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干，所述第一流體或所述第二流體中的ー個具有至少30mN/m，優(yōu)選為至少50mN/m的表面張力。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在干，所述流體包括水、胺、酰胺，具體是ニ甲基甲酰胺、單羥基醇或多羥基醇，具體是脂肪酸醇、乙ニ醇、ニ甘醇、三甘醇、四甘醇，塑料單體，具體是MDI ( ニ苯甲烷ニ異氰酸脂)、DMT (對苯ニ甲酸ニ甲酯)，羧酸，具體是脂肪酸，酷，具體是脂肪酸酷，或者至少兩種所述成分的混合物。
5.一種用于具有頭部區(qū)和基部區(qū)的傳質(zhì)設(shè)備的規(guī)整填料，其中所述規(guī)整填料包括多個相鄰層，所述多個相鄰層分別形成面對所述頭部區(qū)的上側(cè)，且所述多個相鄰層分別形成面對所述基部區(qū)的底側(cè)，其中所述層具有壁部元件，所述壁部元件在所述上側(cè)與所述底側(cè)之間延伸，其特征在干，所述壁部元件形成為織物，所述織物包括形成為緯線的非金屬材料的纖維絲束，其中所述緯線具有至少100g/1000m的紗線數(shù)，以及所述緯線包括至少20支紗線 /25. 4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的規(guī)整填料，其特征在干，由非金屬材料制成的至少兩條纖維絲束布置成直接鄰近彼此。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的規(guī)整填料，其特征在干，所述填料的比表面區(qū)域總計(jì)為從0m2/m3至最多500m2/m3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求7中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料，其特征在干，金屬線絲布置在所述非金屬材料的纖維絲束之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料，其特征在干，所述緯線由經(jīng)線交織，其中至少一部分所述經(jīng)線由金屬線絲制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求9中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料，其特征在干，所述非金屬材料的纖維絲束包括玻璃、玄武巖或聚合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料，其特征在干，所述金屬線絲包括不銹鋼、鈦、哈斯特鎳基合金、二相合金、鉭，或具有涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求11中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料，其特征在干，所述層的壁部具有波狀區(qū)段，多個開ロ通道形成為穿過所述波狀區(qū)段，所述開ロ通道從所述填料的上側(cè)延伸至所述填料的底側(cè)，其中所述通道包括第一波谷、第一波峰和第二波峰，其中所述第一波峰和所述第二波峰界定所述第一波谷，其中所述第一波峰和所述第二波峰具有第一頂峰和第二頂峰。
13.ー種傳質(zhì)設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求5至權(quán)利要求12中任一項(xiàng)所述的規(guī)整填料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳質(zhì)設(shè)備，其特征在干，所述傳質(zhì)設(shè)備構(gòu)造為吸收設(shè)備或蒸餾塔。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的傳質(zhì)設(shè)備，其特征在干，所述傳質(zhì)設(shè)備具有頭部區(qū)、基部區(qū)和布置在所述頭部區(qū)與基部區(qū)之間的傳質(zhì)區(qū)，其中流體分送器布置在所述傳質(zhì)設(shè)備中，使得所述第一流體能夠借助于所述流體分送器分送到所述規(guī)整填料的上側(cè)上，其中所述第一流體能夠作為膜施加到所述規(guī)整填料的層的壁部表面上，且在此方面中所述第一流體能夠與相對于所述第一流體以逆流流動的第二流體相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于小流體負(fù)載的傳質(zhì)方法、規(guī)整填料及傳質(zhì)設(shè)備。具體而言，一種傳質(zhì)方法包括以下步驟將第一流體和第二流體供送到傳質(zhì)設(shè)備中，其中傳質(zhì)設(shè)備包括具有頭部區(qū)、基部區(qū)和傳質(zhì)區(qū)的容器，其中使第一流體至少在傳質(zhì)區(qū)與第二流體相接觸，其中傳質(zhì)區(qū)布置在頭部區(qū)與基部區(qū)之間，且傳質(zhì)區(qū)包括規(guī)整填料，該規(guī)整填料包括多個相鄰的織物層，織物層包括非金屬材料的纖維絲束。傳質(zhì)設(shè)備在最多3m3/m2/h的流體負(fù)載下操作。規(guī)整填料的織物包括形成為緯線的非金屬材料的纖維絲束，其中緯線具有至少100g/1000m的紗線數(shù)且緯線包括至少20支紗線/25.4mm。
文檔編號B01D53/18GK102580464SQ20111045259
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
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