專利名稱：襯墊元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于化工設備中的襯墊元件，特別涉及具有一種有助于質量傳遞應用的具有新穎而有利的結構的不規(guī)則的襯墊元件。
人們把“質量傳遞”定義為一種或多種組分從一種不溶混狀態(tài)傳輸為另一種不溶混狀態(tài)的過程。這種“組分”可以是一種化學的或者它可以是熱能。這可以是在進一步加工前從反應流中或在流體可被收集或使用前從其熱流中需要被去除的燃燒熱量或反應熱量。該組分還可以是一種化學的，例如通過吸收方法從一種氣體流中去除的一種氣體組分或者通過蒸餾或分離加工來處理一種液體混合物。對這種或別的數(shù)種含有質量傳遞的應用，傳統(tǒng)的方法是使待處理的流體通過一含有不規(guī)則布置的襯墊元件的塔。為了簡單起見，這些元件在下文中都是指質量傳遞元件，而不管與它們被實際使用時所聯(lián)系的實際的加工過程情況如何。
很明顯，最為有效的質量傳遞元件是那些所具有的與流體接觸的面積為最大的質量傳遞元件。因此人們已作出種種努力以求設計出具有這種表面積可達最大的特點的不規(guī)則的襯墊件。然而事實上發(fā)現(xiàn)別的特征也是相當需要的。例如，如果這些元件在塔內時不是緊密堆放一起，則這也要引起重視，因為這樣會減小所暴露的有效表面積。另外一點也是很重要的，即這些元件不可以填得很緊以致限制了流體流動和在塔的進出口之間產生很大的壓力降。
平衡這些常常相互競爭的要求以加工一個有效的質量傳遞元件往往是一件需要相當熟練技術的事情并且還包含有一些獲得這些性能最佳組合的折衷辦法。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一種用于不規(guī)則的襯墊質量傳遞元件的新設計，它可獲得一種所需要特性的非常有利的平衡。
本發(fā)明的所述的質量傳遞元件包含有一個基本為管形的結構。在此結構中，管壁在相互垂直的直徑的相對端上向內變形以提供一個帶有四個外凸角部分的橫截面。
在各直徑的相對端上的向內變形最好有相同一致的量例如每個變形內壁表面的凸面都具有相同的彎曲半徑。在垂直的直徑的相對端上的向內變形也相等，即該內壁表面的彎曲半徑也是相等的，但在一個最佳實施例中，最理想是在一直徑相對端上的向內變形與在另一直徑兩端的凹入的彎曲半徑不同以使得四個外凸角部分形成元件的弓形帶狀的橫截面。在此最佳實施例中，雖然兩種彎曲半徑比可有相當寬的變化范圍，但是較好的范圍是從1∶1至約4∶1，而使用最頻繁的是約從2∶1至3∶1。在一替代的形式中，兩組內凸面的彎曲半徑相同而由凸面末端所對著的角度，其中相對的一對要大于另一相對的一對。實際上，這意味著突入元件內部的空間，其大的一對凸面要大于另一對的凸面。在本實施例的一個極端形式中，兩個較大的相對凸面伸入到這樣程度以致該相對內表面相接觸，并且使通過該元件的軸向通道被有效地分成兩個。
在一個第二最佳實施例中，該四個變形的全部內表面的彎曲半徑都相等并且四個向內突入部分都是相同的，以致形成一個基本上是交叉十字形的橫截面的軸向內通道。
該元件的軸向長度可以是任何所需合適的長度但是通常這個長度為從約0.5厘米至3厘米而最好是從約1厘米至約2厘米。
其最大的橫截面尺寸通常是大于其軸向長度，并且通常是約大2至6倍。該最大的橫截面尺寸最常見的是該軸向長度的2至4倍。
該元件的外表面包括有四個凸圓狀的凸角，并且這些凸角可由相應于在內表面上的凸圓弧的凹表面或由在兩方向上略彎曲或不彎曲的連接表面所分開。一般連接表面的后一種形式的最好是采用帶有四個相等尺寸的凸角的元件。
在這些凸角被凹面分開的表面上，這些凹面可以設有沿該元件長度方向軸向延伸的肋條。在一個比較理想的結構中，設有約2至6，而較理想是在每個凹面上，并且最理想是只在具有最大彎曲半徑的凹面上設有3至4個肋條。
盡管本發(fā)明的這種元件形狀，已描述的都為圓柱形，但我們可以設想到，在不違背本發(fā)明基本構思的情況下，其橫截面的形狀可沿著圓柱體長度方向變化。因此該圓柱體可略成錐形或設有一個腰部，該腰部具有最大橫截面尺寸而在圓柱體長度中點附近具有最小尺寸。然而，應該聯(lián)想到這種偏離可增加從床的一端至另一端的壓降并且可能變動在床內的該元件的襯墊情況。因此，這樣的偏離只在它們不顯著地減小元件基本效果的范圍內才被容許。
沿著軸線的該元件的兩端可設有端壁，這些端壁與理論的曲表面相一致，它們可以是凸面的或最好是凹面的。因此，在這些最佳實施例中，襯墊元件兩端是這樣凹空以致軸向長度小于在其周邊上的長度。這個凹定范圍可以是這樣的，即其沿軸線的軸向長度是同周邊的軸向長度的約60%至90%，而更常用的是75%。
制成圓柱體的材料可以是那些適用于這樣的典型用途中的任何材料。因此，較理想的材料是一種陶瓷或燒制粘土材料，雖然另外的材料例如一種玻璃或金屬可被用于一定應用場合。一般這種材料對于其所接觸的周圍流體是惰性的。在包括有各種熱傳遞使用時，它還應能夠按工藝要求吸收一定數(shù)量的能量。它還應在裝填和使用過程中，能夠承受熱沖擊物理沖擊。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一個襯墊元件的透視圖;
圖2示出一個第二實施例的透視圖;
圖3示出一個第三實施例的透視圖;
圖4示出一個第四實施例的透視圖;
現(xiàn)參照附圖來說明本發(fā)明，這些圖僅是為了圖示用的目的，而并不意味著是用于對所要求的本發(fā)明的范圍特別是在尺寸方面進行實質性的限制。
在這些附圖的圖1中，該圓柱形襯墊元件具有四個尺寸相等的外凸角。它的內表面有四個空間相等間隔設置的凸圓面。該襯墊件的最大的橫截面的外邊直徑是3.33厘米而最大長度是2.54厘米。在圓柱體的各端上，襯墊元件表面是這樣地成形構成理論凹圓弧面的一部分以致它們的在該襯墊件軸線的最接近位置上，其相對理論表面分開1.91厘米。外凸角的彎曲半徑為0.64厘米而內凸面的彎曲半徑為0.60厘米。該外部的凸角由一具有1.03厘米的彎曲半徑的凸面連接而內部的凸角由一具有0.95厘米的彎曲半徑的凹面連接。
圖2示出一個實施例，其中圓柱體襯墊元件的壁厚基本保持不變，并且其內表面設有不同彎曲半徑的凸弧面，其在第一直徑的相對端上的相對的一對具有相同的(彎曲半徑較大的)的凸弧面，而在與所述第一直徑成直角的第二直徑的兩端上的相對的另一對具有較小角度的凸面。
所述較大的內凸面的每一外表面上，設有四個空間等間距設置的軸向延伸的肋條。
該較大的內凸面的彎曲半徑是2.31厘米而較小的凸面的彎曲半徑是1.17厘米。該襯墊件的軸向長度是1.42厘米，其壁厚為0.28厘米而在相鄰凸角的外表面之間的最大間距是5.31厘米。
圖3示出類似于圖2所示的一個結構，但該結構帶有更為明顯突出的外部凸角和無什么不同的內凸角。這種結構也沒有設置外部的軸向肋條。
該兩個較大的相對的內凸面的彎曲半徑為1.25厘米，(0.89厘米是其相對的凹面的彎曲半徑)。而該較小的相對外凸面的彎曲半徑為0.89厘米，(0.53厘米是其相對的凹面的彎曲半徑)。它的壁厚是0.36厘米而其軸向長度是1.42厘米。在相鄰凸角的外表面間的最大間距是4.37厘米。
圖4與圖3的實施例相似，不同的只是其較大的內凸面大到以致它們在襯墊元件軸線上相遇。
在本實施例中，所有相應于所述內凸面的外表面的彎曲半徑是1.91厘米，然而其相對的一對內凸面都是這樣明顯突出以致內表面相碰。該襯墊件的軸向長度是1.91厘米而壁厚是0.95厘米。
權利要求
1.一種質量傳遞襯墊件，它有一基本為管狀的結構，在這種管狀結構中管壁在其相互垂直的直徑的相對端上向內地變形以提供一個具有四個外凸部的橫截面。
2.如權利要求1所述的一種襯墊件，其特征在于，該同一直徑的相對端上的變形程度是相同的。
3.如權利要求1所述的一種襯墊件，其特征在于，所述的四個外凸角具有基本相同的尺寸。
4.如權利要求1所述的一種襯墊件，其特征在于，該相互垂直的直徑的長度比是約從1∶1至4∶1。
5.如權利要求1所述的一種襯墊件，其特征在于，它有數(shù)個在其圓柱體外表面上形成的軸向延伸的肋條。
6.如權利要求1所述的一種襯墊件，其特征在于，該圓柱體的兩端是這樣與理論的凹表面相吻合以致圓柱體的軸向長度在沿其軸線方向上是最短的。
全文摘要
一種帶有一基本為四凸角圓柱體結構的質量傳遞元件是特別有效的，適用于質量傳遞塔的不規(guī)則傾堆的襯墊元件，它可提供一個具有大的表面積和低的壓力降的組合效果。
文檔編號F28F25/08GK1081935SQ9310889
公開日1994年2月16日 申請日期1993年7月16日 優(yōu)先權日1992年7月16日
發(fā)明者海森·S·尼克奈夫思, 小亨利·G·利克斯 申請人:諾頓化學工藝產品有限公司