專利名稱：吸收塔的填料的制作方法
本項發(fā)明涉及用于把液體以順流或逆流方式暴露在氣體中的吸收塔的填料，尤其涉及在制造硫酸過程中使用的鞍形的吸收塔的填料。
在1953年5月26日授與Leva的專利第NO.2639909號中描述的喇叭口形的陶瓷鞍幾十年來廣泛用作吸收塔的填料，其總體形狀沒有發(fā)生什么變化。在美國專利第NO.2639909中所描述的陶瓷鞍的總體形狀是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成該圓環(huán)的軸線而言的，該填料在其每一端都是一個弧形的端面，該端面大致在相對于圓環(huán)的軸線而徑向延伸的平面內，圓環(huán)的軸線也大致在相對應的弧形端面所在的平面內，該填料的邊際離軸線最遠，大致為圓弧形，圓弧的中心就在圓環(huán)的軸線處。這樣鞍形填料就是一半圓環(huán)的內側一半，具有朝外側的凹形表面，這就是氣/液兩相的接觸面，這種填料已被證明在商業(yè)上是成功的。
隨著不斷的降低成本的壓力，鞍的尺寸在變大，因為較大的鞍具有較低的氣體流動阻力。裝有填料的吸收塔可以制造得具有更小的直徑并且成本更低。另一方面，對于一定體積的填料，較大的鞍在尺寸上使得分界面積較小，對于相同的傳質量，需要更大的填料高度。在這種情況下，對于陶瓷鞍來說，似乎直徑為75mm的陶瓷鞍就大概是實用中最大的了。再大尺寸的填料鞍，例如直徑為150mm的填料鞍是合用的，但是其成本則明顯地加大，迄今還沒有發(fā)現(xiàn)成本可行性。
另一種形式的填料是圓環(huán)式的，其使用程度更小，在該圓環(huán)式的填料中還插入了一個交叉圓環(huán)，即所謂的“微型圓環(huán)”。這種形式的填料其尺寸可達150mm，并且比普通的鞍形填料具有略大的容積。然而，在液體在吸收塔的橫斷面上分布方面，這種環(huán)形填料卻不象鞍形填料那樣好，因此，在設計方面還需進行進一步的考慮。
盡管在1966年2月1日授與EckertJ.s的專利第NO.3232589號中描述的一種改進型的鞍式填料已出現(xiàn)一段時間了，但還沒有被工業(yè)界所廣泛接受。
盡管基本的喇叭口形的鞍形填料一直在商業(yè)上是成功的，但還有對具有更有成本可行性的填料鞍的需要。
本發(fā)明的一個目的就是提供一種改進的具有成本可行性的鞍形填料。
本發(fā)明的另一個目的是提供吸收塔的填料鞍，它能明顯地加大吸收塔中氣體的通過量。
本發(fā)明的再一個目的是提供改進的鞍，它允許使用較大尺寸的填料，具有更大的氣體處理能力，不需要明顯地加大氣體吸收塔的填料部分的高度。
這些及其他目的將通過閱讀全文而變得更清楚。
因此，根據(jù)本項發(fā)明的一個方面，提供了一種改進的吸收塔填料鞍，其總體形狀大致上是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成該圓環(huán)的軸線而言的，所述的鞍具有一個轂，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行對中的肋而限定，該兩條肋相互離開，沿著鞍的內圓周邊延伸，所述的轂形成了物件的第一厚度，在所述的轂上具有數(shù)個孔，所述的鞍具有一對周向的外邊緣，其中每個所述外邊緣和與離所述外邊緣最近的所述肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的第二厚度，這種改進包括所述外邊緣上有數(shù)個徑向地向外延伸的凸齒，其中的每個凸齒與相鄰的凸齒之間有一個齒內間距，在相鄰的兩凸齒之間限定了一個凹部深度。
更可取的是，每個凸齒有一個基本上平滑的外邊緣部分，這部分的長度大于齒間距并且大于凹部的深度。更可取的是，該基本上平滑的外邊緣的長度至少大于每個齒內間距和凹部深度的二倍，大于三倍則更好。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種改進的吸收塔填料鞍，其總體形狀是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成該圓環(huán)的軸線而言的，所述鞍具有一個轂，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行對中，相互離開的肋所限定，該兩條肋沿著鞍的內圓周邊延伸，所述轂形成了物件的第一厚度，在所述轂上有數(shù)個孔，所述鞍具有一對圓周的外邊緣，其中的每個外邊緣和與離所述外邊緣最近的肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的第二厚度;這種改進包括，其中所述的翼形部包括數(shù)個本體部分，該本體部分限定了大小和數(shù)量足以使所述鞍的所有表面都能充分地濕潤的孔。
在又一方面，本發(fā)明提供了一種改進的吸收塔填料鞍，其總體形狀是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成該圓環(huán)的軸線而言的，所述鞍具有一個轂，該轂在該圓環(huán)的中部，由一對平行對中的、相互離開的肋所限定，這兩條肋沿著所述鞍的內圓周邊延伸，所述轂形成了物件的第一厚度，在所述轂上具有數(shù)個孔，所述鞍具有一對圓周的外邊緣，其中的每個外邊緣和與離所述外邊緣最近的肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的第二厚度;該改進包括所述轂上的孔，該孔延伸橫跨兩肋之間的整個寬度。
在上述的美國專利第NO.3232589號中所描述的Eckert的填料鞍的邊緣上有扇形的缺口，通過所限定的較尖的頂部，即各扇形的匯合部，液體流被分開。這樣，填料鞍的邊緣上形成了一系列的凹空，這種凹空就是所述的扇形，在相鄰的扇形之間形成了較尖的頂。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，與上述的填料鞍相反，本發(fā)明的填料鞍具有明顯的較大平頂?shù)耐蛊疬吘墸魍蛊鹬g具有清楚的、尖細的齒內間距。該間距必須足以保證液體不會很容易地從一個凸起上跨越到下一個凸起上。該間距的推薦值為大約1cm。各凸起之間的槽或者說分隔凹部的深度必須足夠深以保證翼形部的邊緣上具有數(shù)個離散的被分隔開的凸齒，并且使翼形部保留適當?shù)臋C械強度。這種凸形的凸齒產生了明顯的滴液點，這種形狀的凸齒和Eckert的填料鞍所使用的凹空相比，液體更不容易從滴液點流回至齒根。
因此，上述的填料鞍最好包括有數(shù)個相互間隔開的凸齒的圓周外邊緣，每個凸點在結構上都有大致平頂?shù)膱A弧，該圓弧的中心就在形成圓環(huán)的軸線上。另一方面，每個凸齒的離翼形部本體最遠的部分的表面可能是略微彎曲的，例如是卵形弧、半圓弧或橢圓弧;和/或與喇叭口形的內表面大致同心。
在一個更優(yōu)選的實施例中，翼形部上的凸齒間的間隔類似槽，每個槽的底部都是圓形的以防止在制造過程中發(fā)生裂紋，該槽的兩側壁基本上是同樣的弧。扁平凸齒的頂部和槽的側壁之間的角度趨于直角為好。這樣可以使液體繞著槽回流的可能性降低至最低限定。液體試驗的結果建議槽的寬度至少為10mm為好，以減少液體跨過和封閉所述的槽。
雖然本發(fā)明的氣流的路徑比現(xiàn)有技術鞍形填料塔的氣流的流徑曲折程度小，但與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的填料鞍的形狀能使逆流的氣流和液流更好地分散。這樣就加大了塔的氣體通過量。液體和氣體之間的接觸面積通過使液體流和氣體流進一步分散以及提供在孔內曝露于流體中的附加的陶瓷面而加大，可以有較大的本體形狀，以便提供目前只有用現(xiàn)有技術的較小的填料鞍，才能具有的優(yōu)良的傳質效率。
填料鞍可以用任何合適的材料制成，例如，合適的金屬或熱塑性材料，或者最好用陶瓷材料。
為了更好地理解本發(fā)明，下面將只通過實例參照附圖描述一個優(yōu)選的實施例，其中

圖1是現(xiàn)有技術中填料鞍的一個透視圖;
圖2是現(xiàn)有技術中填料鞍的一個平面圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的陶瓷填料鞍的一個透視圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的陶瓷填料鞍的一個示意平面圖;
圖5是現(xiàn)有技術中的具有扇形邊緣的翼形部的一個局部示意圖，圖中表示出附在其上的滴液點;
圖6是根據(jù)本發(fā)明的翼形部邊緣的局部示意圖，圖中圖示出附在其上的滴液點;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的填料鞍的示意側視圖;
圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選填料鞍的示意俯視圖;
圖9是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的填料鞍的一個透視側視圖，圖中相同的標號代表相同的部位。
圖1總體上用10圖示一種陶瓷鞍，它的總體形狀就是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成該圓環(huán)的軸線而言的。鞍10具有端部12和14，每個端部都有一個弧形的端面，該端面基本上是在相對于圓環(huán)的軸線而徑向延伸的平面上。該軸線也基本上在各自的弧形端面所在的平面上，鞍10的邊緣離軸線最遠，該邊緣基本上是圓弧形的，該圓弧的中心就在軸線處。
鞍10具有一個轂16，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行的肋18和20所限定，這一對肋在轂16的兩側沿鞍10的圓周延伸。轂16有足夠的厚度以便為鞍提供合理的強度，轂16還有數(shù)個孔22，孔22分布在轂16的中部。鞍10具有總體上用24和26表示的一對圓周的外邊緣，外邊緣24和26分別與肋18和20限定出翼形部28和30。邊緣24和26分別限定出數(shù)個扇形32和34，各個扇形都從翼形部本體徑向地延伸，通常要有合理的頂部。相鄰的形成扇形的齒面的表面與鞍10的側面基本上呈線接觸狀態(tài)。圖1表示出扇形的表面，以便分別由凹形面40和42限定出頂端部分36和38，凹形面在相鄰的一對對扇形之間形成了凹空部分。
現(xiàn)在請參見圖3和圖4，這兩幅圖總體上用100表示了一種陶瓷鞍，它的總體形狀大致與圖1和圖2所示的鞍相同。
鞍100具有一個轂116，它在圓環(huán)的中部，由一對平行的肋118和120所限定，這對肋沿著鞍100的圓周延伸。轂116具有數(shù)個孔122，這些孔在肋118和120之間的轂116的整個寬度上延伸?？?22貫穿轂的厚度大致形成了垂直的筒，該筒具有連續(xù)的齒形面119和外周邊123，其周長大于轂厚的四倍。作為一種選擇，孔122可有一個最小寬度，它與孔122的尺寸無關，該寬度至少是轂厚的兩倍。
總體上用124和126表示的圓周的外邊緣分別與肋118和120限定出翼形部128和130。每個翼形部128和130都有數(shù)個滲漏孔150和152，都有足夠的大小和數(shù)量，滲漏孔在翼形部上的分布方式是在操作過程中使鞍100的所有表面都能充分地潤濕，但不會導致翼形部128和130的結構出現(xiàn)不可接受的減弱。此外，滲漏孔的橫截面的寬度與翼形部的厚度相近，而滲漏孔之間的間隔距離能夠保證翼形部的足夠的結構強度。滲漏孔150和152的最大寬度小于翼形部的厚度，滲漏孔之間的間隔距離至少是滲漏孔150和152最大寬度的三倍，這樣就足可以保證翼形部的適當?shù)慕Y構強度。
邊緣124和126分別限定出數(shù)個徑向延伸的凸齒154和156，每個凸齒都按間齒內間距“D”排列，每個凸齒大致上形成了一段圓弧，該圓弧的中心就是在形成圓環(huán)的軸線處。每個凸齒154和156分別在其表面部分158和160處分別遠離各自的翼形部128和130，每個凸齒都略微彎曲形成了一段圓的圓弧。凸齒的另外的實施例可以有一段橢圓的圓弧的表面部分。每個凸齒154和156都有一個滲漏孔162和164。
圖5表示出現(xiàn)技術的鞍500的外邊緣部分，該外邊緣部分包括各扇形部分501和扇形之間的突出點503至517。如圖所示，液滴在突出點505、507、509、511、513和515上形成，扇形下邊緣的角度不允許象在突出點503和517那樣使流體流回至鞍的主表面上。
與此相對照，根據(jù)本發(fā)明，圖6表示出在鞍600的翼形部邊緣上的數(shù)個凸齒602、604、606、608、610、612、614、616和618。凸齒602至618按內齒間距620而排列，這樣液體就不能跨過相鄰凸齒之間的空隙。凸齒上的液體將流至凸齒上的最低點，滴液點622在凸齒604至616上都表示出來了。
在上文提及的現(xiàn)有技術(美國專利USP3232589-Eckert)中，各扇形之間的突出點較尖。液體向邊緣流下時就象在突出點517和519上一樣，很少生成新液膜。與此相反，凸齒602和618在瞬時作用間可靠地產生滴液點，然后，液滴又滴到了緊接在后的更低的凸齒604和616上，這樣就明顯地進行了較多的液體擾動并產生了液膜。各凸齒之間的凹空的大小很明顯地是由設計者決定的，但是應當足以使液體從一個凸齒跨過另一個凸齒的量達到最少的程度。
圖7、圖8和圖9分別給出了一個改進的鞍的優(yōu)選實施例的側視圖、俯視圖和端視圖?？傮w上用700表示的鞍具有一個轂形部分702及翼形部704和706，轂形部和翼形部分別在肋708和710處相接。肋708在三個視圖中都出現(xiàn)了，而肋710僅在圖8和圖9中出現(xiàn)了。肋的直徑通常至少比兩個翼形部或轂形部分的厚度大50%。轂形部702上的三個孔分別用712、714和716來表示，這三個孔在圖8中清楚地表款出來，而在圖9中僅表示出了孔716和714。
翼形部704的邊緣上的槽718、720、722、724和726在圖7中清楚地表示出來，和翼形部704一樣，翼形部706上也有相同的槽(圖中沒有表示出來)。四個槽724、726、728和730的端視圖如圖9所示。為允許液體從翼形部的一側流向另一側而設計的滲漏孔如圖中的732、734、736和738所示。
很容易看出，另外的實施例可以有或多或少的孔、槽和凸齒，僅是在尺寸上進行了合適的適應的變化。例如，槽的形狀可以是徑向延伸的矩形的開口，相鄰凸齒的直線側邊是開口的兩側邊，翼形部的外圓周就是槽的底。
更詳細地說，填料鞍700由陶瓷制成，其內徑(ID)約為7cm，外徑(OD)約為14cm，總寬(W)約為7cm，轂的外側寬(OW)約為5.5cm，轂的內側寬(IW)約為4.5cm。填料鞍700具有一個略平的轂形部702和數(shù)個凸齒740，凸齒740的形狀是平頭的凸齒，具有一個大致平或者說是略微彎曲的長度為L的邊緣742，長度L在邊緣742的最外邊緣處大約大于每個齒內間距D和凹陷深度R的三倍。在所示的實施例中，L大約為2.5cm、D約為1.2cm、R大約為0.8cm。孔712、714和716的最大寬度大約為3.5cm、深度大約為1cm?？?32、734、736筆738的直徑大約為0.8cm。
雖然本發(fā)明已參照特定的實施例進行了詳細的描述，但顯然對于本領域的技術人員來說，在不脫離所描述的和要求保護的本發(fā)明的原則和范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種改進的吸收塔的鞍形填料，其總體形狀是空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成圓環(huán)的軸線而言的，所述的鞍具有一個轂，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行對中的相互離開的沿鞍的內圓周延伸的肋所限定，所述的轂形成了物件的第一厚度，在所述轂上具有數(shù)個孔，所述鞍具有一對圓周的外邊緣，每個所述的外邊緣和與所述外邊緣最近的肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的第二厚度，其特征在于這種改進包括所述的邊緣上有數(shù)個徑向地向外延伸的凸齒，每個凸齒與相鄰的凸齒以一個齒內間距而相隔，在相鄰的凸齒之間限定了一個凹部深度。
2.如權利要求1所述的鞍形填料，其特征在于所述外邊緣還包括數(shù)個凸齒之間的圓周部分，其中每個所述的圓周部分都大致呈圓弧形，該圓弧的中心就在所述軸線處。
3.如權利要求1所述的鞍形填料，其特征在于每個所述的凸齒都有一個大致呈圓弧形的外側表面。
4.如權利要求1所述的鞍形填料，其特征在于每個所述的凸齒都有一個基本上是平滑的外邊緣部分，該部分的長度大于所述的齒內間距，并且大于所述的凹部深度。
5.如權利要求4所述的鞍形填料，其特征在于所述平滑的外邊緣的長度大于所述的齒內間距的兩倍，并且大于所述的凹部深度的兩倍。
6.如權利要求4所述的鞍形填料，其特征在于，它的內徑大約為7cm，外徑大約為14cm;總體寬度大約為7cm;轂的外側寬度大約為5.5cm，轂的內側寬度大約為4.5cm。
7.如權利要求5所述的鞍形填料，其特征在于所述平滑的外邊緣的長度大于所述齒內間距的三倍，并且大于所述凹部深度的三倍。
8.如權利要求1所述的鞍形填料，其特征在于所述的凸齒具有一個凸齒部分，每個凸齒部分上有一個孔。
9.一種改進的收塔的鞍形填料，其總體形狀是空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成圓環(huán)的軸線而言的，所述的鞍具有一個轂，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行對中的相互離開的沿鞍的內圓周延伸的肋所限定，所述的轂形成了物件的第一厚度，在所述的轂上具有數(shù)個孔，所述的鞍具有一對圓周的外邊緣，其中每個所述的外邊緣和與所述外邊緣最近的肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的二厚度，其特征在于這種改進包括所述的翼形部，包括數(shù)個本體部分，本體部分上有翼形部的孔，孔的大小和數(shù)量足以使所述鞍的所有表面都能充分地濕潤。
10.如權利要求9所述的鞍形填料，其特征在于所述的翼形部的孔的寬度大于所述的第二厚度。
11.如權利要求9所述的鞍形填料，其特征在于所述的翼形部的孔相互隔開的，隔開的距離至少是所述孔的最大寬度的三倍。
12.如權利要求9所述的鞍形填料，其特征在于至少在一個所述的本體部分上有一個翼形部的孔，該孔呈準確垂直的圓筒形。
13.如權利要求9所述的鞍形填料，其特征在于每個所述的外邊緣上有數(shù)個徑向地向外延伸的凸齒，其中的每個所述凸齒有一個凸齒部分，每個突齒部分上有一個孔。
14.一種改進的吸收塔的鞍形填料，其總體形狀是一段空心圓環(huán)的內圓周部分，這是相對于形成圓環(huán)的軸線而言的，所述的鞍具有一個轂，該轂在圓環(huán)的中部，由一對平行對中的相互離開的沿所述鞍的內圓周延伸的肋所限定，所述的轂形成了物件的第一厚度，在所述的轂上有數(shù)個轂孔，所述鞍具有一對圓周的外邊緣，每個所述的外邊緣和與所述外邊緣最近的肋限定了一個翼形部，該翼形部形成了物件的第二厚度，其特征在于這種改進包括所述的轂孔延伸所述肋之間的整個寬度。
15.如權利要求14所述的鞍形填料，其特征在于所述的轂孔的外周邊長度大于所述物件第一厚度的四倍。
16.如權利要求14所述的鞍形填料，其特征在于所述的轂孔的最小寬度至少為所述第一厚度的二倍。
17.如權利要求14所述的鞍形填料，其特征在于所述的轂部上有一個孔，該孔基本上呈準確垂直的具有連續(xù)的齒形表面的圓筒形。
18.如權利要求1所述的吸收塔的鞍形填料，其特征在于它由陶瓷材料制成。
全文摘要
一種改進的吸收塔的鞍形填料，其總體形狀是一段空心圓環(huán)。鞍的圓周外邊緣上有數(shù)個徑向地向外延伸的凸齒。凸齒和翼形部上具有滲漏孔為好，以使鞍的各表面都能充分地濕潤。鞍的轂在一個方向上具有數(shù)個基本上橫跨該轂延伸的孔。該鞍提供了改進的氣-液界面，可在吸收塔中加大氣體通過量，并可降低吸收塔填料段。
文檔編號B01J19/30GK1105905SQ94117578
公開日1995年8月2日 申請日期1994年10月26日 優(yōu)先權日1993年10月26日
發(fā)明者達哈亞·巴哈加, 戈登·M·卡梅倫 申請人:達哈亞·巴哈加, 戈登·M·卡梅倫