專利名稱：用于逆流式高壓柱的填充物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有矩陣形的薄板的用于逆流式高壓柱的填充物，所述薄板至少大致地平行于柱軸線對(duì)準(zhǔn)，以及涉及帶有這種填充物的高壓柱，并且涉及這種高壓柱的使用。
由平行于柱軸線成形的金屬板構(gòu)成的有序填充物已經(jīng)被證明可以非常成功地用于低壓(相對(duì)于大氣壓力的真空)分餾柱。而且還已經(jīng)成功地在高壓(高達(dá)50巴)下進(jìn)行了試驗(yàn)。
已經(jīng)用具有下列幾何特性的控制柱進(jìn)行了這些試驗(yàn)柱的高度為18m，其內(nèi)徑為35cm；填充物是由高度為20cm的圓柱形填充體20構(gòu)成的。這些填充體是由金屬板制成的，并且具有一種橫向敞開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)；每個(gè)填充體是由結(jié)構(gòu)性的傾斜地折疊的金屬薄板構(gòu)成的，這些薄板以這樣的方式彼此靠疊在一起，即相互交叉的敞開(kāi)槽傾斜于柱的軸線延伸形成。一個(gè)疊置在另一個(gè)之上的填充體的取向要使得由薄板制成的毗鄰的填充體的層相互橫向放置，并且特別是使得這種取向在每一種情況下變化90°。
流過(guò)填充物的氣體實(shí)際上是以微滴流的形式移動(dòng)的。在填充體中，它在層的方向上經(jīng)歷了混合。由于毗鄰填充體的交替變化的取向，在整個(gè)柱的橫截面上可以發(fā)生充分的混合。
如果讓一種氣體(蒸汽流)和一種液體(滴流層)反向地流過(guò)填充物以便進(jìn)行精餾，那么，如果在這種液體借助一個(gè)分流器均勻地分布在填充物的橫截面上，則在這兩相之間發(fā)生的熱和物料的交換會(huì)導(dǎo)致良好的分餾效果。在達(dá)到填充物的載荷限定值之前，精餾都可以成功地進(jìn)行。當(dāng)在試驗(yàn)柱中進(jìn)行壓力吸收過(guò)程時(shí)也已經(jīng)成功地進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。
在直徑較大的高壓柱中，例如在直徑大于50cm的高壓柱中進(jìn)行的試驗(yàn)是失敗的。失敗的原因在于不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于兩種物相的密度在高壓下至多相差約一個(gè)數(shù)量級(jí)(即10的一次方)，會(huì)導(dǎo)致兩種流體相之間相當(dāng)大的動(dòng)量交換，因此，在這兩種流體流之間存在很大的剪切力。由于液體相的表面張力低以及存在剪切力，氣體流可以以液滴形式牽拉著液體。這樣，就產(chǎn)生了分離，即產(chǎn)生了物相的再分配，其中形成了具有局部增加氣體流量的氣體和具有局部增加液體流量的相應(yīng)的細(xì)流。這樣，就既不存在液體的均勻的滴流層，也不存在氣體的霧滴流。因此，導(dǎo)致分餾效果極度的差。
可能有人提出采用下面的措施來(lái)補(bǔ)償高壓柱中的穩(wěn)定性將填充物分成幾部分，每一部分只包括順序的幾個(gè)填充體。將一個(gè)如EP-PS0462048(＝P.6362)所描述的氣體/液體分配器放置在挨著的填充部分之間。這種分配器橫貫柱的整個(gè)橫截面并且包括多個(gè)隨著氣體輸送的管(蒸汽囪)以及多個(gè)用于排放液體的小管。
此已知的措施需要一種相當(dāng)復(fù)雜的設(shè)備。與具有沒(méi)有分成幾部分的填充物的柱相比，它還要求增加柱的高度。因此，本發(fā)明的目的是提出不涉及所述缺陷的措施。此目的可以采用如權(quán)利要求1中所要求的填充物來(lái)滿足；還包括沒(méi)有橫向敞開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的有序的填充物。
本發(fā)明的用于逆流式高壓柱的具有一系列有序的平行于柱的軸線的成形薄板的填充物具有下列特征填充物包括由在柱的軸線的方向上延伸條塊構(gòu)成的的條束。每個(gè)條塊是由一疊填充件構(gòu)成的，屬于不同的條塊的毗鄰的填充件各形成一個(gè)垂直于柱的軸線的填充部分。每個(gè)填充件是由用薄板形成的板層構(gòu)成的。而且，這些板層的取向要使得在薄板之間的空隙狀的中間空間的側(cè)面由屬于同一個(gè)填充部分的相鄰的填充件的橫向鋪設(shè)的薄板檔住。
從屬權(quán)利要求2至8涉及本發(fā)明的填充物的具體實(shí)施例。權(quán)利要求9至11涉及具有這種填充物的分餾柱。具有本發(fā)明的填充物的分餾柱還可以用于化學(xué)反應(yīng)。特別是，例如在將填充物的表面涂上一層催化活性材料的情況下，可以在這種柱中進(jìn)行催化反應(yīng)。權(quán)利要求12至14中的每一項(xiàng)的主題都是分餾柱(精餾，吸收，化學(xué)反應(yīng))的用途。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。附圖中

圖1是本發(fā)明的填充物的基本布置圖；圖2示出了五個(gè)填充件構(gòu)成的條塊部分；圖3是柱的橫截視圖；圖4是疊置在四個(gè)條塊中的填充件的螺旋狀結(jié)構(gòu)；圖5是通過(guò)填充物的局部縱向剖視圖；圖6是通過(guò)圖5所示的填充物的局部橫截面圖；圖7示出了具有一個(gè)橫向敞開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰薄層的部分；圖8是通過(guò)具有條塊的填充物的橫截面圖，它可以使一個(gè)六角形刪板與該填充物聯(lián)系起來(lái)；圖9a，b是圖8所示的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10a，b是圖9a和9b的變型的視圖；圖11是通過(guò)另一個(gè)填充物的橫截面視圖；圖12是通過(guò)一個(gè)分餾柱的安裝后的填充件的縱向剖視圖。
圖1示意性地示出了由填充件2組成的本發(fā)明的填充物的一部分，這些填充物被安排成由若干條塊3，3′構(gòu)成的條束30。填充件2簡(jiǎn)單地表示成直角平行六面體。沿著點(diǎn)劃線，即條塊邊緣31，平行于柱的軸線35延伸的的每個(gè)條塊3，是由一疊毗鄰的填充件21，22，23構(gòu)成的。屬于不同的條塊3，3′的毗鄰的填充件21，21′各形成一個(gè)垂直于柱的軸線35的填充部分4。條塊3的中心線是用標(biāo)號(hào)33表示的。圓柱體5′代表沒(méi)有示出的柱壁5(參照?qǐng)D3)的內(nèi)表面。
填充件2是由用薄板或薄層1形成的板層10構(gòu)成的。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，薄層1畫(huà)成一個(gè)平面。在薄板1之間設(shè)置有待處理的流體可以從中流過(guò)的間隙狀或槽狀的中間空間100。
圖2示出了條塊疊體3的較好的實(shí)施例。條塊疊體3的填充件21，…25是相對(duì)于條塊中心線33偏心地放置的。填充件21，…25的側(cè)向槽311，…315相對(duì)于條塊邊緣31是成螺旋形步布置的。由于這種偏心的布置，毗鄰的填充件21，22，23的側(cè)表面11，12，13是相互錯(cuò)位的。采用填充件2的這種特殊的結(jié)構(gòu)布置的原因?qū)⒔Y(jié)合圖5至7進(jìn)行說(shuō)明。
圖3中的柱的橫截面示出了一個(gè)填充部分4的填充件2的結(jié)構(gòu)布置，由于板層10的交變的取向，該填充部分4具有浮橋板的形式填充件21的板層10的取向要使得間隙狀的中間空間100的側(cè)面由毗鄰的填充件21′的橫向設(shè)置的薄層1檔住。由于這種橫向的阻擋，在每一種情況下，氣體流都限于在各個(gè)條塊3，3′內(nèi)流動(dòng)。通過(guò)氣體流過(guò)條塊的導(dǎo)引，就可以防止柱中因不穩(wěn)定所出現(xiàn)的不均勻流動(dòng)。
柱的橫截面最好由條塊3，3′分成若干區(qū)域，所有的區(qū)域都具有至少大致相同的面積。在這種情況下，所要求的條塊數(shù)量可以達(dá)到最小值。
在邊界上的填充件29可以是柱壁9的圓形的形狀。它們可以制得比圖3所示的稍稍大些，以便具有與放置在中心處的填充件21大致相同的面積。
在圖1至4中所示的填充件2具有大致直角平行六面體的形狀，其中處在柱邊界5上的填充件29與此形狀有些不同，以便適應(yīng)柱的橫截面的圓形的形狀。具體地說(shuō)，填充件2具有方形的基面。但是，它們也可以是矩形的。填充件還可以是棱柱形的，具有平行四邊形的基面。
圖4示出了具有前面參照?qǐng)D2所描述的螺旋狀結(jié)構(gòu)的填充件2的平面圖。側(cè)邊緣311處在圓310上，該圓的中心線處在條塊邊緣31上。填充件22，…24的相應(yīng)的側(cè)邊緣處在由圓310和作為軸線的條塊邊緣31所限定的圓柱體上。類似的結(jié)構(gòu)布置還可以應(yīng)用于填充件21的中心211和填充件22，…24的中心，這些填充件相對(duì)于條塊的中心線33是偏心的。
填充件之間對(duì)接點(diǎn)的出現(xiàn)是與這樣一個(gè)眾所周知的問(wèn)題有關(guān)的即由于薄層的結(jié)構(gòu)作用，滴流膜會(huì)局部地偏向薄層的側(cè)邊緣。在那里，就形成了沿邊緣流動(dòng)的液體細(xì)流。這種現(xiàn)象明顯會(huì)對(duì)分餾效率產(chǎn)生負(fù)面的影響?？梢苑乐挂后w邊緣流動(dòng)出現(xiàn)的措施可以從EP-A0614695中得知(＝P.6558)。這些措施是相當(dāng)復(fù)雜的。因此，本發(fā)明提供了一種較簡(jiǎn)單的措施即前面描述的填充件的偏心布置。
圖5示出了與通過(guò)具有敞開(kāi)的交叉槽結(jié)構(gòu)的填充物的縱向剖面有關(guān)的此措施。圖6是沿圖5中VI-VI截面截取的填充件的剖視圖。雖然在圖5中示出了槽結(jié)構(gòu)，但是在圖6中只示出了板層10。增加圖7是用來(lái)描述該敞開(kāi)的交叉槽結(jié)構(gòu)。在這里，可以看到兩個(gè)毗鄰的折疊成鋸齒型的薄層1和1′的部分。薄層1和1′在折疊邊緣110和110′的交叉點(diǎn)120處是相互接觸的。薄層邊緣130是液體邊緣細(xì)流形成的地方。
由于填充件2的偏心結(jié)構(gòu)布置，它們的邊緣處會(huì)形成覆蓋區(qū)域212-見(jiàn)圖5。流下薄板1的邊緣130的填充件21的邊緣液流由較下位置處的填充件22″的條塊1″接住，再重新分配。這就解決了在填充部分4的填充件2之間的對(duì)接縫處的邊緣液流的問(wèn)題。
圖8示出了本發(fā)明的另一個(gè)填充物的實(shí)施例在條塊3之間的邊界區(qū)域在形成網(wǎng)絡(luò)的線條處與柱的橫截面交叉，該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處在六角形的刪板上。在圖9a中也示意性地示出了由填充部分4的填充件2形成的幾何結(jié)構(gòu)。線段200標(biāo)出了板層10的取向。圖9b示出了毗鄰于填充部分4的填充部分的對(duì)應(yīng)的代表件。圖9b中的取向200形成一個(gè)與圖9a中的取向200相反的形式。圖10a和10b分別示出了相對(duì)于圖9a和9b的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變型。
在圖11的代表性實(shí)施例中，填充件2具有矩形的基層，其一側(cè)，此處指較長(zhǎng)的一側(cè)，指向板層10的方向。所有的填充件2都是相同的。在填充件2之間存在間隙，該間隙可以填滿填充體35。毗鄰該填充部分的填充部分是完全同樣地構(gòu)造的。通過(guò)使結(jié)構(gòu)偏移一個(gè)由箭頭P給出的間隔，就可以得到毗鄰部分的結(jié)構(gòu)。
使流體流動(dòng)不穩(wěn)定的可能的原因之一還可以是在分離柱的下部區(qū)域中的蒸汽具有較高的溫度，因此要比上部區(qū)域的密度低些。如果在所有的填充條塊中不存在相同的溫度梯度，這樣，浮力會(huì)作用在具有較高的溫度平均值的氣柱上，這會(huì)導(dǎo)致不均勻性的增加。這種現(xiàn)象可以通過(guò)將液相以可由一個(gè)合適的液體分配器來(lái)調(diào)節(jié)的形式輸給各個(gè)條塊的方式來(lái)彌補(bǔ)。這將參照附圖12進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明條塊3′，3″可以由屬于一個(gè)較大的分配設(shè)備6的液體分配器61和62裝入液體。在基本的設(shè)置中，液體的液量是正比于相應(yīng)的條塊橫截面的。借助在條塊3′，3″上面的傳感器81和82，蒸汽流中的溫差例如由一個(gè)邏輯電路來(lái)探測(cè)。供給分配器61，62的液量可以由閥71，72根據(jù)傳感器信號(hào)來(lái)控制。在條塊3′，3″之一中的增加的蒸汽流會(huì)導(dǎo)致在相應(yīng)的傳感器81，82處有較高的溫度。通過(guò)借助液體供應(yīng)量的增加來(lái)加強(qiáng)冷卻的辦法可以獲得對(duì)蒸汽流的校正。
權(quán)利要求
1.具有一系列的至少大致地平行于柱軸線(35)排列的成形薄板(1)的用于逆流式高壓柱的填充物；其特征在于該填充物包括由在柱的軸線的方向上延伸的條塊(3，3′)構(gòu)成的條束；每個(gè)條塊是由一疊填充件(2∶21，21′，22，23)構(gòu)成的，同時(shí)，屬于不同的條塊的毗鄰的填充件(2)各形成一個(gè)垂直于柱軸線的填充部分(4)；每個(gè)填充件是由用薄板形成的板層(10)構(gòu)成的；和板層的取向要使得在薄板之間的間隙狀或溝槽狀的中間空隙(100)在側(cè)向是由橫向設(shè)置的屬于同一個(gè)填充部分的毗鄰的填充件的薄板檔住的。
2.如權(quán)利要求1所述的填充物，其特征在于同一個(gè)條塊(3)的毗鄰的填充件(2)的板層(10)被安置成相互橫向地設(shè)置；特別是，板層的取向在每一情況下變化90°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的填充物，其特征在于填充件(2)是由波紋形或鋸齒形折疊薄板(1)以這樣的方式構(gòu)成的，即使得在薄板之間的間隙狀(100)的中間空隙各有一種敞開(kāi)的橫向槽結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的填充物，其特征在于所述填充件(2)以這樣的方式沿著條塊(3)相對(duì)于條塊中心線(33)偏心地安置，使得毗鄰的填充件(21，22)的側(cè)表面(11，12)相互偏置。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的填充物，其特征在于通過(guò)條塊(3)的柱的橫截面再被分成若干區(qū)域，所有的區(qū)域都具有至少大致相同的表面面積。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)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體的形狀，而在柱的邊界上的填充件(29)具有與柱的橫截面的圓形形狀配合的與該平行六面體的形狀不同的形狀。
7.如權(quán)利要求6所述的填充物，其特征在于所述平行六面體形狀的填充件(2)具有方形的基面。
8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的填充物，其特征在于在所述條塊之間的邊界區(qū)域在基本上形成一個(gè)網(wǎng)格的線條處與柱的橫截面平面交叉，所述網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)處在一個(gè)六角形的格柵上。
9.用于物料和熱交換或用于化學(xué)反應(yīng)的高壓柱，這些過(guò)程發(fā)生在滴流膜層和逆向流動(dòng)的氣相即蒸汽相之間，所述柱裝有如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的填充物；其特征在于一個(gè)液體分配器(6)設(shè)置在填充物上方，借助該液體分配器可以產(chǎn)生相當(dāng)均勻的分布。
10.如權(quán)利要求9所述的柱，其特征在于每個(gè)條塊(3)可以裝入對(duì)應(yīng)于其橫截面面積的液量。
11.如權(quán)利要求9所述的柱，其特征在于每個(gè)條塊(3)可以裝入可調(diào)節(jié)的液量。
12.如權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的柱的用途，用于進(jìn)行精餾。
13.如權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的柱的用途，用于進(jìn)行吸收。
14.如權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的柱的用途，用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，特別是進(jìn)行催化活性反應(yīng)。
全文摘要
用于逆流式高壓柱的填充物包括一系列平行于柱的軸線排列的成型薄板。填充物包括由在柱的軸線的方向上延伸的條塊構(gòu)成的條束。每個(gè)條塊是由一疊填充件構(gòu)成的，屬于不同的條塊的毗鄰的填充件分別形成一個(gè)垂直于柱的軸線的填充部分。每個(gè)填充件是由用薄板形成的板層構(gòu)成的。而且，這些板層的取向要使得在薄層之間的空隙狀的中間空隙在側(cè)向由屬于同一個(gè)填充部分的相鄰的填充件的橫向鋪設(shè)的薄層擋住。
文檔編號(hào)B01D3/00GK1158754SQ96119298
公開(kāi)日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1996年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月29日
發(fā)明者B·布魯納, P·休斯 申請(qǐng)人:蘇舍化學(xué)技術(shù)有限公司