專利名稱：對(duì)稱性可調(diào)的堆積式結(jié)構(gòu)填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)填料。這種結(jié)構(gòu)填料專門應(yīng)用于交換塔內(nèi)，特別是在低溫空氣分離方法中應(yīng)用，但也可作其它用途，如作為熱交換器。
此處所用的術(shù)語(yǔ)”塔”指的是蒸餾或分餾塔或區(qū)，即液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)在其內(nèi)逆流接觸分離流體混合物的塔或區(qū)，例如通過氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)在安裝于塔內(nèi)的填料單元上或一組垂直間隔的塔盤或塔板上接觸而進(jìn)行分離。
術(shù)語(yǔ)”填料”指的是在塔內(nèi)使用的預(yù)定大小、形狀和結(jié)構(gòu)的實(shí)心或空心體，它們對(duì)液體提供表面積以便于在氣-液兩相逆流過程中氣液交界處發(fā)生傳質(zhì)。兩大類填料是不規(guī)則填料和結(jié)構(gòu)填料。
“不規(guī)則填料”是指這些單獨(dú)部件彼此之間或相對(duì)于塔軸線不要求任何特定方向的填料。不規(guī)則填料是細(xì)小的空心體結(jié)構(gòu)，單位容量的表面積很大，并被不規(guī)則地裝載在塔內(nèi)。
“結(jié)構(gòu)填料”是指這些單獨(dú)部件相互之間和相對(duì)于塔軸線要求特定取向的填料。結(jié)構(gòu)填料通常是由幾層疊置的或螺旋形卷繞的拉制金屬網(wǎng)或金屬織網(wǎng)篩制成。
在如蒸餾或直接接觸冷卻的方法中，其優(yōu)點(diǎn)是使用了結(jié)構(gòu)填料來促進(jìn)逆流液體和蒸汽間的傳熱和傳質(zhì)。與不規(guī)則填料或塔盤相比，這種結(jié)構(gòu)填料的好處在于傳熱傳質(zhì)效率很高而壓力損失很小。它的性能比不規(guī)則填料更可預(yù)測(cè)。
通常使液體和蒸汽以逆流接觸方式流過蒸餾塔來實(shí)現(xiàn)低溫分離空氣。氣態(tài)混合物隨易揮發(fā)的組份(如氮?dú)?濃度不斷地增加而上升，而液態(tài)混合物隨難揮發(fā)的組份(如氧氣)濃度不斷地增加而下降。各種填料或塔盤用來使液態(tài)和氣態(tài)混合物接觸以完成兩相之間的傳質(zhì)。
已有很多種將空氣低溫蒸餾分離出各組份(氧氣，氮?dú)猓瑲鍤獾鹊?的方法。

圖1示意性地表示了一座一般的低溫空氣分離裝置10。高壓原料空氣被輸送到高壓蒸餾塔2的底部?？諝庠诟邏核?內(nèi)被分離成富氮蒸汽和富氧液體。富氧液體3從高壓蒸餾塔2流入到低壓蒸餾塔4內(nèi)。富氮蒸汽5流入冷凝器6內(nèi)，在該冷凝器6內(nèi)蒸汽被冷凝以對(duì)低壓塔4進(jìn)行再沸。富氮液體7的一部分8被放出而一部分9作為液體逆流流入低壓塔4內(nèi)。在低壓塔4內(nèi)，給料(3，9)經(jīng)低溫蒸餾被分離成富氧和富氮組份。結(jié)構(gòu)填料20用來使待分離的液態(tài)和氣態(tài)氧和氮相接觸。富氮組份以蒸汽11的形式被排出。富氧組份以蒸汽12的形式被排出?；蛘?，可從圍著再沸器/冷凝器6的貯液槽的某一位置處將富氧組份以液相排出。一股廢氣流13也從低壓蒸餾塔4內(nèi)排出。可以將低壓蒸餾塔4分成多段。圖1以實(shí)例方式示出了這樣的三段(4A、4B、4C)。
最通常使用的結(jié)構(gòu)填料由垂直堆積的波紋形金屬板或塑料薄片或波紋形網(wǎng)布構(gòu)成。這些薄片具有各種形狀的孔和/或表面粗糙特性，這些孔和粗糙特性有助于提高傳熱和傳質(zhì)。然而，液體和氣體主要地局限于在兩板間的空間內(nèi)流動(dòng)。這種填料不對(duì)稱，因此各向流動(dòng)特性非常不同。流入一對(duì)板間的液體和氣體易于滯留在那對(duì)板所限定的空間內(nèi)。解決這個(gè)問題的辦法就是使連續(xù)多層結(jié)構(gòu)填料板旋轉(zhuǎn)，一般旋轉(zhuǎn)90°。美國(guó)專利No 4296050(Meier)公開了這樣一種結(jié)構(gòu)填料板。可是，每次旋轉(zhuǎn)均會(huì)造成整個(gè)填料塔內(nèi)的壓力損失。
過去人們?cè)噲D生產(chǎn)出能夠使流過這種填料塔的流體的流動(dòng)性各向一致的填料。
例如，美國(guó)專利No 4830792(Wihelm)公開水平重疊填料層的使用，每層填料具有毗連的錐體形。因此制成了替代的扇葉式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生旋渦運(yùn)動(dòng)使蒸汽朝順時(shí)針和逆時(shí)針兩方向上升。美國(guó)專利No5158712(Wilhelm)和美國(guó)專利5500160(Süess)公開了類似填料層。然而，由于這些現(xiàn)有技術(shù)的填料層受到堆積方法的限制，導(dǎo)致堆積這些現(xiàn)有填料層而形成的外形和對(duì)稱性受到限制。
現(xiàn)有技術(shù)中另一種公知的是網(wǎng)狀填料，這種填料有助于液體有效地?cái)U(kuò)散并且可獲得良好的傳質(zhì)性能，但網(wǎng)狀填料比最普通的薄片填料要貴得多。
人們希望能夠設(shè)計(jì)出一種特殊的結(jié)構(gòu)填料，這種結(jié)構(gòu)填料具有很好的低溫應(yīng)用的操作特性，如能很好地在空氣分離中應(yīng)用的特性，以及其它傳熱和傳質(zhì)特性。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)填料，這種填料具有多個(gè)如“建筑磚”那樣疊放于一起的填料單元，并安置在交換塔內(nèi)。每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體和至少一塊設(shè)置在多面體內(nèi)的交換板。每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一些交換板交叉。交換板在填料單元內(nèi)提供流動(dòng)表面。
以建筑磚砌筑方式進(jìn)行組裝而成結(jié)構(gòu)填料的填料單元可以是多種多面體的任何一種形狀，其中的某一些在圖2A-2G中示出。這些多面體包括立方體，平行六面體，圓柱體，錐體和由平面多邊形界定的其它形式，但并不限于上述這些多面體。
然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，填料單元是立方體的形狀。立方體具有一個(gè)中心和由12條等長(zhǎng)的細(xì)桿構(gòu)成的12條邊。在立方體內(nèi)設(shè)置至少一塊交換板。每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
在優(yōu)選實(shí)施例的變型中，交換板基本上在立方體中心相交叉，而每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。每塊交換板形狀包括二個(gè)等腰三角形。每一個(gè)這樣的三角形有一底邊和一頂點(diǎn)，三角形的這些頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交，這些三角形的底邊就是立方體的兩兩斜向相對(duì)的邊。
相交的交換板形成兩個(gè)錐體，每個(gè)錐體有一方形底部和相聚于錐體頂點(diǎn)的多個(gè)側(cè)面。錐體底部是立方體的相對(duì)側(cè)面，而錐體頂點(diǎn)基本上在立方體中心相交。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)錐體的至少一側(cè)是開放的，而該錐體的其它側(cè)由相交的交換板形成，從而在填料單元內(nèi)提供了流動(dòng)表面。
在另一實(shí)施例中，至少一塊交換板的表面上具有表面網(wǎng)紋。表面網(wǎng)紋由密紋形的許多溝槽帶構(gòu)成，這些溝槽帶在交換板的表面上形成交替的峰與谷。一些交換板或全部交換板上開設(shè)有許多穿過交換板排列的孔隙或孔。
在優(yōu)選實(shí)施例中用于形成每個(gè)填料單元的邊的桿基本上是直線狀，在一個(gè)替代的實(shí)施例中，桿是以波紋方式加工而成的波紋狀。這些桿基本上是光滑的或可具有表面網(wǎng)紋。
本發(fā)明設(shè)置了連接相鄰填料單元的連接裝置。該連接裝置可以包括至少一個(gè)插頭，該插頭靠近填料單元立方體(或多面體)的至少一邊。在靠近一個(gè)相鄰填料單元立方體(多面體)的一條邊處設(shè)置至少一個(gè)承窩，該承窩的尺寸能夠承插該插頭。
連接裝置也可包括至少一個(gè)接頭夾，該接頭夾將相鄰填料單元夾在一起。
本發(fā)明的另一方面是在第一相和第二相之間進(jìn)行傳熱和/或傳質(zhì)的交換塔，該交換塔具有至少一個(gè)由本發(fā)明的填料單元組裝而成的結(jié)構(gòu)填料。
本發(fā)明的另一方面還提供了一種通過蒸汽和液體在至少一座蒸餾塔內(nèi)逆流接觸低溫分離空氣的方法，其中蒸餾塔包含至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)，該傳質(zhì)區(qū)內(nèi)由上述填料單元組裝而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立氣-液接觸。幾層相鄰單元被一層層相互重疊且彼此相鄰地堆積在一起。
在本發(fā)明的還一方面，提供一種在兩種液體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的交換塔，它包括在至少一個(gè)交換塔內(nèi)使所述兩種液體接觸，在該塔內(nèi)由如上述的至少一種結(jié)構(gòu)填料建立了液-液接觸。多層相鄰單元如上所述地重疊。
在本發(fā)明的還一方面，提供一種在第一流體和第二流體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的交換塔，交換塔內(nèi)包括堆積成幾層相鄰單元的許多基本相同的填料單元，每一單元包含至少一個(gè)傾斜的表面，兩種流體在該傾斜表面上可彼此逆向流動(dòng)；還包括一個(gè)流體可流過的開口部，這些單元是可以這樣堆積起來的，即在一層內(nèi)和相鄰層間的相鄰單元的相對(duì)取向是可自由確定的。
本發(fā)明提供了很容易堆積起來形成交換塔的填料單元。單元可大量生產(chǎn)。利用這樣的方式，即通過在一個(gè)交換塔內(nèi)一層這種單元和在一個(gè)交換塔內(nèi)相對(duì)幾層這種單元之間相鄰的單元彼此相對(duì)取向的方式，易于小規(guī)模地確定和調(diào)整堆積在塔內(nèi)的許多填料單元的對(duì)稱性。將單元堆積在一起的方式和單元堆積在一起的相對(duì)取向具有很大的靈活性，并給予交換塔的生產(chǎn)者和使用者很大的設(shè)計(jì)自由度。本發(fā)明的交換塔結(jié)構(gòu)改善了自由流動(dòng)的流體在穿過塔平面的兩個(gè)正交方向上的流體擴(kuò)散性。單元的機(jī)械強(qiáng)度高并且可以如”建筑磚”那樣容易且簡(jiǎn)單地堆積在一起。
下面，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是空氣分離裝置的示意正視圖；圖2A-2G示出了一些多邊形，本發(fā)明的一些填料單元可以采用這些形狀；
圖3示出填料單元的第一實(shí)施例的透視圖；圖4示出填料單元的第二實(shí)施例的透視圖；圖5和圖6是將相鄰填料單元連接在一起的接頭夾的平面圖和正視圖；圖7示出具有連接裝置的填料單元的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖8是圖7所示單元的連接裝置的詳細(xì)圖。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)填料，這種結(jié)構(gòu)填料具有多個(gè)堆積在一起的填料單元。類似于“建筑磚”那樣進(jìn)行堆積而成的單獨(dú)填料單元的形狀可以采用任何一種多面體的形狀，圖2A至2G示出了其中的一些多面體形狀。
圖3示出了結(jié)構(gòu)填料單元30為立方體的一個(gè)實(shí)施例。立方體填料單元30具有標(biāo)以A-H的8個(gè)頂點(diǎn)。用O表示該立方體單元的中心。圖3實(shí)施例中的立方體單元30的邊是光滑的直桿31。每條直桿31連接相對(duì)的一對(duì)相鄰頂點(diǎn)，例如AB,BC,CD,DA。因此，結(jié)構(gòu)填料單元30是籠式外形結(jié)構(gòu)。桿31可以用任何合適材料制造，如金屬(例如鋁)或塑料。
設(shè)置了多塊交換板32，這些交換板32將頂點(diǎn)A-H中的幾對(duì)和頂點(diǎn)A-H中的另外幾對(duì)連接。在圖3的實(shí)施例中，填料單元30具有提供流動(dòng)表面的三塊交換板32。每塊交換板32用于連接一對(duì)相鄰頂點(diǎn)(例如頂點(diǎn)A和D)和斜對(duì)的那對(duì)相鄰頂點(diǎn)(F和G)并且連接立方體單元30的一條邊(例如AD邊)和斜對(duì)邊(FG)?？梢詮膱D中看出，交換板32在立方體30的中心O相交叉，且交換板32的平面與立方體單元30的側(cè)面成45°。
在圖3所示實(shí)施例中，每塊交換板32有一沙漏形，該沙漏形由兩個(gè)等腰三角形構(gòu)成。每塊板32的寬度朝著立方體單元30的中心O逐漸變小。從而，各個(gè)交換板32幾乎在立方體單元30的中心O交叉。如想象的那樣，本發(fā)明需要幾塊交換板在立方體中心點(diǎn)處交叉。另外，這些交換板差不多可以彼此以很小且有限的距離異面相交。該距離的作用在于能夠增強(qiáng)機(jī)械整體性。交叉的交換板32形成相對(duì)的方錐體結(jié)構(gòu)33,34，其錐尖在立方體單元30的中心O相交，而錐體的基面與立方體單元30的相對(duì)側(cè)面ABCD、EFGH為共面的。
在具有8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面的多面體結(jié)構(gòu)填料30[(如立方體(如圖2A所示)或平行六面體(圖2F所示)，或具有相對(duì)端部、每個(gè)端部帶四個(gè)頂點(diǎn)的多面體]中，交換板32用于連接單元30的斜對(duì)兩邊，最多可用四塊交換板32。在單元30中使用的交換板32為一至四塊中的任意數(shù)量，其最好的方式是錐體結(jié)構(gòu)33,34具有可供流體流過的開孔部分。在圖3所示的實(shí)施例中，該單元30中使用了三塊交換板32。在此方式中，由交換板32構(gòu)成的錐體結(jié)構(gòu)33,34具有可供流體流過的開孔面33,34。填料單元30無論采用什么樣的結(jié)構(gòu)圖形，其最好的方式是保留一個(gè)由交換板32在單元30的中心形成的流體可流過這種結(jié)構(gòu)的開孔通道。
最好部分或全部交換板32具有能夠提高單元30在流過交換板32的二股流體間增強(qiáng)傳質(zhì)和/或傳熱性能的表面網(wǎng)紋。特別地，交換板32有平行和規(guī)則間隔的帶35，此處稱為“溝槽帶”。溝槽35由密紋形溝槽36或由公知的方法在交換板32的表面上加工的波紋或條紋形成，這些方法可以是模制法、沖壓法或用合適的模具滾壓的滾壓法。溝槽35的帶既不需嚴(yán)格地平行也無需均勻間隔。交換板32的其它合適的表面網(wǎng)紋對(duì)于該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。
最好一些或全部交換板32還具有多條排列穿過交換板32的孔隙或孔37，如圖3中的一塊交換板32所示?？紫痘蚩?7可以是規(guī)則排列或隨機(jī)排列地穿過交換板32。
槽35和通孔37的區(qū)域都能在流過由這種填料單元30構(gòu)成的傳質(zhì)和/或傳熱塔的二股流體之間促進(jìn)它們的有效傳質(zhì)和/或傳熱。
在本實(shí)施例中，立方體填料單元30的邊長(zhǎng)為8.5mm，其表面積與容積的比為500m2/m3。該表面積與容積的比很高，該比表明本發(fā)明的填料單元30可以得到高度有效的特性。
圖4示出了不同于圖3的填料單元30。在圖4的實(shí)施例中，連接桿31不是直線，而是在相應(yīng)的幾對(duì)頂點(diǎn)間以波紋方式形成。直桿31可附加地或替代地具有表面網(wǎng)紋。通過設(shè)置波紋形的和/或具有表面網(wǎng)紋的桿31，就能夠促進(jìn)流過填料單元30的流體擴(kuò)散和排出。
將填料單元30堆放在一起形成用于如空氣分離塔的交換塔內(nèi)的填料單元柱。在一個(gè)水平層內(nèi)具有幾個(gè)填料單元30，而在一個(gè)塔內(nèi)相互重疊了多層。具有的優(yōu)點(diǎn)是能夠使每一個(gè)單元30相對(duì)于鄰近的單元30作旋轉(zhuǎn)，這些單元不限于一層內(nèi)的或幾層間的。例如，沿垂直軸運(yùn)動(dòng)(圖中用Z示出)，每個(gè)單元30都可以繞垂直軸相對(duì)于其下或其上的單元30旋轉(zhuǎn)90°。在某些情況下，當(dāng)朝一個(gè)方向(例如垂直向上)移動(dòng)時(shí)，要求朝同一方向(即順時(shí)針或逆時(shí)針)旋轉(zhuǎn)，或者也可以改變旋轉(zhuǎn)方向以使垂直向上移動(dòng)的相鄰塊交替地朝順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。其它的旋轉(zhuǎn)方式也可以采用且根據(jù)所需的操作性能來選擇。在一座流體以逆流方式流過該塔的交換塔內(nèi)，優(yōu)選的是所有交換板32與垂直面成45°角。
在一座交換塔內(nèi)，可以簡(jiǎn)單地將填料單元30一塊塊相互重疊且相鄰地堆放在一起。但在某種情況下，需要將相鄰填料單元30連接在一起，以便于處理重疊的填料單元30。圖5和圖6示出了這樣的例子。可使用帶四個(gè)尖頭41的接頭夾40在這些填料單元30的毗連頂點(diǎn)處將8個(gè)相鄰填料單元30一起夾住。交換板32在靠近填料單元30的頂點(diǎn)處可有小通孔(孔隙)，接頭夾40的尖頭41能穿過這些通孔而將填料單元30連接在一起。
連接相鄰填料單元30的連接裝置的另外一個(gè)實(shí)施例是如圖7和8所示。在本實(shí)施例中，填料單元30的每個(gè)頂點(diǎn)A-H均有至少一個(gè)承窩42或一個(gè)插頭43。為了能夠給插頭43提供堅(jiān)硬底座并足夠地支承承窩42，桿31可以制成向以51標(biāo)示的頂點(diǎn)擴(kuò)大的喇叭狀。每個(gè)插頭43以平行于立方體填料單元30側(cè)邊的方向突出于立方體填料單元30。在每個(gè)頂點(diǎn)A-H處設(shè)置的插頭43和承窩42的形狀和數(shù)量應(yīng)該當(dāng)在將單元30疊放在一起時(shí)使得一個(gè)填料單元30上的插頭43能夠插入到相鄰單元30上的承窩42內(nèi)。
本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的板式填料單元。填料單元30以建筑磚的方式簡(jiǎn)單組裝以便為交換塔提供填料。填料單元彼此間的對(duì)稱性可以小規(guī)模調(diào)整和改變。流體流過由填料單元30構(gòu)成的交換塔時(shí)能得到各向同性流動(dòng)，且流體在塔內(nèi)流過的混合效率很高。以不同的方式來配置填料單元，其形狀可得到很大的變化，這無論是在交換塔的特定層內(nèi)(即橫向變化)或者是按照垂直方向的相鄰單元30的相對(duì)取向均是如此。根據(jù)需要可以改變填料單元30的尺寸。在某些情況下，在單一交換塔內(nèi)使用不同尺寸、外形或交換板配置不同的填料單元30是有好處的。填料單元30的機(jī)械強(qiáng)度高。桿31實(shí)際上能夠支承所有疊積在上方的填料單元30的負(fù)載，這就意味著交換板32可以是很薄的。這樣就促進(jìn)了有效傳質(zhì)和/或傳熱，而同樣也表明可節(jié)省材料減輕重量。交換板32可沿三角形的整個(gè)基部連接到相應(yīng)的桿31上，這樣又能增加交換板32的機(jī)械強(qiáng)度。單塊填料單元30能夠大量地生產(chǎn)并組裝。
制造交換板32的方式很多。例如，由兩個(gè)圖3實(shí)施例所示的開口錐體33,34組成的整體錐體成形方法可以是單一擠壓法，模制法，鑄造法或其它成形方法?；蛘?，每個(gè)錐體結(jié)構(gòu)33,34可以是單一或多個(gè)整體模制件，這些模制而成的錐體構(gòu)件33,34可在組裝填料單元30的過程中在它們的頂點(diǎn)處連接起來。
以上參照附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。但是應(yīng)該清楚在本發(fā)明的權(quán)利要求請(qǐng)求保護(hù)的范圍內(nèi)可以作出改型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種結(jié)構(gòu)填料，其具有多個(gè)疊放于一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和至少一塊設(shè)置在多面體內(nèi)具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
2．一種結(jié)構(gòu)填料，其具有多個(gè)疊放于一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和多塊設(shè)置在多面體內(nèi)、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于至少某些交換板相交叉。
4．一種結(jié)構(gòu)填料，其具有多個(gè)疊放于一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和至少一塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于至少一塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
6．一種結(jié)構(gòu)填料，其具有多個(gè)疊放于一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和多塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于交換板基本上在立方體中心相交叉，而每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于每塊交換板的形狀包括二個(gè)等腰三角形，每個(gè)三角形有一底邊和一頂點(diǎn)，三角形的這些頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交，這些三角形底邊就是立方體的兩兩斜向相對(duì)的邊。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于相交的交換板形成兩個(gè)錐體，每個(gè)錐體有一方形底部和相交于錐體頂點(diǎn)的多個(gè)側(cè)面，錐體的底部是立方體的相對(duì)側(cè)面，而錐體的頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于每個(gè)錐體的一側(cè)是開放的，而該錐體的其它側(cè)由相交的交換板形成。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于多面體是圓柱體。
12．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于多面體是平行六面體。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于至少一個(gè)交換板在其表面上具有表面網(wǎng)紋。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于表面網(wǎng)紋由密紋形的許多溝槽帶構(gòu)成，這些溝槽帶在至少一塊交換板的表面上形成交替的峰與谷。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于在該至少一塊交換板上還包括許多孔隙。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于所述桿基本是直線形的。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于所述桿是波浪形的。
18．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于所述桿的表面為網(wǎng)紋狀。
19．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于還包括連接相鄰填料單元的連接裝置。
20．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于該連接裝置包括至少一個(gè)插頭，該插頭鄰近多面體填料單元的至少一條邊；和設(shè)置在靠近一個(gè)相鄰多面體形填料單元的至少一條邊處的至少一個(gè)孔隙，所述的至少一個(gè)孔隙的尺寸能夠承插該至少一個(gè)插頭。
21．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)填料，其特征在于連接裝置還包括至少一個(gè)接頭夾，該接頭夾將相鄰填料單元夾在一起。
22．一種交換塔，用以在第一相和第二相之間進(jìn)行傳熱和/或傳質(zhì)，該交換塔具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料，該結(jié)構(gòu)填料具有許多堆積在一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和至少一塊設(shè)置在多面體內(nèi)具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
23．一種交換塔，用以在第一相和第二相之間進(jìn)行傳熱和/或傳質(zhì)，該交換塔具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料，該結(jié)構(gòu)填料具有許多堆積在一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和多塊設(shè)置在多面體內(nèi)、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的交換塔，其特征在于至少某些交換板相交叉。
25．一種交換塔，用以在第一相和第二相之間進(jìn)行傳熱和/或傳質(zhì)，該交換塔具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料，該結(jié)構(gòu)填料具有許多堆積在一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和至少一塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的交換塔，其特征在于每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
27．一種交換塔，用以在第一相和第二相之間進(jìn)行傳熱和/或傳質(zhì)，該交換塔具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料，該結(jié)構(gòu)填料具有許多堆積在一起的填料單元，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和多塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
28．根據(jù)權(quán)利要求27所述的交換塔，其特征在于交換板基本上在立方體中心相交叉，而每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
29．根據(jù)權(quán)利要求28所述的交換塔，其特征在于每塊交換板的形狀包括二個(gè)等腰三角形，每個(gè)三角形有一底邊和一頂點(diǎn)，三角形的這些頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交，這些三角形底邊就是立方體的兩兩斜向相對(duì)的邊。
30．根據(jù)權(quán)利要求29所述的交換塔，其特征在于相交的交換板形成兩個(gè)錐體，每個(gè)錐體有一方形底部和相交于錐體頂點(diǎn)的多個(gè)側(cè)面，錐體的底部是立方體的相對(duì)側(cè)面，而錐體的頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交。
31．根據(jù)權(quán)利要求30所述的交換塔，其特征在于每個(gè)錐體的一側(cè)是開放的，而該錐體的其它側(cè)由相交的交換板形成。
32．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于多面體是圓柱體。
33．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于多面體是平行六面體。
34．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于該至少一個(gè)交換板在其表面上具有表面網(wǎng)紋。
35．根據(jù)權(quán)利要求34所述的交換塔，其特征在于表面網(wǎng)紋由密紋形的許多溝槽帶構(gòu)成，這些溝槽帶在至少一塊交換板的表面上形成交替的峰與谷。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的交換塔，其特征在于在該至少一塊交換板上還包括許多孔隙。
37．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于所述桿基本是直線形的。
38．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于所述桿是波浪形的。
39．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于所述桿的表面為網(wǎng)紋狀。
40．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于還包括連接相鄰填料單元的連接裝置。
41．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于該連接裝置包括至少一個(gè)插頭，該插頭鄰近多面體填料單元的至少一條邊；和設(shè)置在靠近一個(gè)相鄰多面體形填料單元的至少一條邊處的至少一個(gè)孔隙，所述的至少一個(gè)孔隙的尺寸能夠承插該至少一個(gè)插頭。
42．根據(jù)權(quán)利要求22所述的交換塔，其特征在于連接裝置還包括至少一個(gè)接頭夾，該接頭夾將相鄰填料單元夾在一起。
43．一種通過蒸汽和液體在至少一座蒸餾塔內(nèi)逆流接觸進(jìn)行低溫空氣分離的方法，其中蒸餾塔包含至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)，該傳質(zhì)區(qū)內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立氣-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和至少一塊設(shè)置在多面體內(nèi)具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
44．一種通過蒸汽和液體在至少一座蒸餾塔內(nèi)逆流接觸進(jìn)行低溫空氣分離的方法，其中蒸餾塔包含至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)，該傳質(zhì)區(qū)內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立氣-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和多塊設(shè)置在多面體內(nèi)、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
45．根據(jù)權(quán)利要求44所述的低溫空氣分離方法，其特征在于至少某些交換板相交叉。
46．一種通過蒸汽和液體在至少一座蒸餾塔內(nèi)逆流接觸進(jìn)行低溫空氣分離的方法，其中蒸餾塔包含至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)，該傳質(zhì)區(qū)內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立氣-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和至少一塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
47．根據(jù)權(quán)利要求46所述的低溫空氣分離方法，其特征在于每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
48．一種通過蒸汽和液體在至少一座蒸餾塔內(nèi)逆流接觸進(jìn)行低溫空氣分離的方法，其中蒸餾塔包含至少一個(gè)傳質(zhì)區(qū)，該傳質(zhì)區(qū)內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立氣-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由1 2根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和多塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
49．根據(jù)權(quán)利要求48所述的低溫空氣分離方法，其特征在于交換板基本上在立方體中心相交叉，而每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
50．根據(jù)權(quán)利要求49所述的低溫空氣分離方法，其特征在于每塊交換板的形狀包括二個(gè)等腰三角形，每個(gè)三角形有一底邊和一頂點(diǎn)，三角形的這些頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交，這些三角形底邊就是立方體的兩兩斜向相對(duì)的邊。
51．根據(jù)權(quán)利要求50所述的低溫空氣分離方法，其特征在于相交的交換板形成兩個(gè)錐體，每個(gè)錐體有一方形底部和相交于錐體頂點(diǎn)的多個(gè)側(cè)面，錐體的底部是立方體的相對(duì)側(cè)面，而錐體的頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交。
52．根據(jù)權(quán)利要求51所述的低溫空氣分離方法，其特征在于每個(gè)錐體的一側(cè)是開放的，而該錐體的其它側(cè)由相交的交換板形成。
53．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于多面體是圓柱體。
54．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于多面體是平行六面體。
55．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于該至少一個(gè)交換板在其表面上具有表面網(wǎng)紋。
56．根據(jù)權(quán)利要求55所述的低溫空氣分離方法，其特征在于表面網(wǎng)紋由密紋形的許多溝槽帶構(gòu)成，這些溝槽帶在至少一塊交換板的表面上形成交替的峰與谷。
57．根據(jù)權(quán)利要求56所述的低溫空氣分離方法，其特征在于在該至少一塊交換板上還包括許多孔隙。
58．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于所述桿基本是直線形的。
59．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于所述桿是波浪形的。
60．根據(jù)權(quán)利要求43所述的交換塔，其特征在于所述桿的表面為網(wǎng)紋狀。
61．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于還包括連接相鄰填料單元的連接裝置。
62．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于該連接裝置包括至少一個(gè)插頭，該插頭鄰近多面體填料單元的至少一條邊；和設(shè)置在靠近一個(gè)相鄰多面體形填料單元的至少一條邊處的至少一個(gè)孔隙，所述的至少一個(gè)孔隙的尺寸能夠承插該至少一個(gè)插頭。
63．根據(jù)權(quán)利要求43所述的低溫空氣分離方法，其特征在于連接裝置還包括至少一個(gè)接頭夾，該接頭夾將相鄰填料單元夾在一起。
64．一種在兩種液體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的方法，包括在至少一個(gè)交換塔內(nèi)使所述兩種液體接觸，在該塔內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立了液-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和至少一塊設(shè)置在多面體內(nèi)具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
65．一種在兩種液體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的方法，包括在至少一個(gè)交換塔內(nèi)使所述兩種液體接觸，在該塔內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立了液-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體，和多塊設(shè)置在多面體內(nèi)、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到多面體的另一邊上。
66．根據(jù)權(quán)利要求65所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于至少某些交換板相交叉。
67．一種在兩種液體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的方法，包括在至少一個(gè)交換塔內(nèi)使所述兩種液體接觸，在該塔內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立了液-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和至少一塊設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
68．根據(jù)權(quán)利要求67所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
69．一種在兩種液體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的方法，包括在至少一個(gè)交換塔內(nèi)使所述兩種液體接觸，在該塔內(nèi)由多個(gè)填料單元堆積而成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)填料建立了液-液接觸，其特征在于每個(gè)填料單元包括一立方體，該立方體具有一個(gè)中心和由12根等長(zhǎng)細(xì)桿形成的12條邊，和多決設(shè)置在立方體內(nèi)的、具有第一端和第二端的交換板，其中每塊交換板的第一端連接到立方體的某條不同邊上，而每塊交換板的第二端連接到立方體的斜對(duì)邊上。
70．根據(jù)權(quán)利要求69所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于交換板基本上在立方體中心相交叉，而每塊交換板的寬度朝著立方體的中心逐漸縮小。
71．根據(jù)權(quán)利要求70所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于每塊交換板的形狀包括二個(gè)等腰三角形，每個(gè)三角形有一底邊和一頂點(diǎn)，這些三角形的頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交，這些三角形的底邊就是立方體的兩兩斜向相對(duì)的邊。
72．根據(jù)權(quán)利要求71所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于相交的交換板形成兩個(gè)錐體，每個(gè)錐體有一方形底部和相交于錐體頂點(diǎn)的多個(gè)側(cè)面，錐體的底部是立方體的相對(duì)側(cè)面，而錐體的頂點(diǎn)基本上在立方體的中心相交。
73．根據(jù)權(quán)利要求72所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于每個(gè)錐體的一側(cè)是開放的，而該錐體的其它側(cè)由相交的交換板形成。
74．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于多面體是圓柱體。
75．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于多面體是平行六面體。
76．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于該至少一個(gè)交換板在其表面上具有表面網(wǎng)紋。
77．根據(jù)權(quán)利要求76所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于表面網(wǎng)紋由密紋形的許多溝槽帶構(gòu)成，這些溝槽帶在至少一塊交換板的表面上形成交替的峰與谷。
78．根據(jù)權(quán)利要求77所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于在該至少一塊交換板上還包括許多孔隙。
79．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于所述桿基本是直線形的。
80．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于所述桿是波浪形的。
81．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于所述桿的表面為網(wǎng)紋狀。
82．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于還包括連接相鄰填料單元的連接裝置。
83．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于該連接裝置包括至少一個(gè)插頭，該插頭鄰近多面體填料單元的至少一條邊；和靠近一個(gè)相鄰多面體形填料單元的至少一條邊處的至少一個(gè)孔隙，所述的至少一個(gè)孔隙的尺寸能夠承插該至少一個(gè)插頭。
84．根據(jù)權(quán)利要求64所述的在兩種液體間傳質(zhì)和/或傳熱的方法，其特征在于連接裝置還包括至少一個(gè)接頭夾，該接頭夾將相鄰填料單元夾在一起。
85．一種在第一流體和第二流體間進(jìn)行傳質(zhì)和/或傳熱的交換塔，交換塔內(nèi)包括堆積成幾層相鄰單元的許多基本相同的填料單元，每一單元包括至少一個(gè)傾斜的流動(dòng)表面，兩種流體在該傾斜表面上可彼此逆向流動(dòng)；還包括一個(gè)流體可流過的開口部，這些單元是可以這樣堆積起來的，即在一層內(nèi)和相鄰層之間的相鄰單元的相對(duì)取向是可自由確定的。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)填料,具有許多如“建筑磚”那樣砌筑在一起的填料單元作為交換塔內(nèi)的填料。每一填料單元包括由多根細(xì)長(zhǎng)桿形成其多個(gè)邊的多面體。至少一塊交換板設(shè)置在多面體內(nèi),各交換板的第一端連接到多面體的某條不同邊上,第二端連接到多面體的另一邊上。在一個(gè)實(shí)施例中,相交的交換板在立方體形填料單元內(nèi)形成兩個(gè)錐體,其底部是立方體相對(duì)側(cè)面,其頂點(diǎn)基本在立方體中心相交。各錐體的至少一側(cè)是開放的,其它側(cè)由相交的交換板形成并在填料單元內(nèi)提供流動(dòng)表面。
文檔編號(hào)B01J19/30GK1220913SQ9811869
公開日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1998年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月25日
發(fā)明者S·森德 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司