規整填料及方法技術

一種由多個波紋矩形片形成的規整填料及一種關于其使用的方法。波紋的端部區域設有從片的相對邊緣與其成直角向內延伸的直的平行波紋，以減小填料層之間的界面處的壓降，且從而增大液壓能力。促進波紋的主區域內的下降液相與上升汽相之間的接觸，波紋的主區域具有與相對邊緣成銳角定向的波紋的直的平行區段。具有波紋的弓形區段的過渡區域連接主區域和端部區域內的波紋，以減小規整填料內的內部壓降，且從而進一步減小界面處的壓降和進一步增大液壓能力。

Structured packing and method

A structured filler consisting of a plurality of corrugated rectangular sheets and a method of use thereof. The end area of the corrugation is provided with a straight parallel corrugation extending from the opposite edge of the sheet to its right angle to reduce the pressure drop at the interface between the filler layers and thereby increase hydraulic capacity. The contact between the falling liquid and the rising vapor in the main area of the ripple is promoted, and the main area of the corrugation has a straight parallel section with a sharp angle aligned with the opposite edge. The bow section has a transition region of the corrugated corrugated connecting main region and the end region, the internal pressure drop in structured packing is reduced, and thus further reduce the pressure drop at the interface and further increase the hydraulic capacity.

【技術實現步驟摘要】
規整填料及方法本申請是一項專利技術申請的分案申請，其母案的專利技術名稱是規整填料及方法，申請日是2013年10月14日，申請號是201380064770.6（國際申請號：PCT/US2013/064833）。
本專利技術涉及一種規整填料及使用此規整填料的方法，其中規整填料由以并列關系布置且具有重復起伏圖案的波紋的多個矩形片形成，波紋在相鄰的片中穿過彼此。更具體而言，本專利技術涉及此類規整填料及方法，其中各個片的波紋均具有波紋與片的邊緣成直角的端部區域，波紋定向成與片的邊緣成銳角的主區域，以及連接端部區域和主區域內的波紋且具有弓形構造的波紋的過渡區域。
技術介紹
規整填料長久以來用作傳質接觸元件來用于諸如進行蒸餾和吸收過程的目的。規整填料的關鍵優點在于它們提供用于傳質的較大表面面積，同時呈現出較寬操作范圍內的較低壓降。例如，此規整填料在空氣的低溫蒸餾中用于降低空氣分離單元的低壓塔內的壓降，空氣分離單元還具有以傳熱關系聯接至低壓塔的高壓塔。與塔盤(tray)相反，借助于此規整填料的低壓塔內的較低壓降將壓力減小至進入空氣需要壓縮的壓力，且因此也減小了電力消耗。此外，此規整填料用于連接到低壓塔上的氬塔中，以通過足夠的分離級數將氬與氧分離，使氬產物基本上不包含氧。規整填料由以并排關系布置的多個波紋片形成，以便相鄰片中的波紋穿過彼此。在規整填料用于蒸餾的情況下，規整填料以填料或層的垂直組布置在蒸餾塔內，且從頂部由待分離的混合物的液相給送，和從底部由混合物的汽相給送。由于波紋的交叉，故液相趨于擴散穿過填料且作為液膜下降。蒸汽向上流過波紋，且還趨于擴散穿過填料和接觸下降液體。蒸汽和液體的緊密接觸產生了趨于平衡的液體和蒸汽混合物的變化。結果，下降液體在其下降穿過填料時將變得此后集中于待分離的混合物的揮發性較低的成分中，而蒸汽在其上升穿過填料時將日益變得此后集中于混合物的揮發性較高的成分中。規整填料分層提供，其中一個層中的片定向成與另一層成直角，以進一步促進液體和蒸汽混合。在規整填料以及任何傳質接觸元件中，液泛表示填料將不再起作用的極限。每個規整填料都具有壓降開始快速升高的液泛能力(hydraulicfloodingcapacity)。其原因在于由于過大的上流蒸汽阻止了液流向下穿過填料，因此液體開始累積在填料層之間的界面處，導致了引起液泛的壓降的快速升高。將注意的是，在填料層之間的界面處的層之間的此壓降和所得持液量總是大于在填料本體中的，因為形成在波紋之間(如，填料層之間)的流動通道未對準。在任何情況下，大約同時還開始達到操作液泛點，在該處，填料的傳質效率快速下降，或換言之，HETP(理論等板高度)快速升高。進行特定蒸餾的特定規整填料的液泛極限代表對穿過蒸餾塔的流速的限制，其大部分通過填料密度的適當選擇和/或提供產生決不會出現液泛的足夠低的蒸汽速率的塔直徑來解決。然而，當密度減小時，填料的效率也降低，繼而又增加了蒸餾塔高度要求。塔尺寸和直徑將對設備的制造成本有直接影響。因此，重要的是，特定規整填料的液泛能力盡可能高。如上文所述，在常規填料中，波紋相對于填料片的邊緣成恒定銳角穿過填料。在填料層之間時，波紋的角度在沿蒸汽和液體兩者的流動方向上產生突然變化，其作用為限制液壓能力。現有技術提供了規整填料，其設計有對波紋的端部或邊緣改型，以減小蒸汽流動方向上的突然變化，以提高此規整填料的液壓能力。US5,632,934中公開了具有提高的液壓能力的規整填料的實例。在此專利中，規整填料的波紋具有波紋設置成與填料片的相對邊緣成銳角的中心區域和與相對邊緣成直角的端部區域。此效果在于減小蒸汽在其從填料的下層流動且進入位于下層上方的填料層中時的阻力，且允許液體以低于常規填料的阻力落到下層上。結果，此填料的液壓能力大于沒有此邊緣改型的常規填料。US6,206,349公開了也設計成具有提高的液壓能力的另一種規整填料。在該專利中公開的規整填料中，各個填料片內的波紋均設有端部或末端部分，其從波紋的中心區段朝填料片的邊緣彎曲，以便蒸汽流動方向上的變化不會很突然，而是更漸變。該專利中還提供了網格狀結構，其可置于常規的填料片之間，這并未使彎曲邊緣改型與在蒸汽進入規整填料的上層時減少蒸汽流動方向上的變化的意圖結合。如將論述的那樣，本專利技術提供了一種規整填料，其除其他優點外還具有大于上文提到的現有技術的液壓能力，且進一步，具有優于現有技術的那些操作特性。
技術實現思路
本專利技術提供了一種規整填料，其包括以并列關系布置的多個矩形片。各個矩形片均具有兩個相對表面、位于兩個相對表面之間遍布且連通的多個開口，以及連接兩個相對邊緣且以重復起伏圖案布置的波紋，該波紋具有位于鄰近彼此的交替的峰部和谷部。矩形片的波紋具有端部區域、主區域和過渡區域。端部區域包含波紋的直的平行區段，其從各個片的兩個相對邊緣中的一個與邊緣成直角向內延伸。主區域包含定向成與各個片的兩個相對邊緣成銳角的波紋的直的平行區段，且過渡區域具有波紋的弓形區段，其連接在其相對端處的主區域和過渡區域的波紋的直的平行區段。這種連接實現為使得波紋的直的平行區段的峰部的頂點與過渡區域內的其相對端處的波紋的弓形區段的峰部的頂點的切線重合。矩形片定向成使得端部區域、主區域和過渡區域定位成與彼此相對，其中相鄰的矩形片的主區域的波紋的直的平行區段成交叉關系。本專利技術還提供了一種接觸在蒸餾塔內待蒸餾的混合物的下降液相和上升汽相的方法。根據所述方法，下降液相和上升汽相在垂直地布置在蒸餾塔內的多層規整填料內接觸，使得下降液相和上升汽相穿過界面，該界面分別位于規整填料層之間。規整填料的各層均包括以并列關系布置的多個矩形片，其中規整填料的上層中的片定向成與規整填料的下層中的片成直角。各個矩形片均具有兩個相對表面、位于兩個相對表面之間遍布且連通的多個開口、以及連接兩個相對邊緣且以重復起伏圖案布置的波紋，該圖案具有位于鄰近彼此的交替的峰部和谷部。通過使下降液相和上升汽相穿過波紋的端部區域來減小界面處的壓降和增大規整填料的液壓能力，波紋的端部區域位于彼此相對和具有從各個片的兩個相對邊緣的至少底部與邊緣成直角延伸的波紋的直的平行區段。下降液相與上升汽相之間的接觸在波紋的主區域內得到促進，波紋的主區域具有與端部區域間隔開的、定向成與兩個相對邊緣成銳角的波紋的直的平行區段，且其中相鄰成對的矩形片的主區域內的波紋成交叉關系。通過使下降液相和上升汽相穿過波紋的過渡區域來減小規整填料內的內部壓降，從而進一步減小了界面處的壓降，且進一步增大液壓能力。過渡區域定位成彼此相對，且在其相對端處具有連接主區域和過渡區域的波紋的直的平行區段的波紋的弓形區段。這種連接實現為使得波紋的直的平行區段的峰部的頂點與過渡區域內的其相對端處的波紋的弓形區段的峰部的頂點的切線重合。如將論述的那樣，已經發現結合弓形波紋的過渡區域有助于優于現有技術的液壓能力的進一步提高。盡管不希望堅持操作原理，但這里專利技術人認為，在僅具有波紋與填料片的邊緣成直角的端部改型的現有技術的規整填料中，填料內部的液體和蒸汽產生填料片自身內的方向上的突然變化，導致了內部湍流和壓降。這對其中蒸汽進入且液體排出的填料的邊緣有影響。在填料具有延伸至填料片的邊緣的彎曲改型的情況中，所認為的是在變化的方向上，蒸汽上流迫使同時下降的液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種規整填料，其構造成便于在蒸餾塔內在下降液體和上升蒸汽之間傳質，所述規整填料包括：以并列關系布置的多個矩形片，其分別具有兩個相對表面、位于所述兩個相對表面之間遍布和連通的多個開口、以及連接兩個相對邊緣且以重復起伏圖案布置的波紋，所述圖案具有位于鄰近彼此的交替的峰部和谷部；所述矩形片的波紋具有端部區域、主區域、和過渡區域；所述端部區域包含從各個所述片的兩個相對邊緣中的一個與所述邊緣成直角向內延伸的所述波紋的直的平行區段，所述主區域包含與各個所述片的兩個相對邊緣成銳角定向的所述波紋的直的平行區段，所述過渡區域具有在其相對端處連接所述主區域和所述過渡區域的所述波紋的直的平行區段的所述波紋的弓形區段，使得所述波紋的直的平行區段的峰部的頂點與所述過渡區域內的在其相對端處的所述波紋的弓形區段的峰部的頂點的切線重合；所述矩形片定向成使得所述端部區域、所述主區域和所述過渡區域定位成相對于彼此，其中相鄰矩形片的所述主區域的波紋的直的平行區段成交叉關系；其中，所述端部區域具有減小所述波紋的端部區域中流動的下降液體的內部持液量的作用以及所述過渡區域具有減小所述波紋的過渡區域中流動的下降液體的內部湍流的作用。...

【技術特征摘要】
2012.12.11 US 13/7110291.一種規整填料，其構造成便于在蒸餾塔內在下降液體和上升蒸汽之間傳質，所述規整填料包括：以并列關系布置的多個矩形片，其分別具有兩個相對表面、位于所述兩個相對表面之間遍布和連通的多個開口、以及連接兩個相對邊緣且以重復起伏圖案布置的波紋，所述圖案具有位于鄰近彼此的交替的峰部和谷部；所述矩形片的波紋具有端部區域、主區域、和過渡區域；所述端部區域包含從各個所述片的兩個相對邊緣中的一個與所述邊緣成直角向內延伸的所述波紋的直的平行區段，所述主區域包含與各個所述片的兩個相對邊緣成銳角定向的所述波紋的直的平行區段，所述過渡區域具有在其相對端處連接所述主區域和所述過渡區域的所述波紋的直的平行區段的所述波紋的弓形區段，使得所述波紋的直的平行區段的峰部的頂點與所述過渡區域內的在其相對端處的所述波紋的弓形區段的峰部的頂點的切線重合；所述矩形片定向成使得所述端部區域、所述主區域和所述過渡區域定位成相對于彼此，其中相鄰矩形片的所述主區域的波紋的直的平行區段成交叉關系；其中，所述端部區域具有減小所述波紋的端部區域中流動的下降液體的內部持液量的作用以及所述過渡區域具有減小所述波紋的過渡區域中流動的下降液體的內部湍流的作用。2.根據權利要求1所述的規整填料，其特征在于：所述端部區域和所述過渡區域為第一端部區域和第一過渡區域；所述矩形片的波紋具有與所述第一端部區域和所述第一過渡區域相同的第二端部區域和第二過渡區域，且其中所述第二過渡區域構造為所述第一過渡區域的鏡像；所述第二端部區域的波紋的直的平行區段從各個所述片的兩個相對邊緣中的另一個延伸；以及所述第二過渡區域的波紋的弓形區段在其相對端處連接所述第二端部區域和所述主區域的波紋的直的平行區段。3.根據權利要求2所述的規整填料，其特征在于，各個所述頂點為彎曲的，且各個所述波紋具有三角形橫截面，其具有由彎曲的所述頂點連接的兩個相等側邊。4.根據權利要求1或權利要求3所述的規整填料，其特征在于；所述端部區域內的所述波紋的各個直的平行區段均具有等于所述波紋的大約波紋寬度乘以0.3到4.0之間的范圍內的常數的長度；以及所述過渡區域內的所述波紋的弓形區段分別具有在所述波紋寬度的百分之25.0到百分之75.0之間的范圍中的半徑。5.根據權利要求1或權利要求3所述的規整填料，其特征在于，所述銳角在40度到45度之間。6.根據權利要求4所述的規整填料，其特征在于：曲率半徑為所述波紋寬度的百分之50.0；以及所述常數在1.0到3.0之間。7.根據權利要求6所述的規整填料，其特征在于：所述常數為2.0；以及所述長度不小于1.27cm，且不大于3.81cm。8.一種接觸在蒸餾塔內待蒸餾的混合物的下降液相和上升汽相的方法，所述方法包括：在垂直地布置在所述蒸餾塔內的多層規整填料內接觸所述下降液相和上升汽相，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：GX陳，KF拉森，
申請(專利權)人：普萊克斯技術有限公司，
類型：發明
國別省市：美國,US