專利名稱：交換塔的填充塊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一交換塔的質(zhì)量傳遞裝置，更為具體地說(shuō)，涉及構(gòu)筑式填充構(gòu)件，用于促進(jìn)塔(柱)內(nèi)流動(dòng)的各流體流束之間的質(zhì)量傳遞。
在多種類型的交換塔中，氣流與液流，或者兩種液流，彼此接觸以實(shí)現(xiàn)各流體之間的質(zhì)量傳遞(傳質(zhì)，mass trasfer)。在多個(gè)情況下，由各波紋板片構(gòu)成的一些構(gòu)筑式填充構(gòu)件用以促進(jìn)各流體之間的接觸以便增進(jìn)質(zhì)量傳遞。這些板片一般平行于塔的軸線設(shè)置并配置得以致每一板片的各波紋設(shè)置得與塔器軸線成一角度。每一板片的各波紋也與相鄰各板片的各波紋成一角度并與之接觸而伸展，以便為各流體流束造成一些傾斜的流動(dòng)渠道。一般地，沿豎直方向伸展的各板片填塞塔器的水平截面，而多層的這些板片可以用來(lái)填塞塔器之內(nèi)所需的鉛直尺寸。如果采用多層板片，相鄰各層上的各板件彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)以增進(jìn)各流束的徑向或側(cè)向分布與混合。
為使交換塔中，特別是那些具有較大直徑的交換塔中，上述各波紋板片易于制作和裝設(shè)，成捆或“多塊”板片被組裝在一起并并列設(shè)置以填滿塔器的水平截面。每一塊料中的各板片以多種方式，諸如圍繞各板片作網(wǎng)狀捆扎、焊接或插進(jìn)板片的銷釘，固定在一起。各塊料一般是六面體的并具有由塊料相對(duì)于塔器橫截面尺寸的大小、塔器的形狀和在塔器之內(nèi)期望的安放位置所確定的不同形狀。設(shè)置在塔器之內(nèi)中心處的那些塊料通常具有一立方或矩形形狀，而靠近塔壁的那些塊料的形狀將做成符合塔壁的形狀。比如，在圓柱形塔器中，外部周邊塊料將具有一個(gè)彎曲的端部或側(cè)面以符合塔器的彎曲形狀。塊料的彎曲端部依靠使用寬度逐漸變小的各板片制成。在某些塊料中，各板片的一端處在一共同的鉛直平面之內(nèi)，而各板片的相反一端形成一曲線以近似塔壁的形狀。在其他一些塊料中，兩端都形成各彎曲表面。
雖然采用填充塊料結(jié)構(gòu)大大地簡(jiǎn)化了交換塔中波紋板片的制作和裝設(shè)，但這些板片的分離效率，由于相鄰各塊料的端部之間液流的連通少于所需，會(huì)有所損失。由于各蒸汽流從所需的各流動(dòng)路徑上分流并沿著可能形成在相鄰各塊料的各鉛直端部之間的各鉛直間隙向上流過(guò)，效率會(huì)進(jìn)一步受損。因而對(duì)于改進(jìn)分離效率的一種構(gòu)筑式填充塊料產(chǎn)生了需要。
于是，本發(fā)明的一項(xiàng)目的是，提供一種填充塊料結(jié)構(gòu)，可減少與采用這種填充塊料相關(guān)的效率損失。
本發(fā)明的另一項(xiàng)目的是，提供一種由各個(gè)填充塊料建造成的填料床，允許簡(jiǎn)化裝設(shè)，而同時(shí)又保持塔器的整體效率。
本發(fā)明的又一項(xiàng)目的是，為一填充塊料提供一種形狀，使得可能增大水平方向上各相鄰塊料之間的液體傳遞，而且還可變換各相鄰塊料之間向上流動(dòng)的蒸汽的路徑，以致增進(jìn)了蒸汽與液體之間的接觸。
于是，本發(fā)明提供一種用于設(shè)置在具有一縱向軸線的一塔器之內(nèi)的構(gòu)筑式填充塊料。此塊料包括多個(gè)平行設(shè)置的波紋板片。這多個(gè)板片形成至少一個(gè)端表面，用于貼合一水平方向上相鄰塊料的端表面。塊料的端表面設(shè)置得相對(duì)于塔器縱向軸線成一角度。
本發(fā)明的其他各項(xiàng)目的、各種優(yōu)點(diǎn)以及各個(gè)新穎特性將一部分說(shuō)明在以下的敘述之中，而一部分，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，一旦審視下述內(nèi)容，將會(huì)是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)施中獲悉。
在構(gòu)成本說(shuō)明書一部分并應(yīng)當(dāng)與之結(jié)合而閱讀的各附圖中，同樣的參照編號(hào)用以表明各個(gè)視圖之中的同樣的零部件

圖1是采用本發(fā)明填充塊料的一質(zhì)量傳遞塔的一片斷側(cè)視立面圖，一些部分予以斷離并以剖面表示，以表明結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；圖2是一沿著圖1直線2-2在水平截面上所取的頂視平面圖，一般地表明由本發(fā)明各填充塊料組成的一層填料床，各塊料的下端邊沿以虛線表示，而此層的一些部分?jǐn)嚯x開(kāi)來(lái)以表明下面一層填充塊料的結(jié)構(gòu)；圖3是一沿著圖2直線3-3在鉛直截面上所取的片斷側(cè)視立面圖，表明多層填料床，每層均由本發(fā)明的填充塊料組成；圖4是單獨(dú)一塊本發(fā)明的填充塊料的頂視透視圖，填充塊料的一面板片斷離開(kāi)來(lái)以表明各相鄰板片之中各波紋的十字交叉取向；圖5是本發(fā)明的填充塊料另一實(shí)施例的一頂視透視圖，塊料的一面板片局部斷離以表明十字交叉的波紋取向；圖6是一類似于圖3的剖面視圖，但表明設(shè)置在一塔器的一層內(nèi)的、圖5另一實(shí)施例填充塊料的取向和設(shè)置；圖7是一類似于圖2的頂視平面圖，但表明設(shè)置在一層內(nèi)的、圖5另一種填充塊料，各塊料的下沿以虛線表示，而且一部分?jǐn)嚯x開(kāi)來(lái)以表明塊料下層的取向。
較為詳細(xì)地參見(jiàn)各圖紙并先從圖1開(kāi)始，它表明整體以編號(hào)10標(biāo)示的一交換塔。塔10是一具有一鉛直縱向軸線12的大體上圓筒形的結(jié)構(gòu)。一般，在某一質(zhì)量傳遞或熱交換過(guò)程中，通過(guò)塔器，一或幾種液流向下流動(dòng)而一或幾種蒸汽流向上流動(dòng)，如圖1所示。在塔器10之內(nèi)設(shè)置一構(gòu)筑式填料床14，此床提供各個(gè)表面，在它們上面，某種交換可以發(fā)生在向下流動(dòng)的液體與向上流動(dòng)的蒸汽之間。填料床14是由多個(gè)沿鉛直方向設(shè)置的層16構(gòu)成的。每一層16本身又是由多個(gè)構(gòu)筑式填充塊料18組成的。
參照?qǐng)D4，每一塊料18包括多個(gè)大體上平行、沿鉛直方向設(shè)置的板片20。特別是，每一板片20大體上平行于塔器10的縱向軸線12。每一板片20還具有多個(gè)制成在其上的波紋或折皺22。每一板片的各波紋22都大體上相對(duì)于軸線12成一角度。其次，在圖4斷離部分中看得最為清楚，每一板片的各波紋22接觸一相鄰板片的各波紋并與之成交叉關(guān)系。各塊料18的各板片20是以任何適當(dāng)?shù)氖侄危T如銷釘、螺栓、鉚釘、焊接、釬焊或咬合(mesh-banding)等固定在一起的，這在本技術(shù)領(lǐng)域中都是為人熟知的。其次，各板片20可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧?，諸如金屬板材、陶瓷或聚合物制成，它們都能夠承受塔內(nèi)的各種條件并與各種液流兼容。每一塊料18包括大體上水平的上、下表面24、26，大體上鉛直的側(cè)表面28、30，以及端表面32、34。取決于所希望的塊料18安放狀況，一或兩個(gè)端表面32、34從一下沿36朝向一上沿38大體上向內(nèi)傾斜。如在圖3中看得最為清楚，傾斜的端面32、34大體上導(dǎo)致在鉛直截面內(nèi)具有一梯形形狀的塊料18。每一端部32和34具有制成在其上的各波紋端部孔口40。具體地說(shuō)，各孔口40所在之處至少是板片20上某些波紋開(kāi)始或結(jié)束的地方。
參照?qǐng)D2和3，采用塊料18的填料床14的結(jié)構(gòu)將予以說(shuō)明。最好是把塊料18設(shè)置成各層16。每一層16由并列的各排42塊料18構(gòu)成，如圖2中所示。每一排42由以首尾相接的方式設(shè)置的塊料18構(gòu)成，如最清楚地示于圖3之中。具體地說(shuō)，每一塊料的傾斜端表面32和34嚙合于上下反向設(shè)置的一相鄰塊料的傾斜端表面32和34。因此，在每一排42中，各塊料18以首尾相接的方式和以交替的側(cè)部反向和上下反向的取向設(shè)置。這種取向使得疊置的各傾斜端表面32之間能夠吻合并有助于確保它們之間的密切接觸。相鄰各排的塊料也以交替?zhèn)炔糠聪蚝蜕舷路聪蛉∠蚣右栽O(shè)置，如圖2中最為清楚地表明，以致交替取向形成在每一排和橫向相鄰各排之內(nèi)。這種型式有助于促進(jìn)向下流動(dòng)的液體的徑向分布更為均勻。在一層16之中靠近塔器10彎曲外殼的各塊料18可以專門予以設(shè)計(jì)，以致塔器的整個(gè)橫截面由塊料18覆蓋，如圖2中所示。
參照?qǐng)D2和3，沿鉛直方向相鄰的各層16彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，在此例中?0度，但如需要，可以是其他各個(gè)角度。具體地說(shuō)，參照?qǐng)D2，層16a具有伸展在同一方向上的每一塊料18的各板片20。在層16a下面的層16b使其在其各塊料中的各板片的每一個(gè)都伸展在與層16a中各板片的方向成90度的方向上。因此，在每一層16上面和下面的各層都以此種方式加以轉(zhuǎn)動(dòng)以形成一交替流動(dòng)型式。
參照?qǐng)D3，傾斜的端表面32和34的首尾相接配置導(dǎo)致一板塊的一傾斜端表面上的各孔口40在鉛直方向上居于一相鄰板塊上各孔口40的上方。這種配置使得向下流動(dòng)的流體能夠比較容易地由于重力而傳遞到相鄰各板塊。此外，由于傾斜表面32和34與塔器10縱向軸線12成一角度α，所以，在塔器10內(nèi)向上流動(dòng)的蒸汽由于傾斜的各端表面而偏離直接向上的流動(dòng)。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的塊料的各鉛直端表面使得蒸汽在相鄰塊料之間以阻力最小的路徑(平行于軸線12)通過(guò)。其次，先前技術(shù)各板塊的各鉛直端表面導(dǎo)致了相鄰塊料之間的液體溝流(channeling)現(xiàn)象。因此，本發(fā)明的帶有疊置傾斜端表面32、34的塊料18導(dǎo)致在一層之中水平方向上相鄰各塊料之間確實(shí)的流體傳遞，并有助于防止相鄰各塊料之間流體的溝流現(xiàn)象。其次，由于在各相鄰塊料之間流動(dòng)的蒸汽此時(shí)必須與塔器的縱向軸線12成某一角度而流動(dòng)，蒸汽與液體的接觸增加了。因而，使用以圖3中所示交替方式設(shè)置的帶有傾斜端表面的塊料會(huì)有助于提高塔器的效率。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了易于裝設(shè)塊料18，端表面32、34相對(duì)于軸線12的角度α應(yīng)當(dāng)在大約15至45度的范圍之內(nèi)。一些較大的角度，雖然比較難以裝設(shè)，卻也合適并可使效率提高更大，因?yàn)榧哟罅烁鞫吮砻娴寞B置。一些較小的角度，雖然比較容易裝設(shè)，卻可能較少可取，因?yàn)橛筛鞫吮砻娴纳倭刊B置而效率提高較小。
各板片20中各波紋的傾斜角度也可能限制在較大角度α情況下可達(dá)列的效率提高。一般，波紋角度將處在大約15至45度的范圍之內(nèi)，并典型地或是30或是45度。角度α范圍的上限因而將通常不超過(guò)波紋角度。當(dāng)然，將會(huì)理解，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下角度α可以超過(guò)波紋角度而仍然屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
參照?qǐng)D5至7，其中表明另一種塊料結(jié)構(gòu)44。如同塊料18，塊料44由多個(gè)具有波紋22的板片20做成。而且，每一板片的波紋設(shè)置成與相鄰各板片的波紋成交叉關(guān)系，如圖5的斷離部分所示。每一塊料44分別具有上、下表面24、26，以及側(cè)表面28、30。塊料44還具有傾斜的端表面46、48。塊料44的端表面46和48與彼此相向的、塊料18傾斜的端表面32、34相反。具體地說(shuō)，塊料44的一鉛直截面大體上形成，一平行四邊形，如圖6中最為清楚地看出。端表面46、48還具有其上制作的各波紋孔口40。
如圖6和7中最為清楚地表明，塊料44也分層16設(shè)置，各層都由并列的多排42構(gòu)成。每一排42由多個(gè)以首尾相接方式設(shè)置以致相鄰各塊料的傾斜端表面46、48彼此接觸的塊料44組成。如圖5中最為清楚地表明，塊料44的每一端表面46、48相對(duì)于塔器10的縱向軸線12成一角度β。一塊料的一端表面46的各孔口40設(shè)置在一相鄰塊料的一端表面28的各孔口40的上方。因此，再次，此結(jié)構(gòu)使得在塔器10之內(nèi)向下流動(dòng)的液體從一層16之內(nèi)的一塊料被傳遞到一相鄰塊料。在相鄰各排中的塊料44彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，如圖7中最清楚地表明，以形成液體比較均勻的徑向流動(dòng)。如同塊料18，一層中靠近塔器10外部周邊的各塊料44可以專門設(shè)計(jì)，以致塔器10整個(gè)橫截面由塊料44覆蓋，如圖7中最為清楚地表明。同樣，如同塊料18，塊料44的相鄰各層16彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7中最為清楚地表明。具體地說(shuō)，一下層16b相對(duì)于一上層16a轉(zhuǎn)動(dòng)90度。
如同塊料18，塊料44的各板片可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞?，諸如銷釘、螺栓、網(wǎng)狀捆扎、焊接或鉚釘固定在一起，這在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。同樣，如同塊料18，塊料44的疊置的傾斜端表面46、48允許相鄰各塊料之間的液體傳遞和它們的密切嵌套，并可進(jìn)一步防止在先前技術(shù)的塊料具有鉛直取向端表面時(shí)所經(jīng)常發(fā)生的塊料之間流體的溝流現(xiàn)象。其次，相鄰塊料之間的疊置傾斜配合可防止蒸汽在塔器之內(nèi)相鄰塊料之間直接向上流動(dòng)，并因而增大了與向下流的液體接觸的可能性。再次，塊料44的構(gòu)造，帶有其傾斜的端表面，會(huì)提高效率并降低塔器的理論塔板等效高度(HETP)。
如同塊料18，相對(duì)于縱向軸線12的端表面46、48最佳角度β在大約15至45度的范圍之內(nèi)并可能受到板片20上波紋角度的限制。這一范圍使得在塔器之內(nèi)塊料44容易制作和組裝。一些較大的角度也可以采用，但比較難以裝設(shè)。一些較小的角度也可以采用，但對(duì)效率的影響較小。
將會(huì)理解，使用本發(fā)明的塊料有可能提高效率出自疊置的傾斜端表面，它們?cè)试S水平方向上相鄰塊料之間液體在重力影響下的豎向傳遞。這些傾斜的表面還可促進(jìn)各塊料安放得彼此密切嵌套的接觸，借以消除多個(gè)鉛直間隙，它們可以形成在通常的塊料之間并使得蒸汽或液體不需要地沿著各間隙流動(dòng)。雖然本發(fā)明已經(jīng)就圖示的梯形和平行四邊形形狀的塊料作了說(shuō)明，但也可以用其他一些幾何形態(tài)來(lái)提供疊置的傾斜端表面。這些可供代換的形態(tài)被包含在本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
從前述可見(jiàn)，本發(fā)明是一種適宜于達(dá)到此前與此結(jié)構(gòu)固有的其他各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)一起提出的所有結(jié)果和目的的一項(xiàng)發(fā)明。將會(huì)理解，某些零部件和子系統(tǒng)具有通用性并可以無(wú)需參照其他零部件和子系統(tǒng)而予以采用這一點(diǎn)由各權(quán)利要求予以考慮并屬于各權(quán)利要求的范疇。由于多個(gè)可能的實(shí)施例可以由本發(fā)明形成而不偏離其范疇，所以應(yīng)當(dāng)理解，在此說(shuō)明或圖示于附圖之中的所有內(nèi)容都應(yīng)解釋為例證性的，而并不在于限制意義。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)筑式填充塊料，用于置放在具有一縱向軸線的一塔器之中，此塊料包括多個(gè)平行設(shè)置的波紋板片，所述多個(gè)板片形成至少一個(gè)傾斜的端表面，用于貼合一水平方向上相鄰的塊料的一個(gè)傾斜的端表面，所述端表面當(dāng)塊料置放在塔器之中時(shí)設(shè)置得與塔器縱向軸線成一角度。
2.按照權(quán)利要求1所述的填充塊料，其中所述多個(gè)板片形成有與所述第一端表面相對(duì)置的一個(gè)第二端表面，所述第二端表面設(shè)置得與塔器縱向軸線成一角度。
3.按照權(quán)利要求2所述的填充塊料，其中所述第一端表面和所述第二端表面大體上是平面的并彼此相向地傾斜，以致鉛直截面上的塊料具有一大體上的梯形形狀。
4.按照權(quán)利要求2所述的填充塊料，其中所述第一端表面和所述第二端表面大體上是平面的并彼此平行，以致鉛直截面上的塊料具有一大體上的平行四邊形形狀。
5.按照權(quán)利要求1所述的填充塊料，其中所述端表面對(duì)于塔器軸線的所述角度處在大約15至45度的范圍之內(nèi)。
6.一種構(gòu)筑式填料床，用于置放在一具有一縱向軸線的塔器之內(nèi)，此床包括多個(gè)塊料，每一所述塊料包括多個(gè)平行設(shè)置的波紋板片，每一所述塊料具有至少一個(gè)設(shè)置得與塔器縱向軸線成一角度并以并列方式貼合一相鄰塊料的傾斜端表面。
7.按照權(quán)利要求6所述的填料床，其中至少一個(gè)所述塊料具有相對(duì)于塔器縱向軸線傾斜的、對(duì)置的第一和第二端表面。
8.按照權(quán)利要求7所述的填料床，其中所述塊料的所述第一端表面和所述第二端表面大體上是平面的并彼此相向傾斜，以致鉛直截面上的塊料具有一大體上的梯形形狀。
9.按照權(quán)利要求7所述的填料床，其中所述塊料的所述第一端表面和所述第二端表面大體上是平面的并彼此平行，以致所述塊料在鉛直截面上具有一大體上平行四邊形形狀。
10.按照權(quán)利要求6所述的填料床，其中所述端表面對(duì)于塔器軸線的所述角度處在大約15到45度的范圍之內(nèi)。
11.一種構(gòu)筑式填料床，用于置放在一具有一縱向軸線的塔器之中，此塔器適于具有大體上在塔器中向下流動(dòng)的液體和大體上在塔器中向上流動(dòng)的蒸汽，此床包括首尾相接地配置的至少兩個(gè)塊料，每一所述塊料包括多個(gè)平行設(shè)置并在其上制成各波紋的板片；與所述塊料相聯(lián)的傳遞裝置以協(xié)助液體從一個(gè)塊料傳遞到另一個(gè)并防止蒸汽在所述各塊料之間直接向上流動(dòng)。
12.按照權(quán)利要求11所述的填料床，其中所述各塊料的所述各波紋形成沿著所述各塊料的各端表面的一些孔口，而所述傳遞裝置包括把一個(gè)塊料的至少某些所述孔口設(shè)置在一水平方向上相鄰塊料的各孔口的上方。
13.一種為一塔器建造一填料床的方法，此床包括多個(gè)塊料，每一塊料具有多個(gè)波紋板片，它們形成至少一個(gè)設(shè)置得與塔器的一縱向軸線成一角度的端表面，此方法包括在一大體上垂直于塔器軸線的下部第一層上以首尾相接方式設(shè)置各塊料，以致各相鄰塊料的各傾斜的端表面彼此貼合；以及在一大體上垂直于塔器軸線的上部第二層上以首尾相接方式設(shè)置各塊料，以致各相鄰塊料的每一傾斜的端表面彼此貼合，其中所述第二層相對(duì)于所述第一層圍繞塔器軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，包括在所述第一和第二層上在多個(gè)并排中以首尾相接方式設(shè)置各塊料。
全文摘要
一種構(gòu)筑式填充塊料(18、44)置放在一具有一縱向軸線(12)的一塔器(10)之中。此塊料(18,44)由多個(gè)平行設(shè)置的波紋板片組成。這多個(gè)板片(20)形成至少一個(gè)傾斜的端表面(32,34、46、48),用于貼合和疊蓋一水平方向上相鄰塊料(18、44)的傾斜的端表面(32、34、46、48)。各端表面(32、34、46、48)設(shè)置得與塔器(10)縱向軸線(12)成一角度。
文檔編號(hào)B01D53/18GK1271300SQ9880950
公開(kāi)日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1998年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月25日
發(fā)明者朗尼·L·英格拉姆, 賈森·M·尼格, 尼爾·約曼 申請(qǐng)人:科克－格利奇公司