对称性可调的堆积式结构填料制造技术

一种结构填料，具有许多如“建筑砖”那样砌筑在一起的填料单元作为交换塔内的填料。每一填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体。至少一块交换板设置在多面体内，各交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，第二端连接到多面体的另一边上。在一个实施例中，相交的交换板在立方体形填料单元内形成两个锥体，其底部是立方体相对侧面，其顶点基本在立方体中心相交。各锥体的至少一侧是开放的，其它侧由相交的交换板形成并在填料单元内提供流动表面。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种结构填料。这种结构填料专门应用于交换塔内，特别是在低温空气分离方法中应用，但也可作其它用途，如作为热交换器。此处所用的术语”塔”指的是蒸馏或分馏塔或区，即液态和气态物质在其内逆流接触分离流体混合物的塔或区，例如通过气态和液态物质在安装于塔内的填料单元上或一组垂直间隔的塔盘或塔板上接触而进行分离。术语”填料”指的是在塔内使用的预定大小、形状和结构的实心或空心体，它们对液体提供表面积以便于在气-液两相逆流过程中气液交界处发生传质。两大类填料是不规则填料和结构填料。“不规则填料”是指这些单独部件彼此之间或相对于塔轴线不要求任何特定方向的填料。不规则填料是细小的空心体结构，单位容量的表面积很大，并被不规则地装载在塔内。“结构填料”是指这些单独部件相互之间和相对于塔轴线要求特定取向的填料。结构填料通常是由几层叠置的或螺旋形卷绕的拉制金属网或金属织网筛制成。在如蒸馏或直接接触冷却的方法中，其优点是使用了结构填料来促进逆流液体和蒸汽间的传热和传质。与不规则填料或塔盘相比，这种结构填料的好处在于传热传质效率很高而压力损失很小。它的性能比不规则填料更可预测。通常使液体和蒸汽以逆流接触方式流过蒸馏塔来实现低温分离空气。气态混合物随易挥发的组份(如氮气)浓度不断地增加而上升，而液态混合物随难挥发的组份(如氧气)浓度不断地增加而下降。各种填料或塔盘用来使液态和气态混合物接触以完成两相之间的传质。已有很多种将空气低温蒸馏分离出各组份(氧气，氮气，氩气等等)的方法。附图说明图1示意性地表示了一座一般的低温空气分离装置10。高压原料空气被输送到高压蒸馏塔2的底部。空气在高压塔2内被分离成富氮蒸汽和富氧液体。富氧液体3从高压蒸馏塔2流入到低压蒸馏塔4内。富氮蒸汽5流入冷凝器6内，在该冷凝器6内蒸汽被冷凝以对低压塔4进行再沸。富氮液体7的一部分8被放出而一部分9作为液体逆流流入低压塔4内。在低压塔4内，给料(3，9)经低温蒸馏被分离成富氧和富氮组份。结构填料20用来使待分离的液态和气态氧和氮相接触。富氮组份以蒸汽11的形式被排出。富氧组份以蒸汽12的形式被排出。或者，可从围着再沸器/冷凝器6的贮液槽的某一位置处将富氧组份以液相排出。一股废气流13也从低压蒸馏塔4内排出。可以将低压蒸馏塔4分成多段。图1以实例方式示出了这样的三段(4A、4B、4C)。最通常使用的结构填料由垂直堆积的波纹形金属板或塑料薄片或波纹形网布构成。这些薄片具有各种形状的孔和/或表面粗糙特性，这些孔和粗糙特性有助于提高传热和传质。然而，液体和气体主要地局限于在两板间的空间内流动。这种填料不对称，因此各向流动特性非常不同。流入一对板间的液体和气体易于滞留在那对板所限定的空间内。解决这个问题的办法就是使连续多层结构填料板旋转，一般旋转90°。美国专利No 4296050(Meier)公开了这样一种结构填料板。可是，每次旋转均会造成整个填料塔内的压力损失。过去人们试图生产出能够使流过这种填料塔的流体的流动性各向一致的填料。例如，美国专利No 4830792(Wihelm)公开水平重叠填料层的使用，每层填料具有毗连的锥体形。因此制成了替代的扇叶式结构，这种结构能产生旋涡运动使蒸汽朝顺时针和逆时针两方向上升。美国专利No5158712(Wilhelm)和美国专利5500160(Süess)公开了类似填料层。然而，由于这些现有技术的填料层受到堆积方法的限制，导致堆积这些现有填料层而形成的外形和对称性受到限制。现有技术中另一种公知的是网状填料，这种填料有助于液体有效地扩散并且可获得良好的传质性能，但网状填料比最普通的薄片填料要贵得多。人们希望能够设计出一种特殊的结构填料，这种结构填料具有很好的低温应用的操作特性，如能很好地在空气分离中应用的特性，以及其它传热和传质特性。本专利技术涉及一种结构填料，这种填料具有多个如“建筑砖”那样叠放于一起的填料单元，并安置在交换塔内。每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体和至少一块设置在多面体内的交换板。每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。在一个实施例中，至少一些交换板交叉。交换板在填料单元内提供流动表面。以建筑砖砌筑方式进行组装而成结构填料的填料单元可以是多种多面体的任何一种形状，其中的某一些在图2A-2G中示出。这些多面体包括立方体，平行六面体，圆柱体，锥体和由平面多边形界定的其它形式，但并不限于上述这些多面体。然而，在本专利技术的优选实施例中，填料单元是立方体的形状。立方体具有一个中心和由12条等长的细杆构成的12条边。在立方体内设置至少一块交换板。每块交换板的第一端连接到立方体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到立方体的斜对边上。在优选实施例的变型中，交换板基本上在立方体中心相交叉，而每块交换板的宽度朝着立方体的中心逐渐缩小。每块交换板形状包括二个等腰三角形。每一个这样的三角形有一底边和一顶点，三角形的这些顶点基本上在立方体的中心相交，这些三角形的底边就是立方体的两两斜向相对的边。相交的交换板形成两个锥体，每个锥体有一方形底部和相聚于锥体顶点的多个侧面。锥体底部是立方体的相对侧面，而锥体顶点基本上在立方体中心相交。在一个优选实施例中，每个锥体的至少一侧是开放的，而该锥体的其它侧由相交的交换板形成，从而在填料单元内提供了流动表面。在另一实施例中，至少一块交换板的表面上具有表面网纹。表面网纹由密纹形的许多沟槽带构成，这些沟槽带在交换板的表面上形成交替的峰与谷。一些交换板或全部交换板上开设有许多穿过交换板排列的孔隙或孔。在优选实施例中用于形成每个填料单元的边的杆基本上是直线状，在一个替代的实施例中，杆是以波纹方式加工而成的波纹状。这些杆基本上是光滑的或可具有表面网纹。本专利技术设置了连接相邻填料单元的连接装置。该连接装置可以包括至少一个插头，该插头靠近填料单元立方体(或多面体)的至少一边。在靠近一个相邻填料单元立方体(多面体)的一条边处设置至少一个承窝，该承窝的尺寸能够承插该插头。连接装置也可包括至少一个接头夹，该接头夹将相邻填料单元夹在一起。本专利技术的另一方面是在第一相和第二相之间进行传热和/或传质的交换塔，该交换塔具有至少一个由本专利技术的填料单元组装而成的结构填料。本专利技术的另一方面还提供了一种通过蒸汽和液体在至少一座蒸馏塔内逆流接触低温分离空气的方法，其中蒸馏塔包含至少一个传质区，该传质区内由上述填料单元组装而成的至少一个结构填料建立气-液接触。几层相邻单元被一层层相互重叠且彼此相邻地堆积在一起。在本专利技术的还一方面，提供一种在两种液体间进行传质和/或传热的交换塔，它包括在至少一个交换塔内使所述两种液体接触，在该塔内由如上述的至少一种结构填料建立了液-液接触。多层相邻单元如上所述地重叠。在本专利技术的还一方面，提供一种在第一流体和第二流体间进行传质和/或传热的交换塔，交换塔内包括堆积成几层相邻单元的许多基本相同的填料单元，每一单元包含至少一个倾斜的表面，两种流体在该倾斜表面上可彼此逆向流动；还包括一个流体可流过的开口部，这些单元是可以这样堆积起来的，即在一层内和相邻层间的相邻单元的相对取向是可自由确定的。本专利技术提供了很容易堆积起来形成交换塔的填料单元。单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构填料，其具有多个叠放于一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括：由多根细长杆形成其多个边的多面体，和至少一块设置在多面体内具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连 接到多面体的另一边上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1997-8-25 9181751．一种结构填料，其具有多个叠放于一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和至少一块设置在多面体内具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。2．一种结构填料，其具有多个叠放于一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和多块设置在多面体内、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。3．根据权利要求2所述的结构填料，其特征在于至少某些交换板相交叉。4．一种结构填料，其具有多个叠放于一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括一立方体，该立方体具有一个中心和由12根等长细杆形成的12条边，和至少一块设置在立方体内的、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到立方体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到立方体的斜对边上。5．根据权利要求4所述的结构填料，其特征在于至少一块交换板的宽度朝着立方体的中心逐渐缩小。6．一种结构填料，其具有多个叠放于一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括一立方体，该立方体具有一个中心和由12根等长细杆形成的12条边，和多块设置在立方体内的、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到立方体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到立方体的斜对边上。7．根据权利要求6所述的结构填料，其特征在于交换板基本上在立方体中心相交叉，而每块交换板的宽度朝着立方体的中心逐渐缩小。8．根据权利要求7所述的结构填料，其特征在于每块交换板的形状包括二个等腰三角形，每个三角形有一底边和一顶点，三角形的这些顶点基本上在立方体的中心相交，这些三角形底边就是立方体的两两斜向相对的边。9．根据权利要求8所述的结构填料，其特征在于相交的交换板形成两个锥体，每个锥体有一方形底部和相交于锥体顶点的多个侧面，锥体的底部是立方体的相对侧面，而锥体的顶点基本上在立方体的中心相交。10．根据权利要求9所述的结构填料，其特征在于每个锥体的一侧是开放的，而该锥体的其它侧由相交的交换板形成。11．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于多面体是圆柱体。12．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于多面体是平行六面体。13．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于至少一个交换板在其表面上具有表面网纹。14．根据权利要求13所述的结构填料，其特征在于表面网纹由密纹形的许多沟槽带构成，这些沟槽带在至少一块交换板的表面上形成交替的峰与谷。15．根据权利要求14所述的结构填料，其特征在于在该至少一块交换板上还包括许多孔隙。16．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于所述杆基本是直线形的。17．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于所述杆是波浪形的。18．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于所述杆的表面为网纹状。19．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于还包括连接相邻填料单元的连接装置。20．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于该连接装置包括至少一个插头，该插头邻近多面体填料单元的至少一条边；和设置在靠近一个相邻多面体形填料单元的至少一条边处的至少一个孔隙，所述的至少一个孔隙的尺寸能够承插该至少一个插头。21．根据权利要求1所述的结构填料，其特征在于连接装置还包括至少一个接头夹，该接头夹将相邻填料单元夹在一起。22．一种交换塔，用以在第一相和第二相之间进行传热和/或传质，该交换塔具有至少一个结构填料，该结构填料具有许多堆积在一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和至少一块设置在多面体内具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。23．一种交换塔，用以在第一相和第二相之间进行传热和/或传质，该交换塔具有至少一个结构填料，该结构填料具有许多堆积在一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和多块设置在多面体内、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。24．根据权利要求23所述的交换塔，其特征在于至少某些交换板相交叉。25．一种交换塔，用以在第一相和第二相之间进行传热和/或传质，该交换塔具有至少一个结构填料，该结构填料具有许多堆积在一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括一立方体，该立方体具有一个中心和由12根等长细杆形成的12条边，和至少一块设置在立方体内的、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到立方体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到立方体的斜对边上。26．根据权利要求25所述的交换塔，其特征在于每块交换板的宽度朝着立方体的中心逐渐缩小。27．一种交换塔，用以在第一相和第二相之间进行传热和/或传质，该交换塔具有至少一个结构填料，该结构填料具有许多堆积在一起的填料单元，其特征在于每个填料单元包括一立方体，该立方体具有一个中心和由12根等长细杆形成的12条边，和多块设置在立方体内的、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到立方体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到立方体的斜对边上。28．根据权利要求27所述的交换塔，其特征在于交换板基本上在立方体中心相交叉，而每块交换板的宽度朝着立方体的中心逐渐缩小。29．根据权利要求28所述的交换塔，其特征在于每块交换板的形状包括二个等腰三角形，每个三角形有一底边和一顶点，三角形的这些顶点基本上在立方体的中心相交，这些三角形底边就是立方体的两两斜向相对的边。30．根据权利要求29所述的交换塔，其特征在于相交的交换板形成两个锥体，每个锥体有一方形底部和相交于锥体顶点的多个侧面，锥体的底部是立方体的相对侧面，而锥体的顶点基本上在立方体的中心相交。31．根据权利要求30所述的交换塔，其特征在于每个锥体的一侧是开放的，而该锥体的其它侧由相交的交换板形成。32．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于多面体是圆柱体。33．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于多面体是平行六面体。34．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于该至少一个交换板在其表面上具有表面网纹。35．根据权利要求34所述的交换塔，其特征在于表面网纹由密纹形的许多沟槽带构成，这些沟槽带在至少一块交换板的表面上形成交替的峰与谷。36．根据权利要求35所述的交换塔，其特征在于在该至少一块交换板上还包括许多孔隙。37．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于所述杆基本是直线形的。38．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于所述杆是波浪形的。39．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于所述杆的表面为网纹状。40．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于还包括连接相邻填料单元的连接装置。41．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于该连接装置包括至少一个插头，该插头邻近多面体填料单元的至少一条边；和设置在靠近一个相邻多面体形填料单元的至少一条边处的至少一个孔隙，所述的至少一个孔隙的尺寸能够承插该至少一个插头。42．根据权利要求22所述的交换塔，其特征在于连接装置还包括至少一个接头夹，该接头夹将相邻填料单元夹在一起。43．一种通过蒸汽和液体在至少一座蒸馏塔内逆流接触进行低温空气分离的方法，其中蒸馏塔包含至少一个传质区，该传质区内由多个填料单元堆积而成的至少一个结构填料建立气-液接触，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和至少一块设置在多面体内具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，而每块交换板的第二端连接到多面体的另一边上。44．一种通过蒸汽和液体在至少一座蒸馏塔内逆流接触进行低温空气分离的方法，其中蒸馏塔包含至少一个传质区，该传质区内由多个填料单元堆积而成的至少一个结构填料建立气-液接触，其特征在于每个填料单元包括由多根细长杆形成其多个边的多面体，和多块设置在多面体内、具有第一端和第二端的交换板，其中每块交换板的第一端连接到多面体的某条不同边上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S森德，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]