[发明专利]规整填料及方法

说明书

一种由多个波纹矩形片形成的规整填料及一种关于其使用的方法。波纹的端部区域设有从片的相对边缘与其成直角向内延伸的直的平行波纹，以减小填料层之间的界面处的压降，且从而增大液压能力。促进波纹的主区域内的下降液相与上升汽相之间的接触，波纹的主区域具有与相对边缘成锐角定向的波纹的直的平行区段。具有波纹的弓形区段的过渡区域连接主区域和端部区域内的波纹，以减小规整填料内的内部压降，且从而进一步减小界面处的压降和进一步增大液压能力。

本申请是一项发明申请的分案申请，其母案的发明名称是规整填料及方法，申请日是2013年10月14日，申请号是201380064770.6（国际申请号：PCT/US2013/064833）。

技术领域

本发明涉及一种规整填料及使用此规整填料的方法，其中规整填料由以并列关系布置且具有重复起伏图案的波纹的多个矩形片形成，波纹在相邻的片中穿过彼此。更具体而言，本发明涉及此类规整填料及方法，其中各个片的波纹均具有波纹与片的边缘成直角的端部区域，波纹定向成与片的边缘成锐角的主区域，以及连接端部区域和主区域内的波纹且具有弓形构造的波纹的过渡区域。

背景技术

规整填料长久以来用作传质接触元件来用于诸如进行蒸馏和吸收过程的目的。规整填料的关键优点在于它们提供用于传质的较大表面面积，同时呈现出较宽操作范围内的较低压降。例如，此规整填料在空气的低温蒸馏中用于降低空气分离单元的低压塔内的压降，空气分离单元还具有以传热关系联接至低压塔的高压塔。与塔盘(tray)相反，借助于此规整填料的低压塔内的较低压降将压力减小至进入空气需要压缩的压力，且因此也减小了电力消耗。此外，此规整填料用于连接到低压塔上的氩塔中，以通过足够的分离级数将氩与氧分离，使氩产物基本上不包含氧。

规整填料由以并排关系布置的多个波纹片形成，以便相邻片中的波纹穿过彼此。在规整填料用于蒸馏的情况下，规整填料以填料或层的垂直组布置在蒸馏塔内，且从顶部由待分离的混合物的液相给送，和从底部由混合物的汽相给送。由于波纹的交叉，故液相趋于扩散穿过填料且作为液膜下降。蒸汽向上流过波纹，且还趋于扩散穿过填料和接触下降液体。蒸汽和液体的紧密接触产生了趋于平衡的液体和蒸汽混合物的变化。结果，下降液体在其下降穿过填料时将变得此后集中于待分离的混合物的挥发性较低的成分中，而蒸汽在其上升穿过填料时将日益变得此后集中于混合物的挥发性较高的成分中。规整填料分层提供，其中一个层中的片定向成与另一层成直角，以进一步促进液体和蒸汽混合。

在规整填料以及任何传质接触元件中，液泛表示填料将不再起作用的极限。每个规整填料都具有压降开始快速升高的液泛能力(hydraulic flooding capacity)。其原因在于由于过大的上流蒸汽阻止了液流向下穿过填料，因此液体开始累积在填料层之间的界面处，导致了引起液泛的压降的快速升高。将注意的是，在填料层之间的界面处的层之间的此压降和所得持液量总是大于在填料本体中的，因为形成在波纹之间(如，填料层之间)的流动通道未对准。在任何情况下，大约同时还开始达到操作液泛点，在该处，填料的传质效率快速下降，或换言之，HETP(理论等板高度)快速升高。进行特定蒸馏的特定规整填料的液泛极限代表对穿过蒸馏塔的流速的限制，其大部分通过填料密度的适当选择和/或提供产生决不会出现液泛的足够低的蒸汽速率的塔直径来解决。然而，当密度减小时，填料的效率也降低，继而又增加了蒸馏塔高度要求。塔尺寸和直径将对设备的制造成本有直接影响。因此，重要的是，特定规整填料的液泛能力尽可能高。

如上文所述，在常规填料中，波纹相对于填料片的边缘成恒定锐角穿过填料。在填料层之间时，波纹的角度在沿蒸汽和液体两者的流动方向上产生突然变化，其作用为限制液压能力。现有技术提供了规整填料，其设计有对波纹的端部或边缘改型，以减小蒸汽流动方向上的突然变化，以提高此规整填料的液压能力。