[发明专利]用于传质塔的结构化填料模块

说明书

本发明提供了一种用于传质塔或热交换塔的交错波纹结构化填料元件。该填料元件具有多个填料层，这些填料层以彼此竖直平行的关系定位并且包括由交替的峰和谷以及在峰和谷之间延伸的波纹侧壁所形成的波纹。该填料元件还包括多个开孔，所述开孔各自显示开口区域。开孔被分布成使得相比于峰和谷中可能存在的任何开口区域密度，波纹侧壁具有更大的开门区域密度。开孔中的一些可存在于峰和谷中，以利于液体分布。开孔也可按在沿波纹的纵向长度的方向上对准的排或其它图案来布置。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月2日提交的美国临时专利申请62/500033的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及传质塔，更具体地涉及用于促进此类塔中流体之间的传质和传热的结构化填料。

传质塔被配置为使至少两个流体流接触，以便提供特定组成和/或温度的产物流。如本文所用，术语“传质塔”旨在涵盖其中质量和/或热传递为主要目标的塔。一些传质塔，诸如用于多组分蒸馏和吸收应用的传质塔，使气相流与液相流接触，而其它传质塔，诸如提取塔，可设计为促进两个不同密度的液相之间的接触。通常情况下，传质塔被配置为使上升的蒸气或液体流与下降的液体流接触，通常是沿着设置在塔内的多个质量传递表面。通常，这些传递表面由置于塔的内部体积中的结构体限定，该结构体被配置为有利于两个流体相之间的紧密接触。由于这些传递表面，两个相之间传质传热的速率和/或程度得以提高。

结构化填料常常用于在塔内提供传热和/或传质表面。存在许多不同类型的结构化填料，并且大多数类型包括多个波纹结构化填料片，这些波纹结构化填料片以竖直平行的关系定位并且接合到一起，以形成具有沿相邻片的纵横交错波纹所形成的流体通道的结构化填料模块。结构化填料模块可自身形成填充塔的水平内部横截面的结构化填料层，或者填料模块可呈端对端和并排式定位形成结构化填料层的单独砖块形式。多个结构化填料层通常叠堆在彼此顶部，其中一个层中片的取向相对于相邻结构化填料层中的片而言旋转。

当汽相和液相流过结构化填料层时，通常希望使汽相与液相之间的质量和能量传递最大化；这通常通过增加可用于质量和能量传递的比表面积来实现。然而，通过具有较高比表面积的结构化填料层的流体将通常经历较高的压降，这从操作的角度来看是不可取的。

因此，需要一种改善的结构化填料，其能够在不显著降低质量和能量传递效率的情况下实现压降的减小。这使得能够生产具有较低压降和相同效率的填料，或者增加填料的比表面积，从而提高效率而不显著增加填料的压降。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种结构化填料模块，其包括以彼此竖直平行的关系定位的多个结构化填料片。每个结构化填料片具有由交替的峰和谷以及在相邻的峰和谷之间延伸的波纹侧壁所形成的波纹。结构化填料片被构造和布置成使得结构化填料片中的每一个结构化填料片的波纹相对于结构化填料片中的每一个相邻结构化填料片的波纹以倾斜角延伸，并且结构化填料模块中的结构化填料片的比表面积通常大于100m²/m³。结构化填料模块还包括多个开孔，以允许流体通过结构化填料片。结构化填料片中的每一个结构化填料片中的开孔对于每个相邻的填料片敞开并且大体上畅通。开孔分布于结构化填料片中的每一个结构化填料片中，使得相比于峰和谷中可能存在的开门区域中任一者的任何密度，波纹侧壁具有更大的由开孔形成的开门区域的密度。

在另一方面，本发明涉及其中放置上述填料模块的传质塔或热交换塔。

在又一方面，本发明涉及在流过上述填料模块的流体之间实现质量传递和/或热交换的方法。

附图说明

在形成本说明书的一部分并且在各个视图中使用类似的标号来指示类似的部件的附图中：

图1为传质塔的局部侧正视图，其中塔壳以竖直截面截取，以显示在塔内以堆叠排列定位的本发明的结构化填料层；