[发明专利]塔填充单元

说明书

本发明涉及某些类型的诸如用在化学处理中质量传递或热传递场合中的塔填充单元(packing element)。这些填充单元往往称为随机堆放的填充物，它们设计成具有大的表面积，以使气体与液体接触，同时尽可能减少塔内的气相压降。这些单元一般堆放入一垂直的塔内，并堆积到一比较深的深度。因此，在底部的诸单元有可能变形，或压扁，从而，使流过塔的阻力增加，并在塔内出现一个不希望有的诸压力梯度。

各单元不要套叠在一起也是重要的，因为这可能产生压力不均匀的局部区域，如果散布得较广的话，可能会引起塔内的严重的不均匀的压降和不均匀的性能。

因此，通常将塔填充单元设计成具有如下的结构，即在塔内使用过程受到压力的情况下，这种结构能够不在塔内形成某一取向和变形，同时还能提供畅通的结构和大的表面积。

上述类型的典型结构称为Pall圈和Raschig圈。如名字所暗示的，这些结构是圆筒形的，并设置有各种类型的内部凸出部分，以增加表面面积。这样的结构能够抵抗变形，但在某些使用场合中产生不希望有的压降。对于这样的使用，更畅通的结构诸如在专利USPP.4,303,599、4,333,892和4,576,763中所描述的那些是比较合用。这些结构基本上是弓形的金属片结构，具有一个或多个从弓形金属切割出的并在弓形内朝内弯的条状部分，以便形成一个与弓形的曲率相对的曲率，并在弓形的开口端之间形成一桥。这些桥接环主要是形成更多的液体通道和表面，并阻止诸单元“套叠”在一起。考虑到减轻重量同时不危及对压紧的抵抗能力，这样的结构逐步增加了复杂性。

目前已经发现，放在塔中形成某一取向的诸填充单元也是很有效的，只要它们的结构能够导致可以形成相当均匀的填充密度。现在已经发现了这样一种结构。本发明的诸填充单元在装入塔内时就形成某一取向，并且可以获得诸单元的有序密度，而不会产生大的压降。由于诸单元的内部结构，它们具有大的表面面积，液体/蒸气可以在较大的表面面积上进行接触。这种内部结构还会在某一取向被扰乱时防止套叠和在塔的诸部分内形成较多的无规则的填充。

发明概要

本发明包括一无规则堆放的填充单元，这种填充单元有一总体形状为等边三角形的周边本体部分，且具有宽度和深度，这些宽度和深度尺寸是分别从顶点到在相对基体上的最近的点和沿单元的轴线测量的，其中宽度大于深度，周边本体部分内的空间被多个从本体部分侧边的内表面伸出的凸出部分所占据。

我们在这里把周边本体部分描述成为总体形状为等边三角形，但是，这里的等边三角形要包括三角形的内角与60°相差多达5°或甚至是10°的形状。此外，侧边朝内或朝外弯或诸顶点有些圆的形状也都包括在内，只要总体形状能够认得出是三角形就可以了。由于各种制造技术和材料的原因，形状与传统的等边三角形相背离基本上是不可避免的，这可以从下面要讨论的精确的实施例中清楚看出。

宽度和深度的相对比例最好是这样的，即宽度至少是深度的1.5倍，较好的是3倍，或更大。这样就能提高机率，即当该单元与许多其它类似的单元一起装入一塔内时，所形成的某一取向是基本上垂直的轴向。

在本体部分内延伸的凸出部分最好是连接三角形的周边本体部分的邻边的环的形式。这些环最好是均匀分布的，使每一对邻边被至少一个和最佳两个环所连接。

发明的详细说明

周边本体部分的形状为管子，管子的轴向长度代表深度尺寸，垂直于轴线的横截面的总体形状是一等边三角形。最好沿管子两端部周边的至少一部分设置凸缘。如果结构是由可变形的材料制成，这样的凸缘就可以增加一定程度的刚度。在管子两端中间的管子周边周围设置可变形的肋形件，可以进一步增加这种刚度。这种肋形件可变形以在本体部分的里面或外面伸出。

还可以在周边本体部分中设置诸小孔，以促进流体沿周边本体部分的内表面或外表面流到本体部分的相对侧。

周边本体部分内的诸凸出部分可以是各个舌状件或连接三角形周边本体部分的邻边的环，或两者兼而有之。凡是有环凸出部分的地方，这些环凸出部分最好以不同尺寸的若干对(一个较大，一个较小)使用，连接诸对邻边。这样可以确保环与周边本体部分之间的空间较多地被这些凸出部分所占据。

当使用环凸出部分时，环与周边本体部分之间的空间还可以被形状为舌状的来自本体部分或最好是环本身的诸凸出部分所占据。

形成填充单元的材料可以是任何合适的材料，诸如金属(例如不锈钢)、塑料或陶瓷。当材料是金属时，通过切割周边本体部分或环状部分(如果有环的话)来形成形状为环和/或舌状的凸出部分，切割时，先切割出一适当的形状，然后将切割出的金属从切割处的平方变形以形成环或舌状件。