[发明专利]结构组合及其构件

说明书

本发明涉及用于流体接触系统如蒸馏塔或单相或多相混合器并可制成对催化蒸馏具有触媒作用的结构组合件。

工业上，蒸馏通常是在含有组合部件的塔内作为多级气一液逆流作业进行的，以促进传递和传热所需的气-液接触。由于在塔内存在多个平衡级，故沿整个塔的长度的蒸气和液体的成分是变化的，所需的产物可在塔的最合适位置上以液体或气体状态取出。

传质装置的效率越高，达到同样平衡级数的塔身越短。传质装置通常是分开式的允许蒸气体向上流过小高度液体的塔盘或者是含有气-液接触表面的连续组合构件。达到蒸气-液体平衡的能力由分馏的“塔盘效率”或连续组合构件的“与理论平板等效的高度”(HETP)来表示。HETP越小，组合构件的效率越高。这种组合构件的优点是兼有高的效率和低的蒸气压降。低的压降是所希望的，因为强制气体在塔内向上流动要克服高的压力差(如果有的话)就要提高成本。

在美国专利No.4731229(Sperandio)、5523062(Hearn)、5189001(Johnson)和5431890(Crossland)等中公开过催化蒸馏组合构件的实例。例如，专利4731229公开了具有交替排列的带槽部件(其中的沟槽相对于垂直方向倾斜)和不带槽部件的反应器组合构件，在上述的部件上设有孔，以形成流过组合构件的反应剂通道。上述的沟槽相对于垂直方向倾斜可保证最佳的液体接触，并产生液体滞留，而垂直的沟槽会使液体滞留变得不希望的小，即成为过度的液体流动。

催化蒸馏是通过将催化剂置入蒸馏柱内使分离(蒸馏)装置作业与化学反应相结合。由于最高反应速率与成分有关。故可将催化剂置于最佳位置，而且，在一种受平衡限制的化学反应中，可以取出反应产物(通过蒸馏)而推动反应向前进行。最为重要的是，采有用催化蒸馏可减少所用的设备部件。因此，可将现有技术中的两室反应器和蒸馏塔合成一种整体结构。美国专利5321163公开了一种催化蒸馏系统。

已经发展出的改进的现有技术的组合构件含有复合基体结构有时称为微孔筛，这是由材料纤维网络组成的多孔性产品。美国专利5304330、5080962、5102745和5096663(这些专利均纳入本专利作为参考)公开了上述的含有材料纤维网络的多孔复合基体制造方法。混合物通常由形成多孔复合物的金属纤维与一种弥散在合适的液体中的起粘结作用的结构形成剂组成。经预成形后，去除上述液体，将复合物加热，在接合点进行纤维烧结，这就制成一种具有三维纤维网络的多孔复合板料。在绕结时或绕结之后，将上述的结构形成剂除去。

但是，上述类型的组合结构中的多孔板料通常在蒸馏过程中不会形成供气体和液体通过孔的液体连通，也就不能形成所需的接触混合和所需的低压降。这可能是由于基体较小的孔隙尺寸造成的毛细管作用所致。上述的基体可以是例如100μm厚的薄板(通常按照所需的强度在一层或多层中的厚度约为0.5～0.075mm)，其刚度与普通的碳化硼基体相当，有时称之为“纸”，但它含有金属纤维，且强度比纤维素纸高。上述板料含约90％～95％的孔隙，具有高的表面积与孔隙体积比值。

本发明人认为有必要提供一种高效的可改善蒸馏功能的组合结构。有利的是，本发明人判定这种基体可以涂上用于蒸馏塔中流体反应过程的蒸馏催化剂。

按照本发明的用于具有垂直轴线的流体处理与混合塔的结构组合件有一种板料构件，该构件具有多条平行于垂直轴线沿轴向延伸的通道和多个位于每条通道中的涡流发生器，从而在每条通道内基本上形成一条沿轴向的曲折流道。

一方面，上述构件具有多个透孔可使每条通道中的流体沿垂直于轴向流入和流出相邻的通道。

另一方面，该板料是多孔的，并含有烧结的金属纤维。

涡流发生器可以是三角形的，或者可以具有一个梯形的本体和一个尖部，或者可以是矩形的，其特征在于，当沿轴向看时，上述的通道是正方形的。

每条通道可具有从中间连接壁伸出的沿轴向延伸的相对侧壁，相邻的通道具有一个共用的侧壁，而相邻通道的连接壁位于隔开的平面上而形成一种沿垂直于通道的方向的准波纹状沟。上述涡流发生器从公用壁伸入下一个相邻的通道内。

按照本发明的又一方面的用于具有垂直轴线的流体处理与混合塔的结构组合件具有多个板料构件，每个构件具有多个沿平行于垂直轴线的轴向延伸的通道，该多个构件按边对边的关系固定在一起构成一个环形地封闭内部通道的阵列，每条通道内设有多个沿轴向隔开的涡流发生器，从而在每条通道内只形成一条沿轴向的曲折流道。

一方面，每个涡流发生器具有一个沿轴向的重叠部分，用于基本上阻隔沿轴向的液体直线流动。