蒸馏方法及交叉波纹整装类泡沫填料

申请号 CN201280006815.X 申请日 2012-01-13 公开(公告)号 CN103328094A 公开(公告)日 2013-09-25
申请人 普莱克斯技术有限公司; 发明人 J.比林厄姆; G.X.陈;
摘要 本 发明 涉及一种执行蒸馏工艺的方法和一种在这种工艺中使用的交叉波纹整装填料,其中上升的蒸气相和下降的液体相在这种填料中 接触 。所述交叉波纹整装填料包含由开孔类 泡沫 材料制成的波纹板材。液体相产生沿形成所述材料的孔的支杆下降的液膜,蒸气相在交叉波纹整装填料内上升并且进入所述孔、接触液膜。所述交叉波纹整装填料被配置成使得周围环境空气将在0.3"wc/ft的压降下流过所述交叉波纹整装填料的表面速度不大于周围环境空气将在相同压降下流过制成波纹板材的类泡沫材料的基准表面速度的20倍,以确保蒸气进入类泡沫材料的孔。
权利要求

1.一种执行用于分离包含在混合物中的组分的蒸馏工艺的方法,所述方法包括:
在交叉波纹整装填料内使所述混合物的上升的蒸气相与所述混合物的下降的液体相逆流地接触,使得所述下降的液体相变得更富含比具有较高挥发性的组分低的挥发性的组分,并且所述蒸气相变得更富含所述具有较高挥发性的组分;
所述交叉波纹整装填料包含由类泡沫材料制成的波纹板材,所述类泡沫材料具有由互连支杆形成的网络形成的基本开孔结构,所述支杆限定了所述基本开孔结构内的孔;
执行所述蒸馏工艺,使得所述下降的液体相产生在所述交叉波纹整装填料中沿所述支杆下降的液膜,所述蒸气相在所述交叉波纹整装填料内上升、进入到所述波纹板材的所述类泡沫材料内的所述孔内并且接触所述液膜;以及
配置所述交叉波纹整装填料的波纹板材,使得周围环境空气在0.3"wc/ft的压降下流过所述交叉波纹整装填料的表面速度不大于所述周围环境空气在所述压降下流过制成所述波纹板材的所述类泡沫材料的基准表面速度的20倍。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述表面速度不大于所述基准表面速度的15倍。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述混合物包括氩、和氮,所述蒸气相变得更富含氮或氩,所述液体相变得更富含氧。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述交叉波纹整装填料具有在100m2/m3到
500m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积、优选地在150m2/m3到400m2/m3之间的范围内的t、每英寸30个小孔到每英寸140个小孔之间的频次内的由所述孔形成的在每个所述波纹板材的相对表面处的小孔、在2%到20%之间的固体百分比范围内的每个所述波纹板材中的固体百分比以及在20度到60度之间的波纹范围内的每个所述波纹板材的至少在其中间区域中的波纹角。
5.根据权利要求3所述的方法,其中,所述交叉波纹整装填料具有在150m2/m3到
400m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积、在每英寸40个小孔到每英寸100个小孔之间的频次内的由所述孔形成的在每个所述波纹板材的相对表面处的小孔、在2%到20%之间的固体百分比范围内的每个所述波纹板材中的固体百分比以及在30度到50度之间的波纹角范围内的每个所述波纹板材的至少在其中间区域中的波纹角。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其中,各所述波纹板材为矩形结构并且具有由从相对的顶缘和底缘延伸的顶部波纹和底部波纹形成的顶部区域和底部区域,所述顶部波纹和所述底部波纹通过包含在所述中间区域内并且以所述波纹角定向的中间波纹连接,所述顶部波纹和所述底部波纹具有从所述顶缘和所述底缘所测量的90度的波纹角。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述类泡沫材料由形成。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述类泡沫材料由碳化硅形成。
9.一种交叉波纹整装填料,其包括:
多个由互连支杆形成的网络形成的具有基本开孔结构的类泡沫材料制成的波纹板材,所述支杆限定了所述基本开孔结构内的孔;以及
所述多个波纹板材被配置成使得周围环境空气在0.3"wc/ft的压降下流过所述交叉波纹整装填料的表面速度不大于所述周围环境空气在所述压降下流过制成所述波纹板材的所述类泡沫材料的基准表面速度的20倍。
10.根据权利要求9所述的交叉波纹整装填料,其中,所述表面速度不大于所述基准表面速度的15倍。
11.根据权利要求9所述的交叉波纹整装填料,其中,所述交叉波纹整装填料具有在
100m2/m3到500m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积、优选地在150m2/m3到400m2/m3之间的范围内的t、每英寸30个小孔到每英寸140个小孔之间的频次内的由所述孔形成的小孔、在2%到20%之间的固体百分比范围内的每个所述波纹板材中的固体百分比以及在20度到60度之间的波纹角范围内的每个所述波纹板材的至少在其中间区域中的波纹角。
12.根据权利要求9所述的交叉波纹整装填料,其中,所述交叉波纹整装填料具有在
150m2/m3到400m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积、在每英寸40个小孔到每英寸100个小孔之间的频次内的由所述孔形成的小孔、在2%到20%之间的固体百分比范围内的每个所述波纹板材中的固体百分比以及在30度到50度之间的波纹角范围内的每个所述波纹板材的至少在其中间区域中的波纹角。
13.根据权利要求11或12所述的交叉波纹整装填料,其中,各所述波纹板材为矩形结构并且具有由从相对的顶缘和底缘延伸的顶部波纹和底部波纹形成的顶部区域和底部区域,所述顶部波纹和所述底部波纹通过包含在中间区域内并且以所述波纹角定向的中间波纹连接,所述顶部波纹和所述底部波纹具有从所述顶缘和所述底缘所测量的90度的波纹角。
14.根据权利要求13所述的交叉波纹整装填料,其中,所述类泡沫材料由碳化硅形成。
15.根据权利要求9所述的交叉波纹整装填料,其中,所述类泡沫材料由碳化硅形成。

说明书全文

蒸馏方法及交叉波纹整装类泡沫填料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种执行用于分离包含在混合物之内的组分的蒸馏工艺的方法以及一种由具有基本(substantially)开孔结构的类泡沫材料制成的波纹板材形成的、在这种工艺中使用的交叉波纹整装填料(cross-corrugated structured packing)。

背景技术

[0002] 在化学工业中,蒸馏是最广泛应用的分离手段。蒸馏在具有例如筛盘(sievetrays)、整装填料和散堆填料等质量传递接触部件的蒸馏塔之内进行。该接触部件接触待被分离的混合物的上升的相和下降的相,使得上升的蒸气相在塔内上升时变得更富含更易
挥发的组分,液体相在塔内下降时变得更富含更不易挥发的组分。在例如以热传递关系连
接到彼此的高压塔和低压塔组成的双塔设备中的空气分离的情况下,蒸气相变得更富含氮
并且液体相变得更富含以实现氮和氧之间的分离。
[0003] 与通常的工业蒸馏实践相比,低温气体分离的特点是需要封围在高效隔热体内的高的蒸馏塔。高的高度由如下二者所导致,即有效地实现该分离所需要的大量的平衡阶段
以及在最常见的实施方式中两个塔以一个在另一个的顶上的方式堆叠从而在不需要液
的情况下允许热集成的事实。该隔热体需要最小化来自周围环境的热泄漏并且还要防止
空气的进入,来自周围环境的热泄漏会增加制冷能量需求,而空气的进入会在冷表面上结

[0004] 在空气分离作业中使用的蒸馏塔所要求的高度导致了空气分离设备的高增量成本。为了最小化高度需求,所使用的位于蒸馏塔内的质量传递接触部件在给定的塔高度下
提供高度分离。在盘的情况下,通过比在分离除空气外的混合物时使用的蒸馏塔中所通常
采用的盘间隔小的盘间隔实现高度分离需求。同样地,具有高面积密度的板材金属交叉波
纹整装填料被用于降低在空气分离时使用的蒸馏塔在其它情况下将会要求的高度。使用高
密度填料的一个缺点是填料的液压能力降低。由于液压能力降低,所以需要具有更大横截
面积的塔来处理给定量的空气。这增加了需要的填料的数量以及外壳护套成本。这还会导
致运输限制。进一步地,这种面积增加导致了在板材金属填料中的界面面积的增加,这会导致板材之间的液体的局部分配不均,这会导致执行给定分离所要求的填料高度相比于与增
加的面积成正比所得到的高度的增加(界面面积的加倍不会使分离所需的高度减半)。
[0005] 尽管如上文所述盘和整装填料是在蒸馏塔中使用的最常见类型的质量传递接触部件,但是也建议了由开孔泡沫形成的整料部件(monolithic elements)。在这种材料中,互连支杆形成的网络限定了互连的孔的开放网络。例如,在序列号为No. 2010/0243520的
美国专利申请中公开了一种可结合蒸馏使用的部件。该部件本身可为圆盘形并且在塔内堆
叠成多层。进一步地,各部件均可由多个子部件构成,其中期望以与派的切片非常相同的方式跨越大的塔直径。制作各部件的材料可以是氧化物、化物、氮化物、化物、陶瓷材料、金属材料、聚合材料或蒸材料。可以选择所使用的材料类型以在苛刻的环境中工作,并且碳化是一种优选的材料。
[0006] 用整料形式的类泡沫材料制成的填料在蒸馏塔内的有效性严格受限。这是因为这种泡沫允许液体和蒸气逆流流动的液压能力很低。进一步地,在液体和蒸气沿着塔的横截
面隔离从而易于这两相的逆流流动的情况下,该材料倾向于促进分配不均。众所周知,尤其是在工业规模的塔(直径大于0.3米)中,这种隔离对质量传递的整体有效性非常有害。
[0007] 一种使用开孔泡沫固有地更有效的方法是用类泡沫材料替换常规的交叉波纹整装填料中的金属板材。波纹板材的波纹类泡沫结构与常规板材填料相比可以提供润湿面
积的增加,同时也提供为蒸气流动而开放的总尺寸,并且因而提供与相当的表面面积的板
材金属填料相当或比相当的表面面积的板材金属填料更大的液压能力。在序列号为No.
101555138A的中国专利申请中描述了这种填料。此专利公开了一种制造由碳化硅开孔泡沫
形成的交叉波纹整装填料的方法。
[0008] 发明人在此确定,在实际使用呈如上所述形式的交叉波纹整装填料时的问题在于开孔泡沫板材会固有地比板材之间的区域更加阻碍蒸气的流动。因此,在这种填料中,蒸气会往往沿着波纹在类泡沫材料的外部以比泡沫基体本身内部高的速度流动。在板材金属填
料中,液膜作为暴露于流过波纹的气体的板材的表面上的膜而流动。在泡沫的情况下,低于特定临界液流的液体将作为薄膜在包括填料的支杆上流动,并且在泡沫板材的内部上的这
些支杆在与流过波纹的气体的传递质量方面不如其在板材金属的情况下有效。因此,为了
确保有效地使用该润湿区域并且为了实现与填料的润湿表面面积更一致的分离效率,必须
设计填料使得至少一些最小部分的蒸气会流过该类泡沫材料本身以接触沿着支杆的液膜,
并且因此实现这种填料中的潜能。
[0009] 正如将讨论的,本发明提供了一种蒸馏的方法及一种在这种方法中使用的填料,该方法将以确保蒸气流过构成波纹板材的类泡沫材料本身的方式特征性地工作。

发明内容

[0010] 本发明在一个方面中提供了一种执行用于分离包含在混合物中的组分的蒸馏工艺的方法。根据本发明的这一方面,在交叉波纹整装填料内使所述混合物的上升的蒸气相
与所述混合物的下降的液体相逆流地接触,使得所述下降的液体相变得更富含比具有较高
挥发性的组分低的挥发性的组分,并且所述蒸气相变得更富含所述具有较高挥发性的组
分。所述交叉波纹整装填料包含由类泡沫材料制成的波纹板材,所述类泡沫材料具有由互
连支杆的网络形成的基本开孔结构,所述支杆限定所述基本开孔结构内的孔。执行所述蒸
馏工艺,使得所述下降的液体相产生在所述交叉波纹整装填料中沿所述支杆下降的液膜,
所述蒸气相在所述交叉波纹整装填料内上升、进入到所述波纹板材的所述类泡沫材料内的
所述孔内并且接触所述液膜。配置所述交叉波纹整装填料的波纹板材,使得周围环境空气
在0.3"wc/ft(塔的高度/填料的英尺数)的压降下流过所述交叉波纹整装填料的表面
速度不大于所述周围环境空气在所述压降下流过制成所述波纹板材的所述类泡沫材料的
基准表面速度的20倍。
[0011] 在本发明的另一方面中提供了一种交叉波纹整装填料,其包括多个由互连支杆形成的网络形成的具有基本开孔结构的类泡沫材料制成的波纹板材,所述支杆限定了所述基
本开孔结构之内的孔。所述多个波纹板材被配置成使得周围环境空气在0.3"wc/ft的压降
下流过所述交叉波纹整装填料的表面速度不大于所述周围环境空气在所述压降下流过制
成波纹板材的所述类泡沫材料的基准表面速度的20倍。
[0012] 如此处和权利要求书中所使用的,术语“交叉波纹整装填料”指一种至少在中间区域内具有波纹的整装填料,该整装填料由波纹板材制成并且其中所述至少在中间区域内的波纹以一度定向,并且当波纹板材被组装以形成整装填料时,相邻板材中的波纹彼此交
叉。
[0013] 如上文所提到的,在由类泡沫材料形成的交叉波纹整装填料中,如果对制成这种填料的波纹板材之间的蒸气流动的阻力处于充分低的等级,则由于孔的细微尺寸相对于由
波纹所限定的开放通道的尺寸所提供的较高的流动阻力,蒸气相将永远不会进入类泡沫材
料而以任何明显的程度接触液体相。为了确保蒸气确实流过填料,必须具有充分开放的孔
结构结合整装填料内足够高的流动阻力,使得蒸气进入制成波纹板材的类泡沫材料。这在
本发明中是通过比较在0.3"wc/ft的压降下通过整装填料相对于类泡沫材料本身的周围
环境空气流的表面速度来定量的。在此将提出一种测试填料的方法。优选地,如上文所指
出的,表面速度和基准速度的此比率不大于20并且优选为不大于15。
[0014] 在本发明的一种方法中,混合物可以包括氩、氧和氮。这样,蒸气相变得更富含氮或氩,液体相变得更富含氧。在本发明的任一方面中,就氮从氧和/或氩从氧的分离而
言,优选的交叉波纹整装填料具有在100m2/m3到500m2/m3之间的面积范围内、优选为在
150m2/m3到400m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积。下面将定义术语“宏观比面积”。
这种波纹板材具有在每英寸30个小孔到每英寸140个小孔之间的频次内、优选为在每英寸
40个小孔到每英寸100个小孔之间的频次内由孔(cells)形成的小孔(pores)以及在2%
到20%之间的范围内的固体百分比。进一步地,波纹板材至少在其中间区域内具有在20度
到60度之间并且优选为在30度到50度之间的波纹角范围内波纹角。
[0015] 各波纹板材可以具有矩形的结构并且具有由从相对的顶缘和底缘延伸的顶部波纹和底部波纹形成的顶部区域和底部区域,所述顶部波纹和所述底部波纹通过包含在中间
区域内并且以所述波纹角定向的中间波纹连接。所述顶部波纹和所述底部波纹具有从所述
顶缘和所述底缘测量的90度的波纹角。进一步地,在本发明的任何方面中类泡沫材料均可
以是碳化硅。
附图说明
[0016] 虽然本说明书总结出权利要求书并且权利要求书清楚地指出申请人认为是他们发明的主题,但是应该相信,结合附图将会更好地理解本发明,图中:
图1是在塔外壳内使用以实施根据本发明的方法的交叉波纹整装填料的示意性横截
面图;
图2是根据本发明的交叉波纹整装填料的正面视图;
图3是在波纹板材沿竖向方向时观察的如图2中所示的这种波纹板材的放大的示意性
横截面图;
图4是在制造如图2中所示的波纹板材时使用的类泡沫开孔材料的局部正面视图;
图5是如图1中所示的交叉波纹整装填料的俯视示意性平面图;
图6是用于测试根据本发明的交叉波纹整装填料的特征的测试塔;以及
图7是在根据本发明的交叉波纹整装填料中使用的波纹板材的改良方案。

具体实施方式

[0017] 参照图1,图示了使用根据本发明的交叉波纹整装填料10的塔段1,该交叉波纹整装填料10位于实际上会是呈圆筒形构造的塔外壳12内。交叉波纹整装填料10可以以与
由板材金属制成的波纹整装填料相同的方式由层叠的整装填料的料构成。尽管未示出,
已知可以以规则的间隔布置壁擦拭器(wall wipers)以防止这种填料和塔外壳12之间的
蒸气流动。而且,为支撑该交叉波纹整装填料10将设置支撑栅格,并且在填料上方设置液
体分配器从而以均匀的方式向床供应液体。
[0018] 如现有技术中已知的,待精馏混合物的上升的蒸气相14从设置在下面的液体收集器或液体分配器16中的开口沿箭头A的方向进入交叉波纹整装填料10,并且下降的液体
相18从设置在液体分配器20中的开口分配至交叉波纹整装填料10并且沿箭头B的方向
流动。通过交叉波纹整装填料10提供的这些相的接触,下降的液体相18变得更富含具有
较低挥发性的待精馏混合物的组分,上升的蒸气相14变得更富含具有较高挥发性的组分。
[0019] 在空气分离的情况下,较高挥发性组分将为氮或氩,较低挥发性组分将为氧。就这方面而言,并且如现有技术中所熟知地,在空气分离时,空气被压缩、提纯出较高沸点组分、冷却至适于精馏的温度并且然后在蒸馏塔系统中精馏,这种蒸馏塔系统具有高压塔,其在比低压塔更高的压力下工作并且以热传递关系与低压塔集成。将空气引入到高压塔内开始
了上升的蒸气相的形成。在高压塔中,随着低压塔中产生的富氧液体的蒸发,氮从氧分离并且凝结,使高压塔和低压塔两者回流并且因此开始了下降的液体相的形成。这产生了具有
比高压塔中的空气更高浓度的氧的釜液,该釜液在低压塔中进一步精馏以进行氮从氧的进
一步分离。如果需要氩,则可以将氩塔连接至低压塔以从氧分离氩。因此,在空气分离的情况下,交叉波纹整装填料10可以单独地或与例如盘或金属整装填料等其它质量传递接触
部件一起位于高压塔、低压塔以及氩塔中。
[0020] 参照图2、3和4,交叉波纹整装填料10由波纹板材22制成,波纹板材22则通过例如硅化碳泡沫等具有开孔结构的类泡沫材料形成。应当注意的是,也可以使用其它形式
的泡沫,例如现有技术中已知的金属泡沫和其它陶瓷泡沫。特别参照图4,这种材料具有孔
24,并且孔24由支杆26形成的互连网络限定。该结构为“开孔”结构,或者换句话说,如此处所使用的或在权利要求中所使用的,该术语是指这些孔24彼此流体连通并且在这种结
构中几乎没有盲孔。在交叉波纹整装填料10的情况下,蒸气沿着压力梯度的方向并且大致
沿箭头A的方向流到这些孔内,液体沿着支杆26向下流动成为下降的膜,以提供蒸气和液
体之间的接触。
[0021] 特别参照图2和图3,如本领域技术人员将已知的,在空气分离时使用的整装填料通常包括由形成并且具有通常在0.003英寸(0.08毫米)到0.008英寸(0.2毫米)之间
的厚度的波纹板材。该波纹板材22具有与会在空气分离时使用的常规的整装填料相似的
几何形式,但是基础材料被替换成类泡沫材料。该波纹板材22与在整装填料中使用的通常
的波纹板材相比更大程度上是一种三维结构,因为波纹板材22的厚度是由支杆26的极限
限定的,为在整装填料中使用的金属板材厚度的平均5倍到50倍之间。该类泡沫材料的特
征可以用表示支杆26的平均厚度、它们的平均长度以及扭曲度的一些参数来表征。类泡沫
材料的比面积可以定义为单位体积内的互连支杆26的表面的总面积,为m2/m3。波纹板材
的这种形式具有一些另外的变量,例如,波纹板材26的平均厚度“t”,卷曲28的基础长度 “b”;卷曲28的高度“h”;波纹板材26的卷曲28 的卷曲角“θ”以及在波纹板材26沿竖向方向布置时观察的波纹板材26到水平面的波纹角“φ”。
[0022] 这些填料板材本身限定了填料的宏观比面积“ap”(m2/m3),其通过泡沫板材的极限(extremity)限定。值得注意的是,宏观比面积以与限定泡沫边界的板材是固体板材时相同的方式计算。其并不表示真实的物理表面面积,但确实可以方便地表征波纹板材的尺寸。
[0023] 对于一种给定的泡沫类型(泡沫内的固体百分比“es”(固体所占的体积的百分比),支杆26的平均直径“dm”,支杆26的有效平均长度“de”,泡沫的比面积“as”,支杆的扭曲度“χ”以及每英寸的小孔数“N”),增大形成交叉波纹整装填料10的波纹板材26的厚度“t”将会增大填料的实际有效表面面积(“asp”),因为增大了泡沫体积及其相关表面面积。
交叉波纹整装填料10的实际表面面积(“asp”)是泡沫比面积和板材所占据的填料体积的百分比的乘积,并且可以通过下述公式给出:
asp=as*(1-ep);
其中“ep”是未被板材占据的填料的体积的百分比。
[0024] 参照图2,可以通过下述公式计算“ep”:2 2 0.5/h*b
1-ep=2t[(b/2)+(h-t/cos(θ))]
同样参照图2,可以通过下述公式计算交叉波纹整装填料10的宏观比面积“ap”:
2 2 0.5/h*b
ap=4[(b/2)+(h-t/cos(θ))]
上述是基于三角形卷曲模式。在实践中圆化这些卷曲可能是有利的。
[0025] 如上文所提到的,为了更充分地利用交叉波纹整装填料10的整个表面区域,必需选择如在类泡沫材料本身中所观察的交叉波纹整装填料10的几何形状以及通过波纹板材
22提供的交叉波纹结构的几何形状以迫使相当大部分的蒸气通过泡沫基体本身。为了帮助
对此的理解,可以考虑如图5中所示的通过塔外壳10剖取的水平截面。这此平面区域中的
一些是波纹板材22的波纹所限定的自由空间,该波纹板材22以交叉波纹的样式设置。该
区域的一部分会被泡沫占据。根据之前的定义,该平面区域未被泡沫占据的平均百分比将
等于填料孔隙率“ep”。当蒸气流过此截面时,一些蒸气将在开放区域中行进,并且一些在波纹板材的类泡沫材料的间隙内行进。由于类泡沫材料的性质,类泡沫材料具有比开放通道
更大的对流动的阻力,并且因此,蒸气在开放区域中的速度将大于在波纹板材22的类泡沫
材料内的速度。一种增大蒸气穿过类泡沫材料的流动的方法是减小填料开放区域“ap”,同时通过增大平均的孔尺寸或减小固体体积百分比来增大类泡沫材料的可渗透性。
[0026] 在填料板材内流动的气体与开放通道的相对比例是许多变量的函数,这些变量包括:“es”、“dm”、“de”、“θ”、“h”、“b”、“φ”和“t”。在实践中,网状泡沫结构的三维性质使得难以用少量的变量完全表征这种结构。使用所有这些变量表征交叉波纹整装填料10的
一种方便的方法是在相等的压力梯度下将作为基准表面速度的穿过由类泡沫材料形成的
整料的蒸气的表面速度与穿过使用该整料的相同类泡沫材料的交叉波纹整装填料10的蒸
气的表面速度相比较。适用于大多数蒸馏工艺的实际梯度是0.3"wc/ft,并且该系统使用在周围环境条件下工作的简单空气系统,选择成使得该塔会接近于其中液体将会冲洗填料的
蒸馏作业的通常的设计位置。如上文所指出的,在0.3"wc/ft的相当压力梯度下整料和交
叉波纹整装填料10之间的速度比应当不大于20并且优选为不大于15。在这种情况下,在
通常的蒸馏工艺中将通过构成波纹板材22的类泡沫材料的蒸气的百分比将大于1%并且甚
至大于3%,并且通过泡沫结构的此对流流动将确保泡沫结构内部的湿润表面区域在质量传
递方面是有效的。
[0027] 在实践中,为了制造根据本发明的交叉波纹整装填料,可使用用于具有相同宏观表面面积的板材金属填料的干压降相关性(百分比填料、波纹角、波纹高度等)预测气体在开放通道——在开放通道处达到了0.3"wc/ft(245Pa/m)的干压降——中的速度。现有技
术中包含这种相关性的参考文献有很多。一个示例是2000年Ind. Eng. Chem Res.(工业
与工程化学研究)第39卷第1788页Fair著作的内容。同样地,气体在泡沫内流动的干压
降相关性也可见于文献中,并且用于计算在给定压力梯度下的速度。一个示例可见于2009
年6月Chemical Engineering Science(化工科学)第64卷第11期第2607-2616页由
Lévéque等人著作的内容。然后可以测试交叉波纹填料如上所述地以确定其起作用使得例
如交叉波纹整装填料10等整装填料和整料泡沫之间的表面速度之比不大于20,并且优选
为不大于15。
[0028] 图6中示出了一种可用于就在上面描述的目的的测试系统。
[0029] 该测试通过使用塔32的空气系统30来最简单地完成,塔32的直径的最小值为4"(0.1米)但优选为12"(0.3米)或更大,从而最小化壁的冲击。有效阻碍填料和塔外壳之间的蒸气通道的壁擦拭器应当以规则的间隔——通常至少每4英寸的高度——设置。待测
试的填料部件的高度优选为1英尺的高度或更高。通过适当的压差计34获取均用附图标
记36总体上示出的类泡沫材料的整料和正研究的交叉波纹整装填料两者的压降相对于空
气速度的测量值。在处于压力下的空气可用的情况下,空气通过38被调速、并被流量计
40所计量、然后供应至包含该填料的塔的底部。通过用流量计测量的体积流量除以塔的横
截面来确定该表面速度。另一种测量方式可以通过使用皮托管而直接测量。
[0030] 在此发明人已计算出,在高压塔或低压塔或氩塔中适用于空气分离作业的例如交叉波纹整装填料10等交叉波纹整装填料将具有:在100m2/m3到500m2/m3之间的面积范围
内、并且优选为在150m2/m3到400m2/m3之间的面积范围内的宏观比面积;通过孔形成的各
波纹板材的相对表面处的小孔处于在每英寸30个小孔到每英寸140个小孔之间、并且优选
为在每英寸40个小孔到每英寸100个小孔之间的频次内;各波纹板材中的固体百分比在
2%到20%之间的固体百分比范围内;以及各波纹板材22中的波纹角在20度到60度之间、
并且优选为在30度到50度之间的波纹角范围内。
[0031] 根据现有技术并且由金属制成的交叉波纹整装填料通常具有700m2/m3的密度和45度的波纹角。在目标是保持高度但减小直径的根据本发明的交叉波纹整装填料中,例如
当面对运输限制或对塔进行改装以获得更大容量时,在此发明人已经计算出,这种填料应
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当结合每英寸具有80个小孔、“ep”为80%、“as”为250m/m 并且波纹角为45度的波纹板
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材。这种填料已被计算为提供超过现有技术中具有700m/m 的密度的板材金属填料10%以
上的额外容量。在目标是降低填料高度的情况下,根据本发明的交叉波纹整装填料将具有
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每英寸100个小孔、“ep”为70%并且“as”为400m/m。这种填料可降低达50%的高度,但
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具有和现有技术中具有700m/m 的密度的板材金属整装填料相同的容量。
[0032] 优选地,该类泡沫材料将以几乎没有任何闭孔的基本开孔结构配置。一些陶瓷或金属类泡沫材料将具有较高的闭孔百分比。这将降低该填料的效率,并且由于该结构中这
样百分比的孔是闭合的,所以在使用这种类泡沫材料的交叉波纹填料中的压降将更大。
[0033] 已知交叉波纹整装填料优选地充斥在填料层之间的界面处。通过减小对界面处尤其是在填料层的底部处的气流的阻力,可以增大容量。这在板材金属填料中可以以多种方
式实现。结合图7中所示的波纹板材22'说明了一种这样的方式,该波纹板材22'可用于
形成根据本发明的交叉波纹整装填料。波纹板材22'由例如上文所述的开孔类泡沫材料形
成。波纹板材22'具有顶缘50和底缘52,并且设置有顶部区域54、底部区域56和中间区
域58,均为在波纹板材22'以竖向方向置于例如蒸馏塔中时进行观察的。分别从顶缘50和
底缘52延伸的波纹60和62通过包含在中间区域58内的中间波纹64连接并且具有从顶
缘50和底缘52测量的90度的波纹角。在空气分离的情况下,该中间波纹64将在上面给
出的角度范围内。另一种增大容量的方法是在填料板材的中间区域中的厚度的10%到80%
之间在界面附近处减小根据本发明的波纹板材的厚度。另外,另一种增大容量的方法是将
在界面附近的孔隙率增大至少5%、优选为大于10%。
[0034] 虽然结合优选实施方式描述了本发明,但是,如所属领域的技术人员可以想到的那样,在不脱离当前在审的权利要求书中所阐明的本发明的精神和范围的情况下,可以做
出许多改变、增加和省略。
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