專利名稱：物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件，亦稱柱內(nèi)部構(gòu)件，具體而言，本發(fā)明涉及一種液相和一種氣相或蒸汽相之間起物質(zhì)交換作用的內(nèi)部構(gòu)件。
背景技術(shù)：
柱內(nèi)部構(gòu)件在兩種流相之間的物質(zhì)交換和熱交換的熱分離技術(shù)和混合技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。這類內(nèi)部構(gòu)件安裝在柱中或類似的裝置中作分離-或混合內(nèi)部構(gòu)件，這些裝置可用于蒸餾、精餾、吸附、反應(yīng)或萃取。在液相和一種氣相或蒸汽相的熱交換和物質(zhì)交換中，內(nèi)部構(gòu)件的作用在于，使該氣體或汽體和與之呈逆相或同向穿過柱流動的液體均勻分布在柱的橫截面上，形成盡可能大的物質(zhì)交換和熱交換的液體表面。塔板和/或填料均可用作柱的內(nèi)部構(gòu)件。與經(jīng)典的板式柱相比，填料柱，即其檔板由填料組成的柱，在柱的壓力損失，生產(chǎn)能力，從而敏感物質(zhì)的較小熱負(fù)荷等方面具有較大的優(yōu)點。至于投資費用，填料柱由于所需要的建筑工程量小而比塔板柱具有明顯的優(yōu)越性。
除了所謂的填料堆填(亦稱無規(guī)則堆填)之外，越來越多的結(jié)構(gòu)性填料(亦稱規(guī)則填料)作為物質(zhì)交換柱的填料應(yīng)用。在蒸餾塔中，結(jié)構(gòu)性填料與填料堆填相比在分離能力與大直徑柱的按比例放大方面都具優(yōu)越性。
結(jié)構(gòu)性填料按其結(jié)構(gòu)可分為“折疊表面型”和“柵格填料型”。折疊表面型的填料具有鋸齒形折疊金屬板，亦稱打褶板，這種填料作為平行于軸的內(nèi)部構(gòu)件安裝于柱內(nèi)，借助于其結(jié)構(gòu)使氣流或霧狀流和液流總是朝向填料元件的，在柱截面投影上可識別的僅有的一個優(yōu)先方向流動。DE 2601890描述了一種典型的打褶表面型結(jié)構(gòu)性填料。
與之相反，柵格型結(jié)構(gòu)性填料具有柵格形開口結(jié)構(gòu)，其柵格元件(肋片或分型件)按網(wǎng)格式，柵格式或風(fēng)扇式排列。柵格元件連接在交叉點或節(jié)點，可呈兩維或三維形式排列、柵格型結(jié)構(gòu)性填料，借助其結(jié)構(gòu)使氣流或蒸汽流和液流總是朝向填料元件的，在柱截面投影上可識別的多個優(yōu)先方向流動。在適宜的柵格填料的排列或成形下，亦可采用打折板構(gòu)成這種填料構(gòu)型。EP 069241描述了一種典型的柵格型填料，其商品名稱為“Rombopak”。
折疊表面型結(jié)構(gòu)性填料與柵格型填料相比，其優(yōu)點在于填料的制造方式簡單，缺點在于折疊表面型填料表面的浸潤性小，從而進(jìn)行物質(zhì)和熱交換的液體表面較小，這是由于折疊表面型的結(jié)構(gòu)性填料的整體表面(封閉結(jié)構(gòu))引起的。因此，裝有柵格型結(jié)構(gòu)性填料的分離柱的分離效率比裝有折疊表面型填料的分離柱更高。
在工業(yè)實踐中，使用填料精餾柱在高純要求的情況下碰到矛盾，因為無論是填料堆填或是結(jié)構(gòu)性填料都會產(chǎn)生分布不均勻的問題，特別是液相分布不均勻的問題。不均勻分布可由原本均勻分布在柱截面的液體流經(jīng)填料之后液體分布產(chǎn)生了不均勻性得以證明。但分離作用的質(zhì)量取決于氣體或蒸汽和液體在沿流動途徑的柱內(nèi)空間的截面上分布的均勻性和混合強(qiáng)度。液流和蒸汽流中出現(xiàn)的不均勻分布可分成兩種不同的類型。隨機(jī)的不均勻分布表示一種小空間的(偶然的)不均勻分布。在較大的表面范圍內(nèi)分布仍是均勻的。系統(tǒng)的不均勻分布則表明在柱截面上出現(xiàn)大面積不合格分布。在工業(yè)實踐中系統(tǒng)的不均勻分布總是覆蓋一種隨機(jī)不均勻分布。
一種特殊形式的隨機(jī)不均勻分布是液體在填料床層上只是不充分的粗預(yù)分布。通過安裝液體分布器可使液體在大面積上均勻分布，即分成一定數(shù)量的相等而均勻分布的細(xì)液流。而在小面積上卻仍然出現(xiàn)不均勻分布，即存在無液體流入的表面區(qū)和出現(xiàn)分布器液流的表面區(qū)。這種呈液體不充分預(yù)分布的隨機(jī)不均勻分布可通過昂貴的分布器或附加分布措施加以改善。
根據(jù)DE 4418488的敘述，在柱壁區(qū)液體和蒸氣流動加劇，即所謂的周界流動是系統(tǒng)的不均勻分布的一種特殊形式，因為填料堆填或填料的邊界層具有較小的阻力。在這個區(qū)域液體不完全參加物質(zhì)交換。根據(jù)Martin Gann等在Chem-Ing-Tech(化學(xué)工程技術(shù))64(1992)Nr.1 s.6-16發(fā)表的論文“大型填料柱的問題和經(jīng)驗”，與填料堆填相比，結(jié)構(gòu)性填料由于其結(jié)構(gòu)盡管有較小的系統(tǒng)不均勻分布的風(fēng)險，但是如前所述，仍不能達(dá)到自動分布。
液流和蒸汽流的系統(tǒng)的不均勻分布對分離作用特別有害，因為不能保證在柱截面上均勻混合。相反，在隨機(jī)的不均勻分布的情況下，或多或少的特殊的橫向混合能不斷地抵消和補(bǔ)償負(fù)作用。
DE 4418488指出，填料制造商建議采用液體的多次聚集和通過中間分布器再分布來作為適用的抵消不均勻分布的輔助手段。為此，將填料分成多個床層，在床層之間安裝液體集液器和中間分布器。這種措施對于上述兩種類型的不均勻分布都很有作用，特別對消除系統(tǒng)的不均勻分布更有作用。但采用集液器和分布器的缺點在于其費用和建筑高度增加。
為了避免昂貴的集液器和中間分布器，曾經(jīng)嘗試采用分布元件，它們同時兼有集液和再分布的功能。US 5,523,062A(ChemicalResearch&Licencing Company)致力于復(fù)合分布元件的研究，后者適用于催化蒸餾柱中使氣流和液流均勻再分布。該鋸齒形分布元件橫放在填料元件之間，而且氣體和液體的穿流孔完全布置在鋸齒形結(jié)構(gòu)的尖峰上。然而結(jié)果表明，這種復(fù)合再分布器并不是很有效，一方面液體未完全混合，另一方面只能勉強(qiáng)達(dá)到接近均勻的分布。
為了改進(jìn)和抵消隨機(jī)的不均勻分布，曾經(jīng)建議在一個床層的兩端(上端和下端)，以及在床層中間布置分布元件·US 4,842,778A(Glitsch Inc)建議，在一填料床層的上端和下端各安裝三個厚度不大的分布元件，其基本功能是改善氣流和液流的初始分布。分布元件由“折疊表面”型填料組成，它們亦可安裝在一個床層的內(nèi)部，以增強(qiáng)液體和蒸汽的均勻和協(xié)調(diào)分布。安裝大量的分布元件甚至可以達(dá)到取消單獨的液體分布器和蒸汽分布器。
·SU 1 681 924A(Stytsenko)提出，為使液流均勻分布，直接在液體分布器之后的填料開端處安裝一個或多個分布元件(或再分布組)，并在填料床層內(nèi)部亦安裝分布元件。目的在于使液體在分布器之后得到二次分布或者避免局部的不均勻現(xiàn)象(隨機(jī)的不均勻分布)。這里所涉及的填料以及再分布組皆為“折疊表面”型填料。
DE 441 8488提出了一種方法和一種裝置作為克服系統(tǒng)的不均勻分布，特別是克服周界暢通型不均勻分布問題的更好的辦法，該專利提出安裝一個相應(yīng)的液體分布器造成柱截面上液體噴淋密度的有針對性的不均勻分布，以便抵消后繼填料床層帶來的液相的系統(tǒng)不均勻分布。然而專利申請人的深入研究和大量試驗表明，按照DE 4418488的辦法，系統(tǒng)不均勻分布的問題并未解決，只是使問題局部轉(zhuǎn)移，在一個填料床層上端面對液體噴淋密度不采取針對性的不均勻分布的條件下，液體分布的均勻性上面好下面壞。而在對液體噴淋密度采取針對性的不均勻分布的情況下，液體分布的均勻性變?yōu)樯厦鎵南旅婧谩?br> WO 97/16247A(Sulzer)提出，為了減少蒸汽流中壓力損失，在相鄰填料元件之間保留一段距離，并在相鄰填料元件之間的中間空間安裝所謂的導(dǎo)流介質(zhì)。其目的僅在于控制液體流出和流入鄰近的下一層填料。特別應(yīng)當(dāng)避免液體在上面填料的下周邊聚集和從而可能引起的不均勻分布。
根據(jù)上面所引的Martin Gann等的論文，在“規(guī)模放大”，即從實驗室或中試規(guī)模放大到工業(yè)規(guī)模的填料柱時，在填料中的系統(tǒng)的不均勻分布的問題變得更加尖銳了，因為無論是填料堆填或者結(jié)構(gòu)性填料都缺乏經(jīng)典塔板所具有的確定的液體導(dǎo)向。在從實驗室柱或中試柱放大到工業(yè)規(guī)模的精餾柱時，在估計填料堆填的分離效率方面遇到困難，因為一般要采用另一種填料尺寸。在結(jié)構(gòu)性填料的情況下，盡管減少了這個問題，但基本上此問題仍然存在。
發(fā)明簡述本發(fā)明之目的在于提供物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件，借助于這種內(nèi)部構(gòu)件可避開與現(xiàn)有已知填料相關(guān)的系統(tǒng)的不均勻分布現(xiàn)象的缺點，從而提供具有較高分離效率的高填料床。
權(quán)利要求1的主題是為達(dá)此目的。
本發(fā)明的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件由至少一個填料床層組成，該床層具有至少一個基本填料段和至少一個與它相配的校正元件，而且這個基本填料段以及與之相配的校正元件產(chǎn)生不同的液體終端分布，即不同的系統(tǒng)不均勻分布，該填料段以及與之相配的校正元件的選擇和排列應(yīng)使通過該填料段引起的液相的系統(tǒng)不均勻分布至少部分被與之相配的校正元件所產(chǎn)生的系統(tǒng)不均勻分布校正。
本發(fā)明一方面立足于眾所周知的事實，即在某一填料高度的柱填料(特別是填料堆填，也可是結(jié)構(gòu)性填料)中達(dá)到液體的特性分布，該特性分布的規(guī)?？赡芨淖?，但其基本模式(對柱填料的特性最終分布)卻不會改變。根據(jù)前面所引的術(shù)語，特性最終分布系指系統(tǒng)的不均勻分布。本發(fā)明另一方面從新發(fā)現(xiàn)出發(fā)，即與迄今本專業(yè)領(lǐng)域廣泛流傳的看法相反，在柵格型結(jié)構(gòu)性填料的情況下，其柱壁區(qū)不像其它類型的填料那樣出現(xiàn)強(qiáng)化液流，即所謂的周界暢通，而是出現(xiàn)一種弱化液流，即所謂的周界貧化。
在下面的敘述和權(quán)利要求中將對柱內(nèi)部構(gòu)件的不同部分采用不同的概念，它們的含義和相互的區(qū)別如下·填料元件一般表示與柱徑相等的填料所組成的圓柱形元件，一般情況下其標(biāo)準(zhǔn)高度為200-250mm。
·填料段表示由一個或多個直接上下重疊同一類型的填料元件組成的序列。與下面定義的填料床層相反，填料段不被另一類型的填料元件或液體導(dǎo)流元件阻斷。
·填料類型系指填料段或填料元件的(均勻性的)類型，例如填料堆填、柵格填料、折疊表面等等。
·液體導(dǎo)流元件一般表示與柱徑相等的圓柱形元件，其主要任務(wù)是在柱中為液相導(dǎo)流，即流過該元件之后產(chǎn)生一種有序的特殊的液體分布，間或產(chǎn)生一種預(yù)期的系統(tǒng)的不均勻分布。與之相反，填料元件的首要任務(wù)在于創(chuàng)造盡可能大的物質(zhì)交換面積和保持液流和蒸汽流的均勻分布。
·校正元件系指一種通過產(chǎn)生特殊的液體最終分布，或產(chǎn)生預(yù)期的系統(tǒng)不均勻分布來校正流經(jīng)柱的液相的系統(tǒng)不均勻分布的元件；它可由一個填料段或由一個液體導(dǎo)流元件組成。
·填料床層表示由至少一個填料段和按所選的另一些上下重疊排列的填料段和/或校正元件所組成的序列，它們不被集液器阻斷。因此，填料床層可具有不同填料類型的填料段和液體導(dǎo)流元件。
·柱的內(nèi)部構(gòu)件表示由一個或若干個上下重疊排列的填料床層組成的序列。
本發(fā)明的一種很簡單的實施方案中，校正元件僅由一個液體導(dǎo)流元件組成。由于液體導(dǎo)流元件的結(jié)構(gòu)高度很小，所以本發(fā)明的這個實施方案的優(yōu)點在于，校正元件的高度與填料的總高相比甚小。導(dǎo)流元件的一種可能的、很簡單的實施方式是將其布置為同心圓錐形面，液體經(jīng)該面流出或?qū)胫?。用這種方式可校正填料的周界暢通或周界貧化。
本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案中，與第一個填料段相配的校正元件由另一個填料段組成，而且第一個填料段和另一個校正元件的填料段是不同的填料類型。這種實施方案的優(yōu)點在于，整個填料床層都可設(shè)計成適用于物質(zhì)交換，有時還不為校正元件浪費生產(chǎn)高度。與液體導(dǎo)流元件相比，這種實施方案在費用上具有明顯的優(yōu)點。優(yōu)選方案應(yīng)這樣選擇第一填料段和校正元件的另一填料段的填料類型，即要使兩個填料段之一呈周界流通，另一個呈周界貧化即建立兩種相反的，特殊形式的系統(tǒng)不均勻分布。例如，當(dāng)?shù)谝惶盍隙蔚奶盍显x柵格型填料，而另一種作校正元件相配的填料段的填料元件選折疊表面型或填料堆填型填料或者作相反的選擇。
優(yōu)選第一填料段(主填料部件)類型的填料段總高度明顯超過另一填料段(校正填料部件)類型的填料段高度。在校正填料部件的填料類型與主填料部件的填料類型相比具有弱點時，例如在制造費用或在分離效率方面具有弱點的情況下，本發(fā)明的這種實施方案的優(yōu)點尤為明顯。在校正填料部件的總高度比主填料部件小的情況下，校正填料部件的弱點對總填料床層的影響不是很大。當(dāng)然，校正填料部件的總高度及其在主填料部件中的排列的選擇要使所形成的系統(tǒng)不均勻分布盡可能進(jìn)一步被抵消。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，主填料部件的高度至少是校正填料部件的三倍；特別優(yōu)選是校正填料部件高度的6-10倍，而且在高的填料床層情況下，主填料部件用若干校正填料段分開。
在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施方案中，主填料部分為柵格型填料，校正填料部件為折疊表面型，在這種情況下兩者均為結(jié)構(gòu)性填料型。例如用在精餾柱中可提高其分離效率和處理能力。本發(fā)明的這種實施方案亦對氣流或蒸汽流特別有利，因為一方面柵格型填料段(亦如填料堆填型填料段)可使氣流均勻，從而可起到氣流整流器的作用，另一方面折疊表面型填料段可提高氣流中的混合作用。從而可消除不均勻分布對分離效率的有害作用。
特別優(yōu)選第一填料段以及與之相配的校正元件基本上具有相同的水力學(xué)容量(表示為液泛點或液泛限值)，從而使總填料床層的水力學(xué)容量不受校正元件水力學(xué)容量的限制。出于同樣的考慮，在精餾柱或吸附柱采用主填料部件和校正填料部件的實施方案中，校正填料部件在分離效率和壓力損失方面的性能不太偏離主填料部件的性能是有利的。因此，上述特別優(yōu)選的實施方案中，校正填料部件的填料比表面積(即例如填料密度)與主填料部件幾乎相等。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案中，至少一個第一填料段和/或另外的填料段由填料元件按某種方式組成，該方式通過填料元件的結(jié)構(gòu)使氣流或蒸汽流和/或液流在柱截面的水平投影上有明顯的優(yōu)先取向，其中這個垂直序列中的填料段的填料元件的排列是圍繞柱軸旋轉(zhuǎn)一個角度。上述的本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案中，主填料部件采用柵格型填料，校正填料部件采用折疊表面型，其填料段總是由兩個填料元件組成的部分段組成，該部分段的優(yōu)選排列方式是圍繞柱軸相互旋轉(zhuǎn)90°。
另一個與投資費用有關(guān)的有吸引力的實施方案是一種以填料堆填作主填料部件和以柵格填料作校正填料部件的組合。這個方案特別對簡單分離問題或者對被固體物質(zhì)沾污的液體，在大柱徑和高填料床層情況下可采用填料堆填本身。
除了上述的實施方案外，本發(fā)明還根據(jù)應(yīng)用目的采用另一種用不同填料類型的夾層組合的填料段，這樣可通過各個填料類型的不同液體最終分布的合適組合來消除由填料段引起的液體的系統(tǒng)不均勻分布。值得特別指出的是由具有相近高度的總是由兩個柵格型填料元件和兩個折疊表面型填料元件交替排列的方案。最后，亦可設(shè)想，采用由每次僅一個填料元件交替排列的方案。后面將表明，與液體最終分布有關(guān)的各種不同填料類型在分離效率、壓力損失和容量方面實際上是相等的。
下面的詳細(xì)描述與附圖只是為更好了解本發(fā)明的例子，而不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍定義于權(quán)利要求之中。專業(yè)技術(shù)人員可從下面的描述，附圖和總體權(quán)利要求中毫無困難地識別其它一些具有優(yōu)點的實施方案和特征組合，后者皆屬于本發(fā)明的范圍。
附圖簡述附圖表示一種代表現(xiàn)有技術(shù)的物質(zhì)交換柱和幾種本發(fā)明之優(yōu)選實施方案

圖1代表現(xiàn)有技術(shù)水平的物質(zhì)交換柱圖2a表示沿填有各種填料類型的柱徑的液體荷載圖(特征性液體最終分布或系統(tǒng)的不均勻分布)圖2b表示沿一種柱徑的隨機(jī)液體最終分布圖3表示本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施方案中物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件的部分視圖，該柱由一柵格型主填料部件和一折疊表面型校正填料部件組成；圖4表示本發(fā)明另一實施方案的物質(zhì)交換柱的部分視圖，該柱由高度相等的總是由兩個柵格型填料元件和兩個折疊表面型填料元件的交替的序列組成；圖5表示本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案的物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件的部分視圖，該柱由一填料堆填型主填料段和一柵格型校正填料段組成。
各圖中的相同部件基本上用相同的符號表示。
發(fā)明詳述圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的適用于蒸餾或精餾的物質(zhì)交換柱-即蒸餾柱，該柱的內(nèi)部構(gòu)件分成三個填料床層1,11,21。在結(jié)構(gòu)性填料的情況下，填料床層1,11,21由上下重疊排列的單個填料元件組成。待分離的液體從液體入口2進(jìn)入蒸餾柱。入口液和從上面的填料床層1流出的液體一起借助于液體分布器16均勻分布在柱截面，亦即其填料床層11上。液體流經(jīng)柱內(nèi)的填料床層11,21，向下流至液體出口4，從出口流出的富集了蒸餾柱中的難揮發(fā)組分的液體作為釜流產(chǎn)品。在填料床層11,21中，液相與氣相或蒸汽相充分接觸，該氣相或蒸汽相是由釜流產(chǎn)品部分蒸發(fā)產(chǎn)生的，并經(jīng)氣體或蒸汽入口3送入塔內(nèi)，再向上流經(jīng)填料床層21,11,1，經(jīng)氣體或蒸汽出口5從柱流出，它富集易揮發(fā)組分。在精餾的情況下，部分經(jīng)氣體或蒸汽出口5流出的頂流產(chǎn)品經(jīng)冷凝后作為回流8重新送入柱的內(nèi)部空間，在柱內(nèi)借助于液體分布器6均勻分布在填料床層1的截面上，并經(jīng)填料床層1向下流動。
作為防止由填料引起的不均勻分布，特別是系統(tǒng)的不均勻分布的輔助措施，以及作為有助于入口物流2分布的輔助措施，將柱的內(nèi)部構(gòu)件分成三個填料床層1,11,21。在每個填料床層1,11(除最下一個床層外)的下端，液體由集液器7,1 7聚集，并經(jīng)液體分布器16，26重新均勻地分布到柱的截面，即床層11和21的截面上，從而至少能使位于其下的填料床層11和21的上端重新達(dá)到蒸餾最佳的均勻液體分布。
一旦液體流過液體分布器下面的填料床層1,11,21的一定長度，由于填料床層1,11,21的作用液體在柱截面上不再完全均勻分布，這對蒸餾柱的分離效率有負(fù)作用。不同填料類型的不均勻分布現(xiàn)象示于圖2a和2b。在圖2a和2b中表示通過物質(zhì)交換柱的沿徑向(x-方向)的局部液體荷載(y-方向)。圖2a表示上面提及的各種柱填料的特性最終分布，即系統(tǒng)的不均勻分布圖。曲線111表示填料堆填型填料床層的典型圖，曲線112表示折疊表面型填料床層的圖象，曲線113表示柵格型填料床層的圖。從圖象111和112可以看出，填料堆填型和折疊表面型填料床層的液體的系統(tǒng)不均勻分布呈邊界暢通形式，而且填料堆填型的邊界暢通比折疊表面型要明顯得多。從圖113可以看出，柵格型填料床層中液體的系統(tǒng)不均勻分布呈邊界貧化形式。適宜地選擇填料高度可使邊界貧化的程度差不多與折疊表面型的邊界暢通程度相當(dāng)(符號相反)。圖2b以類似的方式表示隨機(jī)的不均勻分布。從圖可以直接看出，在大部分區(qū)內(nèi)以液體平均荷載來看可得到均勻分布。
圖3所示的本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施方案的填料床層201的部分視圖利用了圖2a所示的柵格型和折疊表面型填料的性質(zhì)。按照本發(fā)明的這個實施方案，填料床層201由一第一柵格型填料段208疊加折疊表面型填料段209、柵格型填料段218、折疊表面型填料段219和柵格型填料段228。填料床層201有時亦由三個柵格型填料段(208,218,228)(主填料部件)和兩個置于其間的折疊表面型填料段(209,219)(校正填料部件)的序列組成。
校正填料部件的折疊表面型填料段209,219的每個填料段由二個填料元件組成，該填料元件的排列是繞柱軸互相轉(zhuǎn)約90°。圖3所示的蒸餾柱中，校正填料部件的比填料表面(即填料密度)與主填料部件大約相等。此外，校正填料部件的水力學(xué)容量(表示為液泛點或液泛限值)亦與主填料部件大約相等。主填料部件的高度至少應(yīng)為校正填料部件高度的三倍；優(yōu)選為6-10倍。
基于圖2a所示的液體最終分布圖，主填料部件和校正填料部件所引起的液體的系統(tǒng)不均勻分布可以大大抵消。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案所進(jìn)行的蒸餾塔試驗中，一個填料床層的分離效率明顯地高于30級理論分離級。按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)較高分離級數(shù)的高床層，而這種級數(shù)的床層按照現(xiàn)有技術(shù)則必須要借助于多個集流器和液體分布器增加分層(參見圖1的下面兩個填料床層)。
按照圖3進(jìn)行的另一個蒸餾柱試驗比較了無校正填料部件的3.5m高的填料床層的分離效率和7.5m高的填料床層的分離效率，該床層一次按照圖3的排列，而另一次按照類似排列，但用柵格型填料元件代替折疊表面型填料元件，這樣僅由單一主填料部件代替了由一個主填料部件和一個校正填料部件組成的柱填料。試驗表明，無校正填料部件的7.5m高的填料床層的單位床高的分離效率比3.5m高的填料床層明顯降低，而對帶校正填料部件的床層則基本保持不變或稍有減少。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案的物質(zhì)交換柱示于圖4。填料床層301,311各由一種交替序列組成，該序列總是由兩個柵格型填料元件組成的第一填料段302,312、由其高度與第一填料段302,312約相同的兩個折疊表面型的填料元件組成的與之相配的校正元件303,313、以及其后再加上總是交替采用柵格型和折疊表面性填料的填料段304-308,314-320組成。
根據(jù)圖5所示的本發(fā)明的實施方案，物質(zhì)交換柱含有一填料床層401，該床層由填料堆填型的主填料部件組成的第一填料段402、另一由柵格型的校正填料部件組成的填料段403、和由填料堆填型的主填料部件組成的第三填料段404組成。根據(jù)圖5所示的本發(fā)明的實施方案，填料床層401的投資費用遠(yuǎn)小于填料床層201的投資費用，因為只有較小的由較昂貴的柵格型填料元件組成的校正填料部分403，而大得多的主填料部件402,404卻由費用適當(dāng)?shù)恼w充填型填料組成。
總而言之，本發(fā)明提供了物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件，它們能基本上抑制目前用已知填料所出現(xiàn)的液體系統(tǒng)的不均勻分布的現(xiàn)象，并由此具有上述的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1．一種用于物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件，該構(gòu)件至少包含填料床層(201；301；401)，該床層含有至少一個第一填料段(208；302；402)和至少一個與之相配的校正元件(209；303；403)，其特征在于，至少一校正元件(209；303；403)可以在液相中產(chǎn)生一種系統(tǒng)的不均勻分布，這種系統(tǒng)的不均勻分布至少能部分地校正其相配填料組件(208；302；402)產(chǎn)生的另一種系統(tǒng)的不均勻分布。
2．權(quán)利要求1的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該校正元件由一種液體導(dǎo)流元件組成。
3．權(quán)利要求1的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該與第一填料段(208；302；402)相配的校正元件(209；303；403)由至少另一填料段(209；303；403)組成，其中該第一填料段(208；302；402)和另一填料段(209；303；403)的填料類型不同。
4．權(quán)利要求3的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一填料段(208；302；402)與另一填料段(209；303；403)的選擇，應(yīng)使兩個填料段之一產(chǎn)生液流周界暢通，另一個產(chǎn)生液流周界貧化。
5．權(quán)利要求3或4的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一填料段(208；302)和該另一填料段(209；303)是這樣選擇的，即兩個填料段之一是采用主要導(dǎo)致氣流或蒸汽流均勻的填料類型，而另一個是采用主要導(dǎo)致氣流或蒸汽流混合的填料類型。
6．權(quán)利要求4或5的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一填料段(208；302)和該另一填料段(209；303)是這樣選擇的，即兩個填料段之一為柵格型填料，另一為折疊表面型。
7．權(quán)利要求4的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一填料段(402)為填料堆填型，而另一填料段(403)為柵格型填料。
8．權(quán)利要求1-7中任一項的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一和/或另一填料段(208,209；302,303；403)由這類填料元件組成即通過其結(jié)構(gòu)使氣流或蒸汽流和/或液流在柱的水平截面投影上產(chǎn)生一明顯的優(yōu)先流向。
9．權(quán)利要求8的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，產(chǎn)生優(yōu)先流向的填料元件總是以圍繞柱軸相互旋轉(zhuǎn)約90°而排列。
10．權(quán)利要求1-9中任一項的物質(zhì)交換內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，該第一填料組件(208；302；402)的水力學(xué)容量與與之相配的校正元件(209；303；403)的水力學(xué)容量基本相同。
11．權(quán)利要求3-10的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，由第一填料段(208；402)的填料類型的各填料段(208,218,228；402,404)組成的主填料部件在填料高度上明顯超過由另一填料段(209；403)的填料類型的各填料段(209,219；402)所組成的校正填料段。
12．權(quán)利要求11的物質(zhì)交換柱內(nèi)部構(gòu)件，其特征在于，主填料部件(208,218,228；402,404)的高度是校正填料部件(209,219；403)高度的6-10倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于物質(zhì)交換柱的內(nèi)部構(gòu)件,該內(nèi)部構(gòu)件含有至少一填料床層(201;301;401)。該填料床層(201;301;401)具有至少一個第一填料組件(208;302;402)和至少一個與之相配的校正元件(209;303;403),其中該填料段(208;302;402)和與之相配的校正元件(209;303;403)產(chǎn)生不同的液體最終分布或系統(tǒng)的不均勻分布,該填料段(208;302;402)和與之相配的校正元件(209;303;403)應(yīng)這樣選擇和排列,要使由填料段(208;302;402)所引起的液相中的系統(tǒng)不均勻分布至少部分被與之相配的校正元件(209;303;403)所產(chǎn)生的不均勻分布所校正。將這種填料用于物質(zhì)交換柱可達(dá)到較高的分離效率或者有可能使填料床層更高。
文檔編號B01J19/30GK1237116SQ98801260
公開日1999年12月1日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月4日
發(fā)明者U·比爾曼 申請人:屈尼有限公司