[发明专利]用于小液体负载的传质方法、规整填料及传质设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种传质方法、在该传质方法中使用的规整填料以及具有用于小液体负载的规整填料的传质设备。具体而言，该传质设备可设计为吸收设备或蒸馏塔。

背景技术

规整填料用作传质设备中的装置，举例来说，传质设备例如为蒸馏塔或吸收塔。它们用于改善气体与液体之间的传质，尤其是在液体负载较低和/或液体表面张力较高的应用中。规整填料典型地用以规则的预定布置来布置的薄壁元件构造，流体作为微滴或膜存在于该元件上。这些薄壁元件布置在传质设备中，使得气体可流过它们。气体在流过传质设备时，气体与存在于薄壁元件的表面上的液体相接触。在这种接触期间，富集在气体中的成分可传递至液体中，反之亦然，这意味着可发生传质。

每单位时间的传质量与气体和液体的边界表面成比例。边界表面越大，由液体润湿的填料表面的比例就越大。

对于传质方法，即，例如蒸馏方法或吸收方法，规整填料用于在两种流体之间产生尽可能大的传质表面。出于此目的，一种流体以液相方式直接在填料表面上流动，而另一流体以气相方式且以逆流方式在由薄壁元件形成的填料通路中流动。两种流体彼此直接接触，且在其相边界表面处彼此交换/传递能量和/或物质。出于此原因，对于理想的传质和/或能量交换而言，所需的是液体存在于整个填料表面上，使得可用于形成尽可能大的相边界表面。

然而，准确地说，例如对于低液体负载而言，并非总是满足这种需求。低液体负载意思是：准确地说，很多液体引导穿过传质设备，使得在最佳情况下，规整填料的填料表面以膜方式被润湿，这意味着填料的整个填料表面形成相边界表面。每个塔表面区域的液体提及流量理解为液体负载L。具体而言，在具有与具有高表面张力的严重润湿液体组合的极小液体负载的应用中，例如对于水系统而言，这意味着，会出现的是填料表面仅小部分由液体润湿，且用于能量输送和物质输送的相边界表面由此急剧地减小。

良好的润湿性由具有褶皱织物层的横穿通路结构的规整填料给出。例如，在DE 1442714中描述了这样的横穿通路结构。

根据GB 451014，已发现具有纤维材料的织物特别有利，该纤维材料由于其纤维之间的极小距离而具有较高的毛细作用，且出于此原因具有非常良好的润湿性。例如，根据EP 531255A1，这种纤维材料可由玻璃或玄武岩构成。为了确保由纤维材料制成的规整填料的机械稳定性，如在DE 1442714或DE 2434082中所示，纤维与诸如钢或塑料的线丝的其它材料一起结网，或如在DE 1769739中详述的那样，还可跨置在对应框架结构上。

织物填料还有利的是用于水系统的应用。例如，在EP 2119713A1中提到由纯金属织物制成的多个填料从而用于水系统中的蒸馏。在US 7411098中，小织物填料也提供为用于水蒸馏。

从EP-A-1477224中知道了一种横穿通路填料，其由金属织物制成，该填料结合低特定流体负载操作。该特定流体负载由流体负载L与填料的比表面(specific surface)的比例确定。根据EP-A-1477224，L/a的比例低于10l/mh的最大值。比表面a限定为填料表面与填料所占据的体积的比例。L/a的比例也称为边缘负载(edge load)。通常，较大的边缘负载导致填料表面的良好润湿，因为一定量的液体进入到填料表面较小的区上。然而，在流体负载相同且填料表面区域特别大的情况下出现小边缘负载，且在正常情况下，导致可用的填料表面显著较差的润湿。

然而，已示出了由金属织物制成的这种填料在填料表面上产生窄带形式的膜，这意味着，当流体负载较小和/或液体具有较大表面张力时，仅润湿很小比例的填料表面，这意味着，优选地具有大于30mN/m的表面张力，尤其是大于50mN/m的表面张力。

文献EP 0416 649A描述了用于规整填料的织物层，根据该文献，纬线中的毛细活性线具有良好的润湿表现，这意味着，液体可沿水平方向更良好地分布。这是由非金属材料制成的纬线获得的。根据EP0416 649A，填料或塔填充元件获得自分离容量，且使单独的液体分送器为多余的。根据申请人进行的研究，根据EP 0416 649A的织物层还没有发现任何商业应用。此外，液体分送器必须基本上提供将液相均匀地分送到填料上，因此EP 0416 649A中引用的优点似乎还未证明其实际价值。因此，出于上述原因，本发明的织物层与EP 0416 649A的织物层之间的任何比较都是不可能的。