[发明专利]质量和热量交换装置

说明书

本发明涉及一种质量和热量交换装置，具体地说，一种作为填料装于具有大量理论板的蒸馏塔中的质量和热量交换装置，它被典型地应用于蒸馏空气或一氧化碳，氮，氢或碳化氢的混合物的搭中，或者用在同位素分离塔中。它也可用于同位素蒸馏。典型地，如安装在具有大量理论的板的蒸馏塔中。

通常用的填料包括具有相互平行的波纹的波纹带，每个带位于一个统一的垂直面上，波纹是倾斜的并且带之间的斜坡方向相反。穿孔度对于这些所谓的交叉波纹填料约为10％。

GB-A-1,004,046公开了交叉波纹型的填料。

CA-A-1,095,827建议利用添加小直径的密集的穿孔以使得液体可以直接通过该交叉波纹带，来对此类填料加以改进。

WO-A-94/12258建议利用互锁的系统精确定位在一个垂直面上的带间的相互位置来对此类填料加以改进。该装置的目的是在同一塔中形成最大的装填表面积，因为互锁允许带间相互贯穿。

WO-A-086/06296和WO-A-90/10497公开了一种包括水平的和叠合的层，而每层包括一排棱锥体的填料。

在WO-A-86/06296中，其结构上包括具有交替开放与封闭的侧面的底面敞开的棱锥体，棱锥体相互之间以尖端相连以构成大量的通风叶片，该叶片使空气旋转从而增强气体与液体间的接触。该结构的一个基本特性是它可以用穿孔的和折迭的金属薄板组合而成。此时，穿孔不仅设计得可用于优化液体的流动同时也使得气体可以穿过交叉折迭的带，穿孔度大约为50％。

荒谬的是，恰在此交叉波纹填料正开始被从根本上考虑时，此类的填料却开始被用于空气中的气体分离，这种相对滞后的应用，可以用相对于在市场上的其他板而言，低温板具有更高的性能来解释。(其HETP，理论板等效高度，为10cm并具有小的压降)。

在WO-A-90/10497中，上述结构被利用使两个连续层的棱锥体的面相一致，从而制造了相对于带而言的横向通道并增进横向的混合来加以改进。它明确指出双重穿孔的优点在于：一种棋盘式的穿孔用于空气(因此表面积的50％被穿孔)，而在封闭面上具有辅助穿孔以组织液体的细流。

后一专利申请用于Sulzer的产品“Optiflow^TM”，该产品代表了新一代产品的第一种结构，使其可具有较之现有的传统的交叉波纹填料远为优越的性能(对于恒定的蒸发率其HETP减少大约25～30％，或对于恒定的HETP其溢流速度增大大约25～30％)。

该专利和这些专利申请使得可以清楚地区分两种主要的研究路线。第一种研究路线的目的是优化液体的流动，使得润湿的表面尽可能大从而使液体分布在所有方向，在填料中的细流过程中被再次混合。第二种研究路线的目的是优化气体的流动，即在没有优先的低环流的流体通道或区域条件下形成尽可能骚动的纵向的流动。

到目前为止，已经对流体在交叉波纹型的结构上的流动进行了研究。发现小直径的穿孔(大约10％)将增进带的每一侧液体的通过。提出了几种改进方法：CA-A-1,095,827主张对孔相对于折迭的位置进行精密地定位，CA-A-94/12258主张利用带的相互穿插，进行相对定位。事实上，孔的定位并不显著增加填料的有效性。因为孔的主要作用是使液体可由带的一面穿到另一面。因此仅穿孔度和孔的尺寸影响效率。

WO-A-86/06296和WO-A-90/10497介绍的棱锥体的概念引入了一种新的类型的穿孔-作为气体通过用的穿孔(占表面积的约50％)。这些穿孔使得压力降减少，并形成通风器增进气体的搅动。这些文件没有提及液体的流动。

事实上利用尖端(“顶点”和“角部”-“角部”表示顶点位于底边)连接棱锥体具有一个主要的缺点：因为事实上在这些点上材料很少，这些组件机械上的完整性意味着这些“尖端”必须被用钉住，捆扎，缝合，熔焊或焊接等机械过程在实际上结合起来。这些过程要求复杂的和昂贵的工具因此使得价格相当高。应当进一步指出的是这些固定的数量随棱锥体的数量，即随其大小的立方的倒数而变，因此限制了经济上可以达到的此类填料的具体的表面积。不仅如此，棋盘穿孔的原则导致废弃率约为50％，当填料的价格很高时，比如用机织织物时这就是十分不利的。

它还显示出该结构是充分通风的，这样假如部分废料积聚在结构中而没有使得气体的湍流或表面的润湿程度降低时，HETP可以被进一步降低。