专利名称：具有压纹表面的塔柱填料件的制作方法
一种多重波纹的压纹板型填料件，其上具有与垂直平面成某一角度配置的延伸的U或V形脊和沟槽的平行行列。相邻各板的脊和沟槽相互接触，以预定角度对相地倾斜和相交。斜沟槽的相对内外表面具有冲孔突起部分的交替行列，这些突起部分将增加填料件的效率。
本发明涉及供液-液或液-气接触装置用的填料元件，尤其是多重波纹板型填料件，其中每块板的V形沟或谷的两相对表面或侧面被模压出多孔突起部分的特殊图形以增加填料件的效能。
先有技术揭示了各种类型的填料件包括V和U形波纹板型的两斜侧面和表面上具有突出部分和图形的填料件和其他形状的预成型填料件以便用来改善液-液或液-气接触装置物质交换性能。
这样的带有各种形状的孔和突出部分的压纹、织构网纹或有槽的填料件的已有技术揭示在美国专利2，047，444、3，475，012、欧州专利申请0，190，435、美国专利4，186，159、美国专利4，296，050和美国专利4，604，247。但是本发明目的在于改进预压板型填料件的性能和效率，特别是改进揭示在美国专利申请序号775，919中的那种类型的填料件。所说的发明申请的内容在此引授以供参考和对参考中已有，此处未涉及的就不作详细揭示。
填料元件包括一些以任何合适方式紧固在一起的较薄的预压压纹板或织构板。每一板具有相对的顶、底、侧边和拉伸的V型斜沟槽或槽的相邻平行斜行，槽的压纹侧壁和脊从板的中间平面的一侧，然后从另一侧交替地突出。最好，每一斜行具有一些从板每一侧和板的中间平面交替突出的较短的一般为拉伸V形斜槽和脊。因此，槽的每个斜行提供了一系列拉伸的斜脊、并由在脊之间的槽的交替拉伸的斜底或凹谷所分隔开。
每一斜槽具有和上边邻接的上进口和处于下滴边上的一出口。一个槽的上沿和进入口的与其每行中的毗邻槽的下边和出口相对或邻接的。板中的所有斜V型槽的上边和下滴边的最低点基本上处于同样一水平和垂直平面。填料件的相邻板基本上是相同结构的板，因此一板的槽的斜行以同样角度倾斜，但与另一板的斜行相反并形成交叉形。
把每一槽的较薄斜侧壁进行压纹或织构以便产生一系列穿孔的锥形突出部分或突起部分的相邻行，其交替地从侧壁的每相对侧突出并由穿孔空心锥形腔分隔。因此，除了毗邻槽的上边、下滴边、进入口和出口外，槽的交替的脊和凹谷的压纹斜侧壁将增加表面积、更均匀地分散和更频繁改变液体流过每一填料件板和它们之间的表面的方向。因此，每一板的槽的压纹斜侧壁将增加填料件的性能和效率。
图1是本发明的填料件的已装配在一起的压纹板的一部分的顶视图。
图2是图1所示填料件的相邻压纹板的一部分的局部正视或侧视图。
图3是沿图2和图4的3-3线经过斜槽的压纹斜侧壁部分所作的垂直截面视图。
图4是沿图3的4-4线所作的压纹侧壁的一部分的顶视图。
图5是沿图2和5-5线经过槽的相邻斜行中一个槽的一压纹斜侧壁的一部分所作的横截面视图并表示在每一槽的相邻斜行中下槽的进入口和上边。
参看图1和2，表示了一预定厚度、高度和宽度或直径的塔柱填料件的一部分，该填料件由一些比较合适的相当薄的金属或塑料材料、经同样预压和压纹并以交替的方式装配在一起的板12组成。每一预压压纹或织构板或层12具有一压纹的前侧14和一压纹的背侧16。从前侧和背侧14、16沿着各行交替突出的是一些基本上相同大小和形状的延伸的斜的通常为V型槽18。每一斜槽具有倾斜壁，壁上有压纹或织构的外涓流表面或侧面，会聚而成的长的斜脊R以及压纹或织构的内斜涓流表面或侧面，会聚而成的长的与脊相对的凹谷V。因此，每一延伸的斜V型槽18的相邻水平和斜行在每一填料件的片、层、板12的压纹或织构侧14、16和中平面上具有交替的斜脊和凹谷。
长的斜V形槽18在凹谷V的进入口或入口周围设有上凸边20和在其下出口端周围设凶菹蛏斐龅南掳嫉伪 2。在斜行中相邻V形部分的上边20和下滴边22基本上是同样的外形和深度。每对相邻上和下边20、22从其下中点向上沿着脊和凹谷的两侧延伸到相对的两上端，该上端会聚在位于相邻的脊和凹谷之间和板12的中平面附近的接合处。
此外，斜槽18的截面形状可以呈具有曲面、曲凹槽和曲凸起的圆弧曲线(面)形，或一种直线边的结合的形式，其与窄平面或拱弧形顶或脊脱离。另外曲线形上和下边20、22能够是V形的或具有锯齿形直线或曲线形边。
可以看到在相邻的垂直、水平和倾斜行中板上配置着长的斜V型槽和上凸边20和下凹滴边22的最低点位于同一平面上和处在水平、倾斜和垂直平面的交会(叉)处。
填料件10的压纹板12最好被预压成相同大小和形状并加以装配以便每隔一块板从这边到那边变向180°，这样相邻板的背侧16是背对背地结合一起。因而，长的适度倾斜的V形槽18，脊R和凹谷V是相对地倾斜并横穿过相邻板的那些部分，而上凸边20和下凹滴边22基本一象相邻板和层的那些部分一样保持在同样的高度和水平面内。
参看图3、4和5，可以看到压纹或织构板12具有一些通常为空心锥突出部分或突起部分30的行，这些突起部分从压纹板12的每一侧14、16和中平面交替突出。每一锥形或空心突出部分30具有一带裂口或孔眼32的穿孔顶端，这些孔眼从内表面延伸到顶端的外表面部分。如图2、3和4所示，穿孔锥体布置在垂直和水平行中，而其中锥体从板12的中平面的一侧，然后从另一侧交替突出。因此，正如从板的每一侧所看到的，(图3)每对向上或向外突出的锥体30由相反或向下突出锥体30所分隔开。但是，由向下突出锥体行分隔开的向上突出锥体30所分隔开。但是，由向下突出锥体行分隔开的向上突出锥体的行可以安排成相互平行延伸、以及不是与在槽18的每一斜行中的拉伸凸脊R平行就是与其成直角或较小角度。
如图4所示，向上突出的锥体30的顶端孔眼32的外出口端在面积和大小上小于向下突出锥体30较大的内进口端。因此锥体30的穿孔顶端借助模具设备成形，并从内向着空心锥体的外顶侧进入锥体30而被穿孔和切口。
在图5中，以横截面的形式表示一俯视相邻槽18的斜行和显示带有突起部分30的压纹斜侧壁的视图，侧壁是从图5右手侧的脊R伸展到左手侧的相邻凹谷。在俯视斜槽的行时，就能够看到上凸边20是处在相邻斜行的紧连或毗邻的下槽的入口孔或进入口上。相邻下槽18的压纹斜壁从左手侧的脊R向下延展到右手侧相邻凹谷V。因此凹谷V和脊R交替横穿过板12并交替沿着槽18的斜行排列。
空心锥形突起部分30可以在板12的相反两侧14、16上方突出近似大约1/16″(1.6mm)直到在板12的壁厚的中间平面上突出1/8″(3.1mm)。每个空心圆锥在板12的壁厚的中间平面上的底圆或底的大小按直径计是近似1/8″(3.1mm)。另外，在锥形突起部分设置它们的顶端中心，并在板12的每侧上以近似1/4″(6.2mm)间距隔开的行列排成直行且与相对伸出的突起部分30的相邻行的顶端中心相距大约1/8(3.1mm)，而该突起部分从板12的相反侧交替地伸出。
在每个锥形突起部分30的底和顶中的孔眼32通过将金属稍微割开，突入或展宽加以成形，直到金属破裂并给微小的开口32提供突出的尖锐锯齿形边沿。因而从顶端而言，小孔32可以设置二、三个或四个敞开的边，这些边会聚于相应数量的会聚点或会聚地34，在那些地方，开口或裂口32变成很小、在离顶端很小距离的圆锥壁上集聚或终止。成直线排列的锥形突起部分是基本上彼此平行的且与板的斜沟槽的斜脊或平行或成一微小角度。板的每侧上的突起部分30的各行还处于与塔柱的垂直平面和垂直向下流动的液体或流体成一角度。
装配的板12可以用把全部组件捆合并加以焊接的方法固定在一起;或通过将相邻压纹板12在几个地方用普通螺钉、螺栓或铆钉紧固在一起，那些紧固地方相邻板的对相斜长的脊以近似90°的角度相互接触或横穿过。
因此，相邻压纹板仅在现已面对面的脊R的交叉中点处个相互接触并限定了板的背侧16，因而在相邻板之间提供了在面对面的十字交叉斜压纹脊R和面对面的十字交叉脊R和凹谷V的交替垂直行之间的面对面的十字交叉压纹凹谷V的水平行。
一般压纹槽18的斜行是倾斜30-60°，但是最好倾斜45°并彼此隔开1″(2.45cm)右左。拉伸槽具有大约1-3/4″(4.44cm)的长度，不过沿着上边和下滴边间的脊可以更长些，以及相邻槽18的脊和凹谷之间具有大约0.394″(1cm)的深度。
压纹或织构板口是塑料材料模压成的，但是最好角常规的模子模压出初始薄型金属平板，例如0.010″-0.050″(0.254-1.27mm)厚铜、不锈钢、蒙乃尔高温耐蚀金属、碳钢或铝板。首先，最初是平的板的两面整个区域通过模子压制、拉拔成形和再将其中所形成的空心突起部分穿孔。其次，斜槽、沟槽或波纹在上述压制板中模压成形。根据每一压纹板12的厚度，一典型填料件10在任何场合将包含10-40块板或层12、而高度和宽度以能使填料件经过普通的18″×18″人工通道插进柱或塔壁里为宜。
在使用上，液体散布在并向下流过填料件10的每块板12的两压纹侧，而气体或交换介质向上流动并与被液体湿润的压纹面上的液体接触和交换。液体流过斜压纹表面、脊，绕过和穿过锥形体而从板的两侧上的滴边流过，这将频繁地使液体改变到达同一个或相邻板的表面的方向。因此，液流频繁地转变方向和使液流更均匀地散布在板的压纹表面上，将产生一种意想不到的满意的压力降。
很明显压纹板、空心突起部分和槽的大小和形状、斜槽和突起部分的各行倾斜角度及与填料件的相邻板相应部分有关的那些压纹板、突起部分和槽的布置可以是不同的，以便适合不同的应用。
例如槽、沟道或波纹的斜行和在其上的突出部分的倾斜角度可以与相邻板的那些部分不同并可以使相邻的板的斜行不是以90°角度交叉，相邻板的上边和下滴边能够处于不同高度和在不同的平面内。此外，长的斜槽、脊和凹谷的纵向长度可以从这块到那块不同，或在同一块板的各水平行和各斜行内不同。
根据本发明所述物质交换填料件的压纹和在逆流和顺流状态中使用将以如下方式提高所构成的填料物质的交换性能和使用性能1.增加液体滞留量2.引起液体混合3.使液体分散4.增加分界表面的表面积5.由于利用毛细管作用，所以使液体能从一侧湿润板的两侧6.引起液层表面的波动7.在液体滞留表面上产生高和低压区域增加液体混合8.将暴露阻滞的液滴的两侧9.产生液体能够通过表面张力作用而被滞留的凹槽和裂口。
在其底和顶中带有裂口或孔的突起部分可以位于正方形或三角形顶点上并从板的两侧突出，因此，在板的每一侧产生一行象山或锥的形状，位于凹谷之间。板的一侧上的突起部分使沿凹谷流下的液体能分开，因为，在它的流程中液体将绕着突起部分流动。这里，与液体流动有关的主要力是重力，但是凭藉突起部分间隔和大小，可以发生毛细管作用。在突起部分周围的裂解和混合对维持均匀液体成分是很重要的，均匀液体成分将防止平衡收聚因此增加效率。
在大量情况下，最好是在液体从正常垂直向下路径横穿过板中产生交叉运动。这样运动将导致液体在横穿过整个板中大规模混合。横穿过板的液体的横向运动是通过使突起部分构形取向与垂直线成一角度所发生的，以便使液体从重力引起的正常向下方向流动。
突起部分的内部设置凹穴和导液孔道用来保持液滴。突起部分形成这些凹槽的大小和间隔控制着液滴滞留的数目，而因此是液体滞留量的控制因素之一。液体滞留量越大可以用来供液体达到同气相平衡的时间越长，从而提高了效率。这个因素在液层控制系统或具有缓慢液相反应和较低液体-气体流率的系统中是特别重要的。
每一空心突起部分和底和顶的开口能使液体从板的一侧由毛细管作用流到板的另一侧。这种方法以多种方式引起物质交换增加。首先，当液体流过板的一侧时，液体的一些部分渗流过板，从而湿润两表面并因此增加对物质交换有利的受潮表面积。其次，这种板的表面湿润增加使液层变薄，使分子到达气液界面所需的扩散路径长度减少，因此将减小达到同气体平衡所需要的时间(也就有更好的效率)。壳按嬖谔盍霞峁怪饕毕菔遣荒苡行У卮影宓囊徊嗍蟀宓亩唷 当气体流动横穿过板表面上的突起部分时，气体对于流过多孔冲压板的液体表面产生高压和低压区域。这种效应引起的波纹和波动作用同风在水体表面上引起的波纹大致相同。由突起部分引起的波动表面也提高了这种波动作用，因为在液体从一个液池流到下一个流池时，流动液体层的厚度正起着变化。通常看得到这种效应是在湖的表面上，波向着岸运动时由于在液波层的底上阻力增加而使波的顶层产生较快的运动。总之本发明的穿孔的空心突起部分和填料件论及(1)助借突出部分的孔中所保持的小滴增加液体滞留量;
(2)因为液体横向地流过各行突出部分所造成的凹谷，所以使横穿过板的液体混合增加;
(3)由于突起部分造成的定向通道并由于经由突起部分的开口液体渗流到板的另一侧，可增强液体的分散;
(4)由于上述板的两侧完全湿润和液体分散使有效的湿润表面面积增加;
(5)这种能湿润板的两侧型式的性能还确保板的两侧上液体成分以及液体分散的十分均匀;
(6)由这种型式引起的波纹效应能增强液体层内的混合;
(7)流过液体层表面的汽流的湍流能使液相和气相边界层混合，因而提高交换;
(8)液体从板的一侧流动到板的另一侧的性能使物质交换用的突起部分中所保持小滴的两侧暴露在外;
(9)由本发明设置的凹槽和切口提供了在液体和板之间十分有效地利用表面能量特性的机构，使液体的滞留量增加。
根据本发明的基板或箔的预成形和压纹可以用来制造任何波纹结构的填料件或格网式填料件，就如目前所知的带有上述所揭示的多(穿)孔空心突起部分或突出部分的填料件。
本发明的压纹填料件和当前技术水平的具有织构或凹槽表面的波纹板型填料件之间作了比较，后者填料件在现时商业上是可得到的。
试验在同样的条件下进行，在-15″(3.81cm)直径的蒸溜塔中装填到10英尺(3.048米)深。异辛烷和甲苯的混合物在100mm汞柱和70mm汞柱的压力下输入填料件。
试验结果表明在0.1CS以上高液体-气体容量下本发明的压纹填料件每理论塔板维持了所要求低压力降，最大容量比目前技术水平的织构和格网式表面的波纹板型填料件平均大15%。在低于0.1CS和0.12CS时低液-气流率下，本发明的压纹填料件使等板高度改进和使效率增加，而先有技术的压纹或格网式填料件会损失效率。本发明的压纹填料件可以以先有技术压纹或格网式填料件目前状况中的53%的最小液体比率来工作。本发明的压纹填料件的性能与作为先有技术压制或格网式填料件的3/1调节比率比较，本发明使得使用范围宽展到9/1调节比率(最小CS到最大CS)。从试验资料表明本发明的下限液压率仍未被达到(发挥)。
本发明的压纹填料件还与在待批的序列号为775，919的专利申请中揭示的并据以制造的类似的平滑和非压纹填料件作过比较。在0.13CS以下的低(每平方英尺每一混合物小于2加仑)液体和气体流率下，压纹填料件十分有效并具有较低的等板高度。在较高的液-气流率下压纹填密件的性能比类似平滑非压纹填料件更恒定(不变的效率)和有较高效率。因此，试验表明发明的先有技术压纹和非压纹填料件尤其在最小低液体或气体流率下效率都有提高。本发明的压纹填料件将具有比待批的序列号为775.919的专利申请的非压纹填料件宽40%的操作范围。压纹填料件能够以非压纹填料件的52%的最小液体比率来有效地操作。
由于对填料件可作许多改进，应该理解所揭示的实例仅仅是作为其一个例子举出，而本发明包括所有改进、实施例和它的等同物，所有这些都落入所附权利要求范围内。
权利要求
1.一种交换柱用的压纹填料件包括一些相互紧康摹⒕哂性ざù笮『捅诤竦脑こ尚 预压)压纹板，而每一预压板具有，一些长的斜槽，斜槽包括预压板每侧上的和与填料件的一相邻板的长的斜槽、脊和凹谷相对成一角度并与之相交的长脊和凹谷，而每个斜槽具有，预压板一侧上的一长凹谷和另一侧上的长脊，会聚的斜侧壁和表面从相邻长斜槽凹谷的底向上延伸到长脊，一些带穿孔顶的空心突出部分突出于斜槽的会聚斜侧壁和表面的每侧一预定距离，而每个穿孔顶具有，一较小开口，该开口伸过顶并由顶端周围的壁的一部分边围绕。
2.根据权利要求1所述的压纹填料件，其特征在于一些长斜槽处于一些长斜槽的斜行中，并且每个预压压纹板的前、后相对两侧上的每一行中具有交替的长凹谷和长脊，而每个槽具有一围绕每个槽的进口的上边、一围绕每个槽出口端的下滴边，与位于预压压纹板的相对侧上的相邻下斜槽的上边和进口相邻，并处于槽的同一斜行内。
3.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于上边和下滴边各具有一低点，这些边从低点向上延伸到斜脊的相对两侧的高点。
4.根据权利要求3所述的压纹填料件，其特征在于上边和下滴边是具有弧形曲面的。
5.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于在相邻的诸水平行中，也安排了许多斜槽，其凹谷和脊交替地横过板的每一侧，每一水平行中斜槽的下滴边基本上相互对齐并处于同一个基本上是水平的面内。
6.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于斜槽也在压纹板的每侧上排列成垂直的行列，每一垂直行中每个斜槽的下滴边基本上相互对齐并处于同一基本垂直的平面内。
7.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于长斜槽的斜行通常相互平行并与水平面成30°-60°的倾斜角。
8.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于每一斜行中槽的斜脊基本上处于同一斜平面中。
9.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于板的相对两侧上的槽基本上有相同尺寸和形状并从板的平面向外突出相同的深度。
10.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于进一步包括将板夹持在一起的紧固工具。
11.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于同一斜行中一槽的下滴边和另一相邻槽的上边从板的相对两侧的脊向内延伸，相向会聚并相互连接于板相对两侧并在板的中平面附近的高点处。
12.根据权利要求3所述的压纹填料件，其特征在于在填料件每一板的每一斜行内的每一斜槽上的下滴边的低点基本上位于倾斜的水平和垂直面的交叉线上。
13.根据权利要求1所述的压纹填料件，其特征在于填料件的预压压纹板是由铜、铝、不锈钢、碳钢、蒙乃尔，金属或其合金制成的金属板。
14.根据权利要求1所述难刮铺盍霞涮卣髟谟诳招耐怀霾糠值拇┛锥ザ司哂杏上蛲馔怀霰哐厮频谋冉闲〉亩啾咝吻锌冢ㄏ练欤
15.根据权利要求1所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分一般是锥形并且它们都从板的一侧的较大内开口基端伸展到板的相对侧上的较小穿孔的外顶端。
16.根据权利要求1所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分排列成许多行，这些行一般以平行于槽的斜脊的方向延伸并与交换柱的垂直平面、填料件和垂直流动的液体成一角度。
17.根据权利要求1所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分在位于同一平面并与脊成一角度的每行中排列成突出部分的穿孔外顶端和相对内一开口基端互相交替的行列。
18.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分的穿孔顶端具有由向外突出边所包围的比较小的多边形开口(狭缝)。
19.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分一般是锥形的，它们都从板的一侧的较大内开口端伸展到板的相对侧的较小穿孔外顶端。
20.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分安排成许多行，这些行通常与槽的斜脊平行延伸并与交换柱的垂直平面、填料件和垂直流动的液体成一角度。
21.根据权利要求2所述的压纹填料件，其特征在于空心突出部分在位于同一平面内且与脊成一倾斜角度的每行中，排列成突出部分的穿孔外顶端和相对内开口基端互相交替的行列。
全文摘要
一种交换柱用的有效压纹填料件由许多预压压纹垂直板构成，每一板具有一些长斜槽，斜槽包括会聚压纹侧壁、凹谷和脊，这些侧壁、凹谷和脊在上进口边(端)和下出口滴边之间延伸并交替地从每块板的一侧然后从每一板的中平面相对侧交替伸出。从槽的会聚侧壁伸出的是许多有穿孔顶端的空心突出部分，穿孔顶端则包括由在顶端周围壁的边所围绕的小开口。压纹板安排成相邻板的压纹槽的斜行相对地倾斜并与填料件的相邻板的斜行成交叉关系，从而使液流方向的频繁改变，致使每一板的两压纹侧更容易和更均匀地被频繁转移的向下流过其表面的液体所湿润。
文档编号F28F25/08GK1030191SQ8810329
公开日1989年1月11日 申请日期1988年5月28日 优先权日1987年5月29日
发明者小弗兰克·鲁科维纳 申请人:诺顿公司