专利名称：陶瓷填料件的制作方法
背景技术：
本发明涉及的是填料件，一种经常称之为“不规则”或“抛填式”填料件。这类填料件用于填充发生物质或热量传递的塔式单元。这类陶瓷填料件的一个特别重要的用途就是在热量回收作业中的应用，在该作业中它必须为流经反应器的热流体提供最为有效的接触。发挥最大效率的另一个关键因素就是尽可能将塔顶与塔底的压差维持在低水平。为了确保这一点，填料件的流阻应该最小。它靠的是非常松散的结构，但是如果当塔内填料件叠垒在一起使得一部分填料件渗透到第二元件空间的话，单靠松散结构还会受到使用上的限制。因此，重要的是填料件的设计要减少这种填料件的叠垒。
本发明具体涉及陶瓷填料件，这种填料件是由挤出法或干压法生产，因此沿一个轴向的横截面基本上均匀一致，使这种填料件具有对称轴。该技术领域曾描述过几种从非常简单到复杂的形状。所有形状基本上呈圆柱体状，不同之处仅在圆柱体的内部构造。最简单的构造就是基本圆柱体，内部无任何构造。这类构造常称之为腊希(Raschig)环，并已经已知多年。而另一种复杂构造在美国设计专利455,029和USP 6,007,915中有描述。这两极端之间有简单的车轮形构造，在USPP 3,907,710和4,510,263中描述过这类结构。
如今发现这类形状的尺寸对获得最佳性能是至关重要的。现有技术领域并未提及获得最佳性能的尺寸范围。美国专利4,510,263提到L∶D之比为0.5-5，但指出较佳比率为0.5-2。美国专利3,907,710未提及长径比，但在其实施例中所用填料件的长径比为1。美国专利4,337,178提及圆柱状陶瓷填料件用作催化剂的载体，文中也未提及具体的优选长径比，但在其实施例中采用的填料件的长径比为2.11。
发明概述本发明一个方面提供一种陶瓷填料件。该填料件包含基本上呈圆柱状的构造，沿填料件长度方向(L)有一对称轴，与填料件长度垂直的最大直径方向(D)，其中直径与长度之比在2.7-4.5之间。
在一个实施方式中，直径与长度之比在3.0-4.4之间。
附1是本发明一种填料件的透视图，在一个角上从下面一点到一侧直接观察。
图2是如
图1所示同一填料件的俯视图。
图3是热量回收百分率与填料件长径比的关系图。
图4是热量回收百分率与气体流率的关系图。
图5是轴上通道较大的填料件的俯视图。
较佳实施方式的说明本发明现在参照附图所述实施方式进行更具体说明。这种说明并不意味对本发明范围的任何一种必要的限止，因为可以明白只要不偏离本发明的基本精神，可以对本发明作出各种细微改变。
陶瓷填料件定义为具有容纳结构，基本上呈圆柱状，并且可以理解成这种圆柱状可以包括那些稍压扁而使横截面呈椭圆形的圆柱形，以及至少五条边的多棱柱状。容纳构造的内部空间可以具有多个隔片或无隔片，但是由于这种填料件的主要用途用于热量传递，其中表面积是非常重要的，因此最好提供内部构造复杂的填料件。本文所述“隔片”(多隔片)一词用于描述结构件，它将容纳圆柱体一个内部构件与另一构件相连。因此所述构件的长度长达和等于它的直径。
本发明的陶瓷填料件可以由任何一种合适的陶瓷材料制成，诸如天然的或人造的粘土，沸石，堇青石，矾土，氧化锆，氧化硅及其混合物。此配方经与粘结剂，挤压助剂，微孔生成剂，润滑剂一类试剂混合，有助于它的挤出和/或产生所需的孔隙度或表面积，使其适合所需用途。
该填料件可以用于热量与物质传递，或作为载体，在其上沉积催化剂成份。此填料件特别适用于从热气流中回收热时的热量传递。这类应用可以在工厂用的换热器上找到例子，这种工厂的功能是燃烧废气流中任何可燃烧的物质。这类换热器对于有效利用排放废气流中热值用以加热进入进行处理的废气，进而降低燃烧可燃性物质所需燃料的成本是极为重要的。本发明揭示一种最佳填料件的设计而达到此目的的方法。
物质传递用途包括在流体与陶瓷填料件之间呈一个或多个组分形式的物质传递，例如从气流中脱除像二氧化硫一类气体组分。陶瓷填料件的一个重要的物质传递应用就是用在硫酸制造厂的吸收塔。
然而，此填料件有利于各种用途，其中表面积是一个重要因素，它决定了该填料件在完成其指定任务中的效率。
在有些场合下，此填料件具有内隔片，将它的内部空间分隔成数个通道，有利的是所述填料件在轴上有开孔。该开孔可以为任何所需形状，但要避免隔片构造过多而折断，如拆除某些通道的隔片而形成一个较大的复合通道造成折断。
本发明一个极佳构造包括容纳结构，截面呈六角形，它的每一对对角靠隔片相连，各边的平行隔片与对角处相交的边相连。总体效果是提供了多个三角形通道，贯通填料件，每个通道的尺寸基本相同。这种设计的填料件在附图中的图1-2叙述。
图5叙述的是较佳的填料件，它具有位于轴心的较大通道。这种填料件基于图1与图2的设计。围绕轴的六个三角形通道组合成较大的轴通道5。附图所示填料件1，具有六边形容纳结构2。多个隔片3将内部空间分隔成多个相同的贯通填料件的三角形通道4。该填料件具有沿对称轴方向的长度(L)，以及与对称轴垂直的最大尺寸(D)。附图中D∶L之比约为4。对称轴可以是此结构件的挤出方向。
为了证实D∶L之比的重要性，将陶瓷填料件制成直径D相同，但具有不同长度L。然后将这些填料件置于管内，在1500℃(815.6℃)时管内通气流，气流流速为207英尺/秒(74.8米/秒)，测量气流中通过与该填料件接触而回收的热能百分率，并对应它的长径比绘制成图。测量结果示于图3。
然后热能回收百分率作为气体流速的函数对三个填料件各自进行测量，测量结果示于图4。从这些关系图清晰可见当长径比在约2.7-4.5之间时，特别在约3.0-4.4之间时，热能回收百分率呈峰值，并且在所有被测试气体流速时均保持这个优势。
测试结果完全出乎意料之外，因为现有技术领域并未指出这种趋势。另外，极具优势的是尽可能多的热能被填料件的每个通道回收。
D∶L之比的优点还见诸于物质传递应用之中。
权利要求
1.一种陶瓷填料件(1)，其特征在于，所述陶瓷填料件基本呈圆柱状结构(2)；沿填料件长度方向(L)呈轴对称，且垂直于所述长度的最大尺寸为所述填料件的直径(D)，其中所述直径与长度之比在2.7-4.5之间。
2.如权利要求1所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述直径与长度之比在3.0-4.4之间。
3.如权利要求2所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述直径与长度之比在3.5-4.0之间。
4.如上述权利要求1-3中任何一项所述的陶瓷填料件，其特征在于，圆柱状结构包围多个隔片(3)，由此形成多个贯通填料件的通道(4)，每个通道长度基本相同。
5.如权利要求4所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷填料件至少有二十条通道(4)。
6.如权利要求5所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷填料件至少有五十条通道(4)。
7.如上述权利要求4-7中任何一项所述的陶瓷填料件，其特征在于，多个隔片中的每一个隔片在沿所述隔片长度的分隔位置处与至少其它两个隔片相交。
8.如上述权利要求1-7中任何一项所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述圆柱状构造具有至少五条边的多边形截面。
9.如权利要求8所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述多边形截面为六边形，其中所提供的填料件具有多个内隔片(3)，它形成了多个相同的贯通填料件的通道(4)，每个通道的截面呈三角形。
10.如权利要求9所述的陶瓷填料件，其特征在于，较大的轴通道(5)是通过组合围绕对称轴的隔片所形成的多个通道来提供的。
11.如权利要求10所述的陶瓷填料件，其特征在于，较大的轴通道的体积至少是其它通道的两倍。
12.如权利要求11所述的陶瓷填料件，其特征在于，较大的轴通道的体积至少是其它通道的四倍。
13.如上述权利要求1-12中任何一项所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷由一种选自天然粘土、人造粘土、矾土、沸石、堇青石、氧化锆、氧化硅及其混合物的材料制成。
14.如上述权利要求4-13中任何一项所述的陶瓷填料件，其特征在于，填料件的所有隔片具有第一端和第二端，所述隔片至少与邻近第一端的基本上呈圆柱状的构造相连。
15.一种从蒸汽流中取走热量的方法，该方法特征在于，流体流经多个陶瓷填料件，所述填料件从流体中吸取热量，每个填料件包括基本上呈圆柱状的构造(2)，沿填料件长度方向(L)有一对称轴，垂直于所述长度的最大尺寸为所述填料件的直径(D)，其中该填料件直径与长度之比在2.7-4.5之间。
16.一种物质传递的方法，其特征在于，流体流经多个陶瓷填料件，所述填料件从流体中吸收一种或多种组分，每个填料件包括基本上呈圆柱状构造(2)，沿填料件长度方向(L)有一对称轴，垂直于所述长度的最大尺寸为所述填料件的直径(D)，其中该填料件直径与长度之比在2.7-4.5之间。
17.如权利要求16所述的物质传递方法，其特征在于，所述组分包括二氧化硫。
全文摘要
本发明提供一种改进的陶瓷填料件，它具有圆柱体的基本形状，它的长径比，即直径与长度尺寸之比在2.7－4.5之间。
文档编号B01D53/04GK1688388SQ03804848
公开日2005年10月26日 申请日期2003年2月28日 优先权日2002年2月28日
发明者H·S·尼克纳弗斯, R·L·米勒 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司