專利名稱：具有壓紋表面的塔柱填料件的制作方法
一種多重波紋的壓紋板型填料件，其上具有與垂直平面成某一角度配置的延伸的U或V形脊和溝槽的平行行列。相鄰各板的脊和溝槽相互接觸，以預定角度對相地傾斜和相交。斜溝槽的相對內外表面具有沖孔突起部分的交替行列，這些突起部分將增加填料件的效率。
本發明涉及供液-液或液-氣接觸裝置用的填料元件，尤其是多重波紋板型填料件，其中每塊板的V形溝或谷的兩相對表面或側面被模壓出多孔突起部分的特殊圖形以增加填料件的效能。
先有技術揭示了各種類型的填料件包括V和U形波紋板型的兩斜側面和表面上具有突出部分和圖形的填料件和其他形狀的預成型填料件以便用來改善液-液或液-氣接觸裝置物質交換性能。
這樣的帶有各種形狀的孔和突出部分的壓紋、織構網紋或有槽的填料件的已有技術揭示在美國專利2，047，444、3，475，012、歐州專利申請0，190，435、美國專利4，186，159、美國專利4，296，050和美國專利4，604，247。但是本發明目的在于改進預壓板型填料件的性能和效率，特別是改進揭示在美國專利申請序號775，919中的那種類型的填料件。所說的發明申請的內容在此引授以供參考和對參考中已有，此處未涉及的就不作詳細揭示。
填料元件包括一些以任何合適方式緊固在一起的較薄的預壓壓紋板或織構板。每一板具有相對的頂、底、側邊和拉伸的V型斜溝槽或槽的相鄰平行斜行，槽的壓紋側壁和脊從板的中間平面的一側，然后從另一側交替地突出。最好，每一斜行具有一些從板每一側和板的中間平面交替突出的較短的一般為拉伸V形斜槽和脊。因此，槽的每個斜行提供了一系列拉伸的斜脊、并由在脊之間的槽的交替拉伸的斜底或凹谷所分隔開。
每一斜槽具有和上邊鄰接的上進口和處于下滴邊上的一出口。一個槽的上沿和進入口的與其每行中的毗鄰槽的下邊和出口相對或鄰接的。板中的所有斜V型槽的上邊和下滴邊的最低點基本上處于同樣一水平和垂直平面。填料件的相鄰板基本上是相同結構的板，因此一板的槽的斜行以同樣角度傾斜，但與另一板的斜行相反并形成交叉形。
把每一槽的較薄斜側壁進行壓紋或織構以便產生一系列穿孔的錐形突出部分或突起部分的相鄰行，其交替地從側壁的每相對側突出并由穿孔空心錐形腔分隔。因此，除了毗鄰槽的上邊、下滴邊、進入口和出口外，槽的交替的脊和凹谷的壓紋斜側壁將增加表面積、更均勻地分散和更頻繁改變液體流過每一填料件板和它們之間的表面的方向。因此，每一板的槽的壓紋斜側壁將增加填料件的性能和效率。
圖1是本發明的填料件的已裝配在一起的壓紋板的一部分的頂視圖。
圖2是圖1所示填料件的相鄰壓紋板的一部分的局部正視或側視圖。
圖3是沿圖2和圖4的3-3線經過斜槽的壓紋斜側壁部分所作的垂直截面視圖。
圖4是沿圖3的4-4線所作的壓紋側壁的一部分的頂視圖。
圖5是沿圖2和5-5線經過槽的相鄰斜行中一個槽的一壓紋斜側壁的一部分所作的橫截面視圖并表示在每一槽的相鄰斜行中下槽的進入口和上邊。
參看圖1和2，表示了一預定厚度、高度和寬度或直徑的塔柱填料件的一部分，該填料件由一些比較合適的相當薄的金屬或塑料材料、經同樣預壓和壓紋并以交替的方式裝配在一起的板12組成。每一預壓壓紋或織構板或層12具有一壓紋的前側14和一壓紋的背側16。從前側和背側14、16沿著各行交替突出的是一些基本上相同大小和形狀的延伸的斜的通常為V型槽18。每一斜槽具有傾斜壁，壁上有壓紋或織構的外涓流表面或側面，會聚而成的長的斜脊R以及壓紋或織構的內斜涓流表面或側面，會聚而成的長的與脊相對的凹谷V。因此，每一延伸的斜V型槽18的相鄰水平和斜行在每一填料件的片、層、板12的壓紋或織構側14、16和中平面上具有交替的斜脊和凹谷。
長的斜V形槽18在凹谷V的進入口或入口周圍設有上凸邊20和在其下出口端周圍設兇菹蟶斐齙南擄嫉偽 2。在斜行中相鄰V形部分的上邊20和下滴邊22基本上是同樣的外形和深度。每對相鄰上和下邊20、22從其下中點向上沿著脊和凹谷的兩側延伸到相對的兩上端，該上端會聚在位于相鄰的脊和凹谷之間和板12的中平面附近的接合處。
此外，斜槽18的截面形狀可以呈具有曲面、曲凹槽和曲凸起的圓弧曲線(面)形，或一種直線邊的結合的形式，其與窄平面或拱弧形頂或脊脫離。另外曲線形上和下邊20、22能夠是V形的或具有鋸齒形直線或曲線形邊。
可以看到在相鄰的垂直、水平和傾斜行中板上配置著長的斜V型槽和上凸邊20和下凹滴邊22的最低點位于同一平面上和處在水平、傾斜和垂直平面的交會(叉)處。
填料件10的壓紋板12最好被預壓成相同大小和形狀并加以裝配以便每隔一塊板從這邊到那邊變向180°，這樣相鄰板的背側16是背對背地結合一起。因而，長的適度傾斜的V形槽18，脊R和凹谷V是相對地傾斜并橫穿過相鄰板的那些部分，而上凸邊20和下凹滴邊22基本一象相鄰板和層的那些部分一樣保持在同樣的高度和水平面內。
參看圖3、4和5，可以看到壓紋或織構板12具有一些通常為空心錐突出部分或突起部分30的行，這些突起部分從壓紋板12的每一側14、16和中平面交替突出。每一錐形或空心突出部分30具有一帶裂口或孔眼32的穿孔頂端，這些孔眼從內表面延伸到頂端的外表面部分。如圖2、3和4所示，穿孔錐體布置在垂直和水平行中，而其中錐體從板12的中平面的一側，然后從另一側交替突出。因此，正如從板的每一側所看到的，(圖3)每對向上或向外突出的錐體30由相反或向下突出錐體30所分隔開。但是，由向下突出錐體行分隔開的向上突出錐體30所分隔開。但是，由向下突出錐體行分隔開的向上突出錐體的行可以安排成相互平行延伸、以及不是與在槽18的每一斜行中的拉伸凸脊R平行就是與其成直角或較小角度。
如圖4所示，向上突出的錐體30的頂端孔眼32的外出口端在面積和大小上小于向下突出錐體30較大的內進口端。因此錐體30的穿孔頂端借助模具設備成形，并從內向著空心錐體的外頂側進入錐體30而被穿孔和切口。
在圖5中，以橫截面的形式表示一俯視相鄰槽18的斜行和顯示帶有突起部分30的壓紋斜側壁的視圖，側壁是從圖5右手側的脊R伸展到左手側的相鄰凹谷。在俯視斜槽的行時，就能夠看到上凸邊20是處在相鄰斜行的緊連或毗鄰的下槽的入口孔或進入口上。相鄰下槽18的壓紋斜壁從左手側的脊R向下延展到右手側相鄰凹谷V。因此凹谷V和脊R交替橫穿過板12并交替沿著槽18的斜行排列。
空心錐形突起部分30可以在板12的相反兩側14、16上方突出近似大約1/16″(1.6mm)直到在板12的壁厚的中間平面上突出1/8″(3.1mm)。每個空心圓錐在板12的壁厚的中間平面上的底圓或底的大小按直徑計是近似1/8″(3.1mm)。另外，在錐形突起部分設置它們的頂端中心，并在板12的每側上以近似1/4″(6.2mm)間距隔開的行列排成直行且與相對伸出的突起部分30的相鄰行的頂端中心相距大約1/8(3.1mm)，而該突起部分從板12的相反側交替地伸出。
在每個錐形突起部分30的底和頂中的孔眼32通過將金屬稍微割開，突入或展寬加以成形，直到金屬破裂并給微小的開口32提供突出的尖銳鋸齒形邊沿。因而從頂端而言，小孔32可以設置二、三個或四個敞開的邊，這些邊會聚于相應數量的會聚點或會聚地34，在那些地方，開口或裂口32變成很小、在離頂端很小距離的圓錐壁上集聚或終止。成直線排列的錐形突起部分是基本上彼此平行的且與板的斜溝槽的斜脊或平行或成一微小角度。板的每側上的突起部分30的各行還處于與塔柱的垂直平面和垂直向下流動的液體或流體成一角度。
裝配的板12可以用把全部組件捆合并加以焊接的方法固定在一起;或通過將相鄰壓紋板12在幾個地方用普通螺釘、螺栓或鉚釘緊固在一起，那些緊固地方相鄰板的對相斜長的脊以近似90°的角度相互接觸或橫穿過。
因此，相鄰壓紋板僅在現已面對面的脊R的交叉中點處個相互接觸并限定了板的背側16，因而在相鄰板之間提供了在面對面的十字交叉斜壓紋脊R和面對面的十字交叉脊R和凹谷V的交替垂直行之間的面對面的十字交叉壓紋凹谷V的水平行。
一般壓紋槽18的斜行是傾斜30-60°，但是最好傾斜45°并彼此隔開1″(2.45cm)右左。拉伸槽具有大約1-3/4″(4.44cm)的長度，不過沿著上邊和下滴邊間的脊可以更長些，以及相鄰槽18的脊和凹谷之間具有大約0.394″(1cm)的深度。
壓紋或織構板口是塑料材料模壓成的，但是最好角常規的模子模壓出初始薄型金屬平板，例如0.010″-0.050″(0.254-1.27mm)厚銅、不銹鋼、蒙乃爾高溫耐蝕金屬、碳鋼或鋁板。首先，最初是平的板的兩面整個區域通過模子壓制、拉拔成形和再將其中所形成的空心突起部分穿孔。其次，斜槽、溝槽或波紋在上述壓制板中模壓成形。根據每一壓紋板12的厚度，一典型填料件10在任何場合將包含10-40塊板或層12、而高度和寬度以能使填料件經過普通的18″×18″人工通道插進柱或塔壁里為宜。
在使用上，液體散布在并向下流過填料件10的每塊板12的兩壓紋側，而氣體或交換介質向上流動并與被液體濕潤的壓紋面上的液體接觸和交換。液體流過斜壓紋表面、脊，繞過和穿過錐形體而從板的兩側上的滴邊流過，這將頻繁地使液體改變到達同一個或相鄰板的表面的方向。因此，液流頻繁地轉變方向和使液流更均勻地散布在板的壓紋表面上，將產生一種意想不到的滿意的壓力降。
很明顯壓紋板、空心突起部分和槽的大小和形狀、斜槽和突起部分的各行傾斜角度及與填料件的相鄰板相應部分有關的那些壓紋板、突起部分和槽的布置可以是不同的，以便適合不同的應用。
例如槽、溝道或波紋的斜行和在其上的突出部分的傾斜角度可以與相鄰板的那些部分不同并可以使相鄰的板的斜行不是以90°角度交叉，相鄰板的上邊和下滴邊能夠處于不同高度和在不同的平面內。此外，長的斜槽、脊和凹谷的縱向長度可以從這塊到那塊不同，或在同一塊板的各水平行和各斜行內不同。
根據本發明所述物質交換填料件的壓紋和在逆流和順流狀態中使用將以如下方式提高所構成的填料物質的交換性能和使用性能1.增加液體滯留量2.引起液體混合3.使液體分散4.增加分界表面的表面積5.由于利用毛細管作用，所以使液體能從一側濕潤板的兩側6.引起液層表面的波動7.在液體滯留表面上產生高和低壓區域增加液體混合8.將暴露阻滯的液滴的兩側9.產生液體能夠通過表面張力作用而被滯留的凹槽和裂口。
在其底和頂中帶有裂口或孔的突起部分可以位于正方形或三角形頂點上并從板的兩側突出，因此，在板的每一側產生一行象山或錐的形狀，位于凹谷之間。板的一側上的突起部分使沿凹谷流下的液體能分開，因為，在它的流程中液體將繞著突起部分流動。這里，與液體流動有關的主要力是重力，但是憑藉突起部分間隔和大小，可以發生毛細管作用。在突起部分周圍的裂解和混合對維持均勻液體成分是很重要的，均勻液體成分將防止平衡收聚因此增加效率。
在大量情況下，最好是在液體從正常垂直向下路徑橫穿過板中產生交叉運動。這樣運動將導致液體在橫穿過整個板中大規模混合。橫穿過板的液體的橫向運動是通過使突起部分構形取向與垂直線成一角度所發生的，以便使液體從重力引起的正常向下方向流動。
突起部分的內部設置凹穴和導液孔道用來保持液滴。突起部分形成這些凹槽的大小和間隔控制著液滴滯留的數目，而因此是液體滯留量的控制因素之一。液體滯留量越大可以用來供液體達到同氣相平衡的時間越長，從而提高了效率。這個因素在液層控制系統或具有緩慢液相反應和較低液體-氣體流率的系統中是特別重要的。
每一空心突起部分和底和頂的開口能使液體從板的一側由毛細管作用流到板的另一側。這種方法以多種方式引起物質交換增加。首先，當液體流過板的一側時，液體的一些部分滲流過板，從而濕潤兩表面并因此增加對物質交換有利的受潮表面積。其次，這種板的表面濕潤增加使液層變薄，使分子到達氣液界面所需的擴散路徑長度減少，因此將減小達到同氣體平衡所需要的時間(也就有更好的效率)。殼按嬖諤盍霞峁怪饕畢菔遣荒苡行У卮影宓囊徊嗍蟀宓畝唷 當氣體流動橫穿過板表面上的突起部分時，氣體對于流過多孔沖壓板的液體表面產生高壓和低壓區域。這種效應引起的波紋和波動作用同風在水體表面上引起的波紋大致相同。由突起部分引起的波動表面也提高了這種波動作用，因為在液體從一個液池流到下一個流池時，流動液體層的厚度正起著變化。通常看得到這種效應是在湖的表面上，波向著岸運動時由于在液波層的底上阻力增加而使波的頂層產生較快的運動。總之本發明的穿孔的空心突起部分和填料件論及(1)助借突出部分的孔中所保持的小滴增加液體滯留量;
(2)因為液體橫向地流過各行突出部分所造成的凹谷，所以使橫穿過板的液體混合增加;
(3)由于突起部分造成的定向通道并由于經由突起部分的開口液體滲流到板的另一側，可增強液體的分散;
(4)由于上述板的兩側完全濕潤和液體分散使有效的濕潤表面面積增加;
(5)這種能濕潤板的兩側型式的性能還確保板的兩側上液體成分以及液體分散的十分均勻;
(6)由這種型式引起的波紋效應能增強液體層內的混合;
(7)流過液體層表面的汽流的湍流能使液相和氣相邊界層混合，因而提高交換;
(8)液體從板的一側流動到板的另一側的性能使物質交換用的突起部分中所保持小滴的兩側暴露在外;
(9)由本發明設置的凹槽和切口提供了在液體和板之間十分有效地利用表面能量特性的機構，使液體的滯留量增加。
根據本發明的基板或箔的預成形和壓紋可以用來制造任何波紋結構的填料件或格網式填料件，就如目前所知的帶有上述所揭示的多(穿)孔空心突起部分或突出部分的填料件。
本發明的壓紋填料件和當前技術水平的具有織構或凹槽表面的波紋板型填料件之間作了比較，后者填料件在現時商業上是可得到的。
試驗在同樣的條件下進行，在-15″(3.81cm)直徑的蒸溜塔中裝填到10英尺(3.048米)深。異辛烷和甲苯的混合物在100mm汞柱和70mm汞柱的壓力下輸入填料件。
試驗結果表明在0.1CS以上高液體-氣體容量下本發明的壓紋填料件每理論塔板維持了所要求低壓力降，最大容量比目前技術水平的織構和格網式表面的波紋板型填料件平均大15%。在低于0.1CS和0.12CS時低液-氣流率下，本發明的壓紋填料件使等板高度改進和使效率增加，而先有技術的壓紋或格網式填料件會損失效率。本發明的壓紋填料件可以以先有技術壓紋或格網式填料件目前狀況中的53%的最小液體比率來工作。本發明的壓紋填料件的性能與作為先有技術壓制或格網式填料件的3/1調節比率比較，本發明使得使用范圍寬展到9/1調節比率(最小CS到最大CS)。從試驗資料表明本發明的下限液壓率仍未被達到(發揮)。
本發明的壓紋填料件還與在待批的序列號為775，919的專利申請中揭示的并據以制造的類似的平滑和非壓紋填料件作過比較。在0.13CS以下的低(每平方英尺每一混合物小于2加侖)液體和氣體流率下，壓紋填料件十分有效并具有較低的等板高度。在較高的液-氣流率下壓紋填密件的性能比類似平滑非壓紋填料件更恒定(不變的效率)和有較高效率。因此，試驗表明發明的先有技術壓紋和非壓紋填料件尤其在最小低液體或氣體流率下效率都有提高。本發明的壓紋填料件將具有比待批的序列號為775.919的專利申請的非壓紋填料件寬40%的操作范圍。壓紋填料件能夠以非壓紋填料件的52%的最小液體比率來有效地操作。
由于對填料件可作許多改進，應該理解所揭示的實例僅僅是作為其一個例子舉出，而本發明包括所有改進、實施例和它的等同物，所有這些都落入所附權利要求范圍內。
權利要求
1.一種交換柱用的壓紋填料件包括一些相互緊康摹⒕哂性ざù笮『捅諍竦腦こ尚 預壓)壓紋板，而每一預壓板具有，一些長的斜槽，斜槽包括預壓板每側上的和與填料件的一相鄰板的長的斜槽、脊和凹谷相對成一角度并與之相交的長脊和凹谷，而每個斜槽具有，預壓板一側上的一長凹谷和另一側上的長脊，會聚的斜側壁和表面從相鄰長斜槽凹谷的底向上延伸到長脊，一些帶穿孔頂的空心突出部分突出于斜槽的會聚斜側壁和表面的每側一預定距離，而每個穿孔頂具有，一較小開口，該開口伸過頂并由頂端周圍的壁的一部分邊圍繞。
2.根據權利要求1所述的壓紋填料件，其特征在于一些長斜槽處于一些長斜槽的斜行中，并且每個預壓壓紋板的前、后相對兩側上的每一行中具有交替的長凹谷和長脊，而每個槽具有一圍繞每個槽的進口的上邊、一圍繞每個槽出口端的下滴邊，與位于預壓壓紋板的相對側上的相鄰下斜槽的上邊和進口相鄰，并處于槽的同一斜行內。
3.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于上邊和下滴邊各具有一低點，這些邊從低點向上延伸到斜脊的相對兩側的高點。
4.根據權利要求3所述的壓紋填料件，其特征在于上邊和下滴邊是具有弧形曲面的。
5.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于在相鄰的諸水平行中，也安排了許多斜槽，其凹谷和脊交替地橫過板的每一側，每一水平行中斜槽的下滴邊基本上相互對齊并處于同一個基本上是水平的面內。
6.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于斜槽也在壓紋板的每側上排列成垂直的行列，每一垂直行中每個斜槽的下滴邊基本上相互對齊并處于同一基本垂直的平面內。
7.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于長斜槽的斜行通常相互平行并與水平面成30°-60°的傾斜角。
8.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于每一斜行中槽的斜脊基本上處于同一斜平面中。
9.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于板的相對兩側上的槽基本上有相同尺寸和形狀并從板的平面向外突出相同的深度。
10.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于進一步包括將板夾持在一起的緊固工具。
11.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于同一斜行中一槽的下滴邊和另一相鄰槽的上邊從板的相對兩側的脊向內延伸，相向會聚并相互連接于板相對兩側并在板的中平面附近的高點處。
12.根據權利要求3所述的壓紋填料件，其特征在于在填料件每一板的每一斜行內的每一斜槽上的下滴邊的低點基本上位于傾斜的水平和垂直面的交叉線上。
13.根據權利要求1所述的壓紋填料件，其特征在于填料件的預壓壓紋板是由銅、鋁、不銹鋼、碳鋼、蒙乃爾，金屬或其合金制成的金屬板。
14.根據權利要求1所述難刮鋪盍霞涮卣髟謨誑招耐懷霾糠值拇┛錐ザ司哂杏上蟯饌懷霰哐廝頻謀冉閑〉畝啾咝吻鋅冢ㄏ練歟
15.根據權利要求1所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分一般是錐形并且它們都從板的一側的較大內開口基端伸展到板的相對側上的較小穿孔的外頂端。
16.根據權利要求1所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分排列成許多行，這些行一般以平行于槽的斜脊的方向延伸并與交換柱的垂直平面、填料件和垂直流動的液體成一角度。
17.根據權利要求1所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分在位于同一平面并與脊成一角度的每行中排列成突出部分的穿孔外頂端和相對內一開口基端互相交替的行列。
18.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分的穿孔頂端具有由向外突出邊所包圍的比較小的多邊形開口(狹縫)。
19.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分一般是錐形的，它們都從板的一側的較大內開口端伸展到板的相對側的較小穿孔外頂端。
20.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分安排成許多行，這些行通常與槽的斜脊平行延伸并與交換柱的垂直平面、填料件和垂直流動的液體成一角度。
21.根據權利要求2所述的壓紋填料件，其特征在于空心突出部分在位于同一平面內且與脊成一傾斜角度的每行中，排列成突出部分的穿孔外頂端和相對內開口基端互相交替的行列。
全文摘要
一種交換柱用的有效壓紋填料件由許多預壓壓紋垂直板構成，每一板具有一些長斜槽，斜槽包括會聚壓紋側壁、凹谷和脊，這些側壁、凹谷和脊在上進口邊(端)和下出口滴邊之間延伸并交替地從每塊板的一側然后從每一板的中平面相對側交替伸出。從槽的會聚側壁伸出的是許多有穿孔頂端的空心突出部分，穿孔頂端則包括由在頂端周圍壁的邊所圍繞的小開口。壓紋板安排成相鄰板的壓紋槽的斜行相對地傾斜并與填料件的相鄰板的斜行成交叉關系，從而使液流方向的頻繁改變，致使每一板的兩壓紋側更容易和更均勻地被頻繁轉移的向下流過其表面的液體所濕潤。
文檔編號F28F25/08GK1030191SQ8810329
公開日1989年1月11日 申請日期1988年5月28日 優先權日1987年5月29日
發明者小弗蘭克·魯科維納 申請人:諾頓公司