專利名稱：交叉波紋充填物的波紋帶及其在蒸餾塔中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及交叉波紋充填物。本發明特別用于裝在浮動石油平臺或駁船上的空氣蒸餾器。
正如眾所周知，交叉波紋充填用于某些在蒸餾平臺上的蒸餾塔，以保證上升氣體與下降液體之間的物質交換和熱交換。這些交叉波紋充填由一些充填段重疊組成。每一段由一堆波紋帶組成，每個帶都在一個總的垂直平面中，一些挨著另一些。波紋是傾斜的，并且從一個帶到另一個帶，波紋傾斜和下降的方向相反。
波紋帶一般包括很密的小直徑鉆孔，鉆孔率約為10％，使液體能從波紋帶的一面穿透到另一面。
文獻GB-A-1004046和CA-A-1095827描述了這種交叉波紋充填物。
交叉波紋充填一般從一種平面產品，即帶狀金屬片，開始制造。先將金屬帶折疊(或彎曲)，形成一個帶狀的瓦楞板，瓦楞板的波紋相對于帶軸是傾斜的。然后把折疊帶切成一些段，并且兩個段中有一個交錯旋轉地堆放。這樣得到充填段常常叫做“充填塊”。
另外，文獻WO-A-90／10497描述了一種與上述交叉波紋類似、但穿孔的方法不同的充填。這里使用的“交叉波紋”一詞也包括這種充填和所有類似的充填。
海上石油平臺產生殘余氣。由于經濟和環境的原因，回收這些氣體越來越有必要。一種方法是用Fischer-Tropsch方法把它們轉化為更重的液態烴類，因而更容易運輸，這種方法消耗大量的氧氣。
本發明提出解決的基本問題是實現一種滿足平臺或駁船條件的空氣蒸餾塔，也就是在由于海浪而產生的擺動的條件下運行，擺動的幅度一般是各種方向5°-10°之間。因此必須做到，盡管存在上述擺動，分布到塔的頭部的液體保證在塔的整個截面上充填物的潤濕基本均勻。
因此，本發明的主題是一種用于交叉波紋充填物的波紋帶，其特征是，從正面看，它的底邊至少有一個向下突起的圖形，圖形的輪廓為，如果αm和αM代表輪廓的切線與水平方向形成角度的代數值的極值，則有-αm＞αO以及αM＞αO，其中αO代表一個至少等于5°的預先確定的角度。
本發明所述的波紋帶可以包括以下特征的一個或幾個-這種圖形沿帶的底邊重復多次，圖形一個挨一個，或被一些基本為直線的線段分開；-每個圖形通過按照一個波紋折疊平面帶得到，波紋高度為H、開放角度為γ、波峰的半徑為r，波紋母線的傾斜角度為δ，選擇參數H、γ、r和δ，使得 -每個圖形通過折疊前在帶子的底邊切兩個槽得到。
本發明的另一個目的是一種包括一堆波紋帶的充填段，其中至少有一個上面定義的波紋帶，波紋帶的波紋交替向相反方向傾斜。
本發明還有一個目的是一種蒸餾塔，這種塔包括一些重疊的交叉波紋帶充填段，充填段至少有兩個不同的角度方向，特別是充填段中至少有一個是上面定義的，并且塔中至少存在一個方向，充填段的整個波紋帶與該方向形成的角度的余弦的平均值小于0．5，余弦取絕對值。
當塔裝在一個具有一個擺動的優先方向的浮動結構上時(駁船一般就是這種情況)，所述方向就是這個優先擺動的方向。
特別是，在一個實施例中，充填段的重疊由一些具有與優先擺動方向平行的波紋帶的充填段和具有的與該方向垂直波紋帶的充填段組成，后者的數量約占所述重疊段總數的2／3到3／4。
現在參照附圖描述本發明的實施例，附圖如下-
圖1為局部軸向剖視圖，示意性地示處本發明的蒸餾塔；-圖2為交叉波紋充填段一部分的立體圖；-圖3為一個傾斜蒸餾塔的立體示意圖；-圖4為圖1塔的布置的示意圖；-圖5以同樣的方式示出一個變型的示意圖；-圖6示出圖2交叉波紋帶的波紋形狀；-圖7從正面示出一個波紋帶充填物；-圖8為放大的充填帶底邊；-圖9和圖10為兩個變型的示意圖。
圖1示意性地示出一個固定在駁船2上的空氣蒸餾塔1，駁船2錨定在海底。駁船在浪的作用下以優先擺動方向擺動，該方向用雙箭頭F表示，并且包含在圖的平面中。塔軸Ⅹ-Ⅹ垂直線上的擺動角度可能達到一個預先確定的最大值αO，αO至少等于5°，并且一般在5-10°之間。在這個擺動范圍內，塔應保證滿意的蒸餾。
圖1示意性地示出了塔1上部內的布置。塔的上部包括重疊交叉波紋充填塊的3，每個充填塊的形狀為占據塔的整個剖面的柱形餅狀。
每個充填塊3(圖2)由一堆帶有傾斜波紋5的波紋帶4組成，在這些波紋帶的整個表面上鉆孔。每個波紋帶4有一個總的垂直面，所有帶的高度相同，并且從一個帶到下一個帶，波紋從一個方向向另一個方向交替傾斜。因此，相鄰帶的波紋互相接觸，形成大量的交點。
有兩類充填塊3充填塊3A和3B，充填塊3A的波紋帶4A的方向與優先擺動方向F平行，也就是與圖1的平面平行，充填塊3B的波紋帶4B的方向與波紋帶4A垂直。
所有充填塊3具有相同數量的波紋帶4，但充填塊3B的數量比充填塊3A大得多。在本例中，充填塊3B的數量是充填塊3A的兩倍上塊是一個塊3A，然后下面是兩個塊3B、一個塊3A、兩個塊3B等等。當然，可以沿整個蒸餾塔重復這種布置，也就是此例中涉及到的，一個雙空氣蒸餾塔的低壓塔和中壓塔。
然后，液體下降到塔中并在塔的頭部通過分配器6分布到塔的整個截面上，液體大部分在與F方向垂直的波紋帶上流動，這些波紋帶有效地抵抗液體向傾斜方向偏移。充填塊3A對這種偏移抵抗較小，但是它們的存在對于保證與波紋帶3A垂直的液體在塔的幾個層面上的重新分布是必要的。
從總體上看，充填塊3B的數量可以是充填塊總數的2／3到3／4。
可以通過一個叫做“液體偏移指數”的量來衡量充填物抵抗液體在擺動作用下發生偏移的能力，這個量等于d／i，其中d代表液體相對于塔軸X-X的平均偏移角，而i代表這個軸在垂直方向的傾斜角(圖3)。
可以看出，這個偏移指數與整個波紋帶4A和4B與F方向所成角度的余弦平均值M成正比，這些余弦值取絕對值。該指數的比例性只取決于所用充填物的類型。
使用3A和3B交替使用的普通布置，當方向F相當于波紋帶兩個方向的其中一個時，平均值M等于0．5，而對于所有其它方向，平均值M大于0．5。例如，當傾斜平面與波紋帶的平面所成的角度θ=45°時，M=0．71。
在圖4、圖5中，θ代表擺動面與一個參考平面的夾角，參考平面的軌跡假設是水平的。
圖4相當于上面描述的兩個3B充填和一個3A充填塊的布置。θ=0是波紋帶4A的方向。在這種情況下，對θ=0，有M=0．33；對θ=45°，有M=0．71；對θ=90°，有M=0．67。因此，當選擇優先擺動方向，如θ=0或一個接近的方向時，偏移指數較小。
在變型中，其它布置可導致液體偏移較小。如在圖5的例子中，充填塊與參照方向θ=0交替形成x=+60°和x=-60°。在這種情況下，θ=0給出M=0．5，θ=30°給出M=0．43，θ=90°給出M=0．87。可以看出，當選擇優先擺動方向F，如θ=30°，或一個接近的方向時，偏移指數較小。當然，這里有兩個合適的對稱方向F。
現在參照圖6-10來描述波紋帶4A和4B底邊的構成。
從端面看(圖6)，每個波紋的總體形狀為三角形，具有與垂直方向D對稱的直線側邊7和波紋頂部圓角8。波紋通過與方向D平行測量的總高度H、頂部的開放角γ和圓角8的半徑r來定義。
從正面看(圖7)，每個波紋帶4是一個矩形，其中波紋8相對于水平方向傾斜一個角度δ。
如果按照角度δ折疊板材的開始部分，把板材繞在在一個適當傾斜的心軸上，則它的上邊和底邊成為鋸齒狀，如圖8所示的底邊。因此，從正面看，底邊上有一系列向下的突起9。與向右的水平方向相比，這些突起輪廓的切線在負的最小值αm和正的最大值αM之間變化。
當流到波紋帶上的液體達到波紋帶的底邊時，每個突起9形成一個有利于液體滴到下面的充填塊上并且防止液體移動到波紋帶端部的低點。為了在塔軸無論怎樣傾斜以及向任何方向傾斜直至達到上述角度αO的情況下產生這種現象，選擇參數H、r、γ、和δ，使得-αm＞αO以及αM＞αO，這可以通過下面的條件得到 正如圖9、10所示，對于裝在船上的塔，沿波紋帶4的底邊的低點還可以通過在板材折疊前在該底邊上做出一系列的槽10得到，這些槽具有適當的輪廓，如圖中所示的圓弧或橢圓弧，也可以是多邊形等等。這些槽10之間形成突起9，一些槽和另一些槽之間可以被一些直線段分開(圖8)，或者一些與另一些相鄰(圖9)。
在圖9的情況下，-αm=αM=45°，在圖10中，-αm=αM=90°。板材折疊后，這些值略有變化，但對所考慮的應用，仍大大高于規定的αO值，正如前面所指出的，這些值在5-10°之間。
正如人們所了解的，本發明還用于固定的、但軸不完全垂直的塔。
權利要求
1．用于蒸餾塔(1)的交叉波紋充填物的波紋帶，塔(1)的軸(Ⅹ-Ⅹ)可能傾斜到一個至少等于5°的預先確定的角度αO，其特征在于，從正面看，其底邊至少包括一個向下突起的圖形(9)，它的輪廓使得，如果αm和αM代表輪廓的切線與水平方向形成角度的代數值的極值，則有-αm＞αO以及αM＞αO。
2．根據權利要求1所述的波紋帶，其特征在于，圖形(9)沿帶(4)的底邊重復多次，該圖形一些挨著另一些，或者被一些基本為直線的線段(11)分開。
3．根據權利要求1或2所述的波紋帶，其特征在于，圖形(9)通過根據波紋折疊一平面帶得到，波紋的高度為H，開放角為γ，波頂半徑為r，從正面看，波紋的母線傾斜角度為δ，選擇參數H、r、γ、和δ，使得
4．根據權利要求1或2所述的波紋帶，其特征在于，圖形(9)通過折疊前在帶的底邊切兩個槽(10)得到。
5．用于蒸餾塔(1)的交叉波紋充填段，塔(1)的軸(Ⅹ-Ⅹ)可以傾斜到一個至少等于5°的預先確定的角度αO，其特征在于，它包括一堆垂直的波紋帶(4)，它們的波紋(8)交替向相反方向傾斜。
6．蒸餾塔(1)，其特征在于，它包括至少有兩個不同的角度方向的重疊交叉波紋充填段(3A，3B)，充填段中至少有一個符合權利要求5，并且至少存在一個方向(F)，充填段的整個波紋帶(4A，4B)與該方向(F)形成角度的余弦平均值小于0．5，余弦取絕對值。
7．根據權利要求6所述的蒸餾塔，其特征在于，安裝在一個具有優先擺動方向的浮動結構(2)上，并且所述方向(F)為該優先擺動方向。
8．根據權利要求7所述的蒸餾塔，其特征在于，重疊充填段由帶有與優先擺動方向平行的波紋帶(4A)的充填段(3A)和帶有與該方向垂直的波紋帶(4B)的充填段(3B)組成，后者的數量為所述重疊段總數的2／3到4／3。
全文摘要
本發明涉及一種波紋帶，從正面看，其底邊至少有一個向下突起的圖形(9)，它的輪廓使得，如果α
文檔編號F25J3/04GK1282272SQ9881234
公開日2001年1月31日 申請日期1998年11月9日 優先權日1997年11月17日
發明者讓－伊夫·萊曼, 艾提安·韋爾朗 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司