陶瓷填料件的製作方法
2023-06-20 02:44:56 1
專利名稱：陶瓷填料件的製作方法
背景技術：
本發明涉及的是填料件，一種經常稱之為「不規則」或「拋填式」填料件。這類填料件用於填充發生物質或熱量傳遞的塔式單元。這類陶瓷填料件的一個特別重要的用途就是在熱量回收作業中的應用，在該作業中它必須為流經反應器的熱流體提供最為有效的接觸。發揮最大效率的另一個關鍵因素就是儘可能將塔頂與塔底的壓差維持在低水平。為了確保這一點，填料件的流阻應該最小。它靠的是非常鬆散的結構，但是如果當塔內填料件疊壘在一起使得一部分填料件滲透到第二元件空間的話，單靠鬆散結構還會受到使用上的限制。因此，重要的是填料件的設計要減少這種填料件的疊壘。
本發明具體涉及陶瓷填料件，這種填料件是由擠出法或幹壓法生產，因此沿一個軸向的橫截面基本上均勻一致，使這種填料件具有對稱軸。該技術領域曾描述過幾種從非常簡單到複雜的形狀。所有形狀基本上呈圓柱體狀，不同之處僅在圓柱體的內部構造。最簡單的構造就是基本圓柱體，內部無任何構造。這類構造常稱之為臘希(Raschig)環，並已經已知多年。而另一種複雜構造在美國設計專利455,029和USP 6,007,915中有描述。這兩極端之間有簡單的車輪形構造，在USPP 3,907,710和4,510,263中描述過這類結構。
如今發現這類形狀的尺寸對獲得最佳性能是至關重要的。現有技術領域並未提及獲得最佳性能的尺寸範圍。美國專利4,510,263提到L∶D之比為0.5-5，但指出較佳比率為0.5-2。美國專利3,907,710未提及長徑比，但在其實施例中所用填料件的長徑比為1。美國專利4,337,178提及圓柱狀陶瓷填料件用作催化劑的載體，文中也未提及具體的優選長徑比，但在其實施例中採用的填料件的長徑比為2.11。
發明概述本發明一個方面提供一種陶瓷填料件。該填料件包含基本上呈圓柱狀的構造，沿填料件長度方向(L)有一對稱軸，與填料件長度垂直的最大直徑方向(D)，其中直徑與長度之比在2.7-4.5之間。
在一個實施方式中，直徑與長度之比在3.0-4.4之間。
附1是本發明一種填料件的透視圖，在一個角上從下面一點到一側直接觀察。
圖2是如
圖1所示同一填料件的俯視圖。
圖3是熱量回收百分率與填料件長徑比的關係圖。
圖4是熱量回收百分率與氣體流率的關係圖。
圖5是軸上通道較大的填料件的俯視圖。
較佳實施方式的說明本發明現在參照附圖所述實施方式進行更具體說明。這種說明並不意味對本發明範圍的任何一種必要的限止，因為可以明白只要不偏離本發明的基本精神，可以對本發明作出各種細微改變。
陶瓷填料件定義為具有容納結構，基本上呈圓柱狀，並且可以理解成這種圓柱狀可以包括那些稍壓扁而使橫截面呈橢圓形的圓柱形，以及至少五條邊的多稜柱狀。容納構造的內部空間可以具有多個隔片或無隔片，但是由於這種填料件的主要用途用於熱量傳遞，其中表面積是非常重要的，因此最好提供內部構造複雜的填料件。本文所述「隔片」(多隔片)一詞用於描述結構件，它將容納圓柱體一個內部構件與另一構件相連。因此所述構件的長度長達和等於它的直徑。
本發明的陶瓷填料件可以由任何一種合適的陶瓷材料製成，諸如天然的或人造的粘土，沸石，堇青石，礬土，氧化鋯，氧化矽及其混合物。此配方經與粘結劑，擠壓助劑，微孔生成劑，潤滑劑一類試劑混合，有助於它的擠出和/或產生所需的孔隙度或表面積，使其適合所需用途。
該填料件可以用於熱量與物質傳遞，或作為載體，在其上沉積催化劑成份。此填料件特別適用於從熱氣流中回收熱時的熱量傳遞。這類應用可以在工廠用的換熱器上找到例子，這種工廠的功能是燃燒廢氣流中任何可燃燒的物質。這類換熱器對於有效利用排放廢氣流中熱值用以加熱進入進行處理的廢氣，進而降低燃燒可燃性物質所需燃料的成本是極為重要的。本發明揭示一種最佳填料件的設計而達到此目的的方法。
物質傳遞用途包括在流體與陶瓷填料件之間呈一個或多個組分形式的物質傳遞，例如從氣流中脫除像二氧化硫一類氣體組分。陶瓷填料件的一個重要的物質傳遞應用就是用在硫酸製造廠的吸收塔。
然而，此填料件有利於各種用途，其中表面積是一個重要因素，它決定了該填料件在完成其指定任務中的效率。
在有些場合下，此填料件具有內隔片，將它的內部空間分隔成數個通道，有利的是所述填料件在軸上有開孔。該開孔可以為任何所需形狀，但要避免隔片構造過多而折斷，如拆除某些通道的隔片而形成一個較大的複合通道造成折斷。
本發明一個極佳構造包括容納結構，截面呈六角形，它的每一對對角靠隔片相連，各邊的平行隔片與對角處相交的邊相連。總體效果是提供了多個三角形通道，貫通填料件，每個通道的尺寸基本相同。這種設計的填料件在附圖中的圖1-2敘述。
圖5敘述的是較佳的填料件，它具有位於軸心的較大通道。這種填料件基於圖1與圖2的設計。圍繞軸的六個三角形通道組合成較大的軸通道5。附圖所示填料件1，具有六邊形容納結構2。多個隔片3將內部空間分隔成多個相同的貫通填料件的三角形通道4。該填料件具有沿對稱軸方向的長度(L)，以及與對稱軸垂直的最大尺寸(D)。附圖中D∶L之比約為4。對稱軸可以是此結構件的擠出方向。
為了證實D∶L之比的重要性，將陶瓷填料件製成直徑D相同，但具有不同長度L。然後將這些填料件置於管內，在1500℃(815.6℃)時管內通氣流，氣流流速為207英尺/秒(74.8米/秒)，測量氣流中通過與該填料件接觸而回收的熱能百分率，並對應它的長徑比繪製成圖。測量結果示於圖3。
然後熱能回收百分率作為氣體流速的函數對三個填料件各自進行測量，測量結果示於圖4。從這些關係圖清晰可見當長徑比在約2.7-4.5之間時，特別在約3.0-4.4之間時，熱能回收百分率呈峰值，並且在所有被測試氣體流速時均保持這個優勢。
測試結果完全出乎意料之外，因為現有技術領域並未指出這種趨勢。另外，極具優勢的是儘可能多的熱能被填料件的每個通道回收。
D∶L之比的優點還見諸於物質傳遞應用之中。
權利要求
1.一種陶瓷填料件(1)，其特徵在於，所述陶瓷填料件基本呈圓柱狀結構(2)；沿填料件長度方向(L)呈軸對稱，且垂直於所述長度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中所述直徑與長度之比在2.7-4.5之間。
2.如權利要求1所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述直徑與長度之比在3.0-4.4之間。
3.如權利要求2所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述直徑與長度之比在3.5-4.0之間。
4.如上述權利要求1-3中任何一項所述的陶瓷填料件，其特徵在於，圓柱狀結構包圍多個隔片(3)，由此形成多個貫通填料件的通道(4)，每個通道長度基本相同。
5.如權利要求4所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述陶瓷填料件至少有二十條通道(4)。
6.如權利要求5所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述陶瓷填料件至少有五十條通道(4)。
7.如上述權利要求4-7中任何一項所述的陶瓷填料件，其特徵在於，多個隔片中的每一個隔片在沿所述隔片長度的分隔位置處與至少其它兩個隔片相交。
8.如上述權利要求1-7中任何一項所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述圓柱狀構造具有至少五條邊的多邊形截面。
9.如權利要求8所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述多邊形截面為六邊形，其中所提供的填料件具有多個內隔片(3)，它形成了多個相同的貫通填料件的通道(4)，每個通道的截面呈三角形。
10.如權利要求9所述的陶瓷填料件，其特徵在於，較大的軸通道(5)是通過組合圍繞對稱軸的隔片所形成的多個通道來提供的。
11.如權利要求10所述的陶瓷填料件，其特徵在於，較大的軸通道的體積至少是其它通道的兩倍。
12.如權利要求11所述的陶瓷填料件，其特徵在於，較大的軸通道的體積至少是其它通道的四倍。
13.如上述權利要求1-12中任何一項所述的陶瓷填料件，其特徵在於，所述陶瓷由一種選自天然粘土、人造粘土、礬土、沸石、堇青石、氧化鋯、氧化矽及其混合物的材料製成。
14.如上述權利要求4-13中任何一項所述的陶瓷填料件，其特徵在於，填料件的所有隔片具有第一端和第二端，所述隔片至少與鄰近第一端的基本上呈圓柱狀的構造相連。
15.一種從蒸汽流中取走熱量的方法，該方法特徵在於，流體流經多個陶瓷填料件，所述填料件從流體中吸取熱量，每個填料件包括基本上呈圓柱狀的構造(2)，沿填料件長度方向(L)有一對稱軸，垂直於所述長度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中該填料件直徑與長度之比在2.7-4.5之間。
16.一種物質傳遞的方法，其特徵在於，流體流經多個陶瓷填料件，所述填料件從流體中吸收一種或多種組分，每個填料件包括基本上呈圓柱狀構造(2)，沿填料件長度方向(L)有一對稱軸，垂直於所述長度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中該填料件直徑與長度之比在2.7-4.5之間。
17.如權利要求16所述的物質傳遞方法，其特徵在於，所述組分包括二氧化硫。
全文摘要
本發明提供一種改進的陶瓷填料件，它具有圓柱體的基本形狀，它的長徑比，即直徑與長度尺寸之比在2.7－4.5之間。
文檔編號B01D53/04GK1688388SQ03804848
公開日2005年10月26日 申請日期2003年2月28日 優先權日2002年2月28日
發明者H·S·尼克納弗斯, R·L·米勒 申請人:聖戈本陶瓷及塑料股份有限公司