纖維床組件和用於該纖維床組件的纖維床的製作方法

2023-04-27 13:03:36

專利名稱：纖維床組件和用於該纖維床組件的纖維床的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於從氣流中分離液體微粒(其中溶解或者懸浮有或者沒有 固體)的改進的纖維床組件。更具體地，本發明涉及具有改進的防止已收集的液體再夾帶 的能力的纖維床組件。
背景技術：
在必須從氣體或者蒸汽(下面以及權利要求書中總稱為"氣體")流中除去(特 別是小於3微米的)浮質的場合，除霧器已經獲得了廣泛應用。這些除霧器包含纖維床，氣 流通過它們實現分離。一些更經常應用除霧器的場合包括在制酸過程中消除酸霧例如硫酸 霧、例如在製造聚氯乙烯地板或者牆面塗料時消除增塑劑霧、消除從硝銨造粒塔中散發的 水溶性固體浮質。在消除潤溼的可溶性固體浮質時，利用澆溼的纖維床或者在纖維床之前 噴入到氣流中的液體例如水的噴霧，把收集的固體微粒溶解在纖維床內部的液體中，或用 該液體將固體微粒洗去。已收集的液體從纖維床的下遊表面被再夾帶常常導致一些問題。這些問題可以包 括下面的任何一種或者幾種汙染下遊的工藝設備、降低產品純度、腐蝕管道系統，在某些 情況下，還難於達到排放要求。纖維床分離器中的再夾帶可能起因於兩種機理。由於液體 向下通過纖維床和/或它的下遊表面排出，因此移動的氣流可以使一些正在排出的液體中 斷，或者說使下行的液體流起泡，並且在氣流中被再夾帶成微滴。在垂直排列的纖維床的 底部，這一問題特別嚴重，這是因為纖維床收集的所有的液體必定排到底部，並且由於作用 在液體上的氣相阻力，因此從實際的觀點出發，所述液體必定被排到纖維床底部的下遊表 面外。在積聚最多的排放物出現的這個分離位置處，氣相阻力可以導致正在排出的液體起 泡、"分散"、噴射或者破裂。當這些氣泡破裂時，會形成大至亞微米尺寸的碎片或者微滴， 它們被移動的氣流帶走，這就是所謂的"氣泡再夾帶"。第二個再夾帶機理被稱為"床再夾帶"，在床中氣體速度太高使得在整個纖維床 中作用在排放液體上的氣相阻力在纖維床下遊排放表面上造成起泡、分散、噴射和破裂時， 出現「床再夾帶」。因此，在給定的纖維床中和在恆定的液體負荷下，隨著床中氣體速度的增 加，逐漸達到氣泡再夾帶的起始點。這首先出現在纖維床的底部、收集介質的排氣表面上。 隨著床中氣體速度的繼續增加，再夾帶開始出現在纖維床上的較高位置，直到速度僅小幅 增加時，再夾帶出現在纖維床的基本上整個排氣表面上。這一般被稱為完全溢滿狀態。之前已有人試圖防止再夾帶，並通過從纖維床中除去收集的液體和可溶性固體而 在較幹的條件下操作纖維床。在一個例子中，管狀的纖維床由兩個或更多的較短的部段形 成，這些部段一個堆在另一個頂上，從而形成纖維床。在兩個相鄰的堆疊的部段之間安放金屬板，以形成隔板，從而阻止液體從一個部段進入相鄰的下方的部段，並使液體沿徑向流動 離開部段(並流出纖維床)。然而，在這一配置中，液體會流出纖維床，到達纖維床的排放 (即下遊)面。在這個位置處，液體被再夾帶的機會增加。另外，在纖維床的部段和金屬板 之間很難保持必要的氣封，從而難以避免氣體在該部段和相鄰的金屬板之間走旁路。

發明內容
在本發明的一個方面，用於從運動的氣流中除去浮質和/或潤溼的可溶性固體的 纖維床除霧器的纖維床組件一般包括纖維床支承件，該支承件具有限定上遊空間和下遊空 間的壁。該壁上有開口，以允許氣流從上遊空間總體上自由地穿過該壁運動到下遊空間。 纖維床由纖維床支承件支承，並且總體上蓋住壁上的開口，從而當氣流從上遊空間運動到 下遊空間時會通過纖維床。纖維床包括纖維收集介質和位於纖維收集介質下遊側的排液介 質。排液介質包括沿著纖維床的高度設置的通道條，通道條設置成限定重疊區，在重疊區 中，一個通道條與相鄰的一個通道條重疊。在本發明的另一方面，纖維床組件一般包括一般如前段所述的纖維床支承件。纖 維床由纖維床支承件支承，並且總體上蓋住壁上的開口，從而當氣流從上遊空間運動到下 遊空間時會通過纖維床。纖維床包括纖維收集介質和位於纖維收集介質上遊側的預過濾介 質。預過濾介質包括一層纖維收集介質和一般位於纖維收集介質和纖維收集層之間的排液 介質。在本發明的又一方面，纖維床組件一般包括一般如前段所述的纖維床支承件。纖 維床由纖維床支承件支承，並且總體上蓋住壁上的開口，從而當氣流從上遊空間運動到下 遊空間時會通過纖維床。纖維床包括纖維收集介質和位於纖維收集介質下遊側的排液介 質。纖維床的形狀一般是具有上端部和下端部的管狀。下遊空間至少部分位於管狀纖維床 的內部。再夾帶液體收集構件至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內。其他目的和特點中的一部分是顯而易見的，一部分將在下文指出。


圖1是除霧器的透視圖，它的儲罐的一部分被剖開，以顯示出根據本發明的原理 構造的除霧器的纖維床組件；圖2是纖維床組件的放大的透視圖，它的一部分被剖開，以顯示出內部結構；圖3是圖1的除霧器的放大的局部縱剖面簡圖，該剖面取自纖維床組件的頂部；圖4是類似於圖3的放大的局部剖面示意圖，但該剖面取自纖維床組件的底部；圖5是另一個實施方式的纖維床組件的放大的局部剖面示意圖，該剖面總體上取 自纖維床組件的底部；圖6是除霧器的透視圖，它的儲罐的一部分被剖開，以顯示出另一種結構的纖維 床組件。在全部附圖中，相應的參考標記表示相應的部件。
具體實施例方式現在參考附圖，尤其是圖1，除霧器(總體以1標識)可以放在氣流的流動管線上，以從氣流中除去浮質和/或潤溼的可溶性固體。該除霧器特別適用於含有要從其中除去的 液體浮質(尤其是，但是不局限於亞微米尺寸的液體浮質微粒)的氣流中。除霧器1包括具 有可拆下的蓋子5的儲罐3，蓋子5密封地附裝在儲罐上，以封閉儲罐的頂部開口。儲罐3 內部的環形安裝板7將儲罐分成上腔9和下腔11。氣流可以僅通過環形安裝板7的中心孔 13，從下腔11流到上腔9。儲罐3包括用於將攜帶浮質和/或潤溼的可溶性固體的氣流接 納到儲罐下腔11內的氣流進口 15，和過濾過的純氣流的出口 17，該出口 17與儲罐內的上 腔9流體相通，從而允許過濾過的純氣體流出除霧器1，流到排氣設備或其他處理設備(未 顯示)ο總體標識為19的纖維床組件位於儲罐3的下腔11內，總體為管形，且具有封閉的 底部和開口的頂部。濾床組件19密封地安裝在安裝板7上，使得濾床組件的頂部開口與安 裝板的中心孔13對正。除非通過纖維床組件19，否則氣體無法從下腔11流到上腔9。安 裝板7支承著儲罐3內部的濾床組件19，使得濾床組件從安裝板垂下。纖維床組件19從排 到儲罐3底部的氣流中除去比例很高的浮質和/或潤溼的可溶性固體。靠近儲罐3底部的 外部排放管21用於排出在儲罐底部收集的液體和/或潤溼的可溶解並且已溶解的固體。圖1所示的除霧器1是順流式或者"掛式"除霧器。已知還有其他結構的除霧器， 例如逆流或"立式"除霧器或者平床除霧器(未顯示)，在逆流或"立式"除霧器中，氣體 從元件的中心流到外面。此外，還可以使用同軸的纖維床組件，它們具有同軸的順流和逆流 的纖維床。本發明可用於包括上述所有除霧器的多種形式的除霧器。現在參考圖2，順流除霧器1的纖維床組件19包括排放腿25，它位於儲罐3的底 部的上方並與該底部間隔開。排放腿25包括排放管25A、環形底板25B、和貫穿排放管並且 開口於底板上的通道25C。通道25C通向儲罐3，以排放所收集的、由纖維床組件19從氣流 中除去的液體和微粒。在儲罐3底部收集的液體和潤溼的或者溶解的可溶性固體通過排放 管21排放。儲罐3底部的液位形成氣封，以允許在纖維床組件19中收集的液體通過排放 管25A排到儲罐的底部。總體分別用27和29標識的內層篩網和外層篩網從底板25B向上延伸到安裝板 7，並且徑向隔開地同軸布置。在如圖所示的實施方式中，內層和外層篩網27、29共同構成 壁，該壁將位於內層篩網27內的芯部內部(下遊)空間31與位於儲罐3內但位於內層篩 網27外的外部(上遊)空間33分開。不難理解，該壁可以用其他方法來構造(例如，僅有 單個篩網或者沒有篩網)，而不會脫離本發明的範圍。內層和外層篩網27、29—般是網孔結 構，以便它們都限定出相對較大的孔，從而允許氣流一般能自由地通過芯部內部空間31和 外部空間33之間的內層和外層篩網。篩網27、29與位於環形安裝板7頂側的環形凸緣34 相連。環形凸緣34連接到安裝板7，並且支承篩網27、29和排放腿25。在所示的實施方式 中，內層篩網27、外層篩網29和環形凸緣34構成纖維床支承件。不難理解，也可以使用其 他的用於支承纖維床的結構，而不會背離本發明的範圍。纖維床組件19的纖維床(總體標識為35)位於內層和外層篩網27、29之間的徑 向空間中，並基本上充滿該空間，且蓋住篩網上的孔，以便氣流必須通過纖維床才能從環繞 纖維床組件的外部空間33流到纖維床組件內部的芯部內部空間31 (見圖1)。纖維床35 — 般呈管形，並且在相對端部用本領域普通技術人員已知的方式可操作地密封安裝到安裝板 7和排放腿25的底板25B上，以便氣體在從儲罐3內的外部空間33流到芯部內部空間31時不會繞過纖維床。現在參考圖3和4，纖維床35示出為包括纖維收集介質39和纖維排液介質41 (兩 個參考數字總體標識它們的對象)。纖維收集介質39由合適的材料形成，例如由平均直徑 約為0. 5-15微米的隨機分布的纖維形成的非墊式床，該床被壓縮到大約85%到98%的基 本一致的床空隙率。隨機的纖維由附加的網篩(未顯示)支承。作為另一個例子，纖維收 集介質39可以是針刺的(needle-punched)由平均直徑約為0. 5-15微米的纖維形成的墊 子，該墊子形成約85%到98%的基本一致的床空隙率，並且該墊子不需要附加的篩網支承 件。附圖將纖維收集介質39示出為這樣一種針刺的墊子，該墊子基本上在纖維床組件19 的整個高度上延伸。纖維收集介質39可以由多張這種墊子形成(未顯示)。鬆散的纖維可 以壓在相對的支承件27、29之間，從而形成纖維收集介質。另外，纖維收集介質還可以具有 在2005年1月7日提交的序號為11/031，820的共同轉讓的美國申請中所給的那種纏繞結 構，該申請公開的內容引用在此作為參考。為簡化視圖，纖維收集介質39示出為單張墊子。圖3和4中的箭頭指的是氣流通過纖維床組件19的流向。圖3和4示意性地圖 解說明了各個部分，以顯示纖維床35的構造。纖維床35和內層篩網27之間所示的間隙以 及纖維床的其他構件之間的間隙不會存在於纖維床的實際結構中。然而，為了容易、清楚地 展示不同的構件和所收集的液體的通道，將它們顯示了出來。在本說明書中，「下遊側" 和"上遊側"是基於氣流流過纖維床組件19的法線方向表示的各部件的總體相對位置。 這兩個術語不要求各構件彼此接觸，甚至不要求各構件彼此直接相鄰(即可以存在插入的 結構)。排液介質41包括沿著纖維床35的高度排列的通道條45。通道條45包括位於纖 維床35的頂部和底部的端部通道條，它們呈環形並圍繞纖維床延伸。端部之間的通道條 45可以由單根長材料圍繞內層篩網27螺旋纏繞而成。在本發明範圍內，其他配置也可以。 例如但不限於，可用多根長材料來形成螺旋纏繞部，或者各排放條也可以是單獨的、沿圓周 纏繞的材料段。為了敘述本發明，螺旋纏繞部的每一圈都被當成一個"通道條"。此外，各 個"條"可以由多層材料形成(未顯示)。在所示的實施方式中，所有的通道條45都被安 排成限定出重疊區(總體標識為47)，在重疊區中，其中一個通道條與一個相鄰的通道條重 疊。一種適合作通道條的材料可以是例如薄的針刺的纖維床，該纖維床由平均直徑約3-20 微米的纖維製成，並形成基本一致的約85%到98%的床空隙率。纖維平均直徑和床空隙率 最好按如下方式選擇，即在設計的氣體速度和浮質負荷下，介質中不會充滿所收集的液相， 並且介質的克服液相的氣相阻力的殘餘飽和度Rv小於克服液相重力排液的殘餘飽和度 (Rg)。克服氣相阻力的殘餘飽和度(Rv)是下述特徵的量度，即在氣體按設計規範流過介質 時——此時氣流傾向於沿氣流方向將液體推出介質，介質將液體(和/或可溶性固體)保 持在它裡面的能力。克服重力流動的殘餘飽和度(Rg)是介質克服地心引力保持液體(和 /或可溶性固體)的趨勢的量度。這些殘餘飽和度特徵和測定它們的方法被公開在美國專 利No. 4，086，070中，該專利公開的內容被引用在此作為參考。排液介質41具有一般位於通道條45下遊側的附加構件。在所示的實施方式中， 排液介質包括多個一般彼此重疊地鋪設並且沿纖維床35的整個高度延伸的全長的排液層 49或者墊子。不難理解，排液層49也可以有其他結構，包括沒有排液層、具有任何數目的這 種排液層(包括僅有單層)、或者排液層分別延伸小於纖維床35的完整高度。環形擋板50從凸緣34向下伸出，它有利於與纖維床35在頂端形成密封，從而防止氣體繞過過濾床。內 層篩網27通過焊接連接到擋板50上。排液介質41還包括排放條51。排放條51的一部分 位於由通道條45限定的重疊區47中，並插在重疊區中相鄰的、重疊的通道條之間。舉例來 說，排放條51的材料可以是由以化學的方式粘合的平均直徑約20-35微米的纖維形成的纖 維床，該纖維床形成基本一致的約85%到99%的床空隙率。纖維平均直徑和床空隙率優選 按如下方式選擇，即讓介質的克服液相的氣相阻力的殘餘飽和度大於克服液相重力排液的 殘餘飽和度(即Rg < Rv)。排液層49可以由與排放條51相同或者不同的排液材料組成。排放條51可以在纏繞通道條45的同時通過螺旋纏繞在內層篩網27上而形成。在 此情況下，每圈螺旋限定出一根排放條51。也可以使用形成排放條51的其他方法，而不會 脫離本發明的範圍。儘管排放條51示出為高度僅僅略高於通道條45，但是一根或多根排放 條可以從它露出各重疊區47的位置一直伸到纖維床35的底部。由於有這樣的結構，因此每根通道條45的下端53都被安排在其中一根排放條51 的一部分的上方，以便排出通道條的液體直接流到排放條上。類似地，每根排放條51的下 端55 —般位於相鄰的下方排放條的一部分的上方。液體可以從每根排放條51滴到該排放 條下遊側上的相鄰的排液層49上，或者從該排放條的下端55離開該排放條，從而滴到下一 排放條。該結構有助於防止液體積聚在通道條45中。結果，纖維收集介質39工作時，其內 部的空隙空間中僅有少量液體。本發明的這一實施方式的優點之一是纖維床35收集的液 體和/或可溶性固體的再夾帶減少。在獲得這一優點時，通過除霧纖維床組件19具有相對 較小的壓降。此外，因為纖維收集介質39在較幹的條件下工作，所以亞微米微粒的收集效 率得以提高。參照圖4，纖維床組件19還包括附加的排液插件(總體以59標識)。該排液插 件位於纖維床35的底部附近，並向上延伸纖維床的約1/3高度。在該實施方式中，排液插 件59的頂端可以位於纖維床35的約1/3到1/2的高度處。在本發明的範圍內，排液插件 的高度和定位可以有所不同。排液插件59包括支承篩網61和兩張由排液材料製成的墊子 63。不難理解，在本發明的範圍內，可以使用一張墊子63或者兩張以上的墊子。舉例來說， 墊子63的排液材料可以是由纖維通過化學方式粘合的纖維床，所述纖維具有約20-35微米 的平均直徑，並且纖維床形成基本一致的約85%到99%的床空隙率。纖維平均直徑和床空 隙率優選按如下方式選擇，即讓介質克服液相的氣相阻力的殘餘飽和度大於克服液相的重 力排液的殘餘飽和度(即Rg < Rv)。支承篩網61 —般具有與內層和外層篩網27、29相同 的結構，只不過它的高度較短。在本發明的範圍內，所用墊子的數目可以不是兩塊。在纖維 床35的底部——在該位置處需要處理從纖維床上方較高位置排出並且收集在纖維床下部 的液體的較高液體流量——附近，排液插件59提供了顯著的附加排液能力。如果纖維床35 的纖維收集介質39的下部包含低充填密度區域，那麼排液插件59的另一個優點就得以實 現。在此情況下，排液插件59會有助於減少因優先流過收集介質39中的低充填密度區域 的氣體速度較高而引起的局部再夾帶。仍參照圖4，環形擋板67在排液層49的下遊側靠著內層篩網27從底板25B向上 伸出。內層篩網27通過焊接連接到擋板67上。擋板67是緻密的，並阻擋沿徑向通過它的 氣流。位於擋板67下遊側的一般為圓盤形的排放墊片69從底板25B向上延伸到擋板的頂 端上方。例如，排放墊片69的高度可以為擋板67的大約兩倍。在所示的實施方式中，排液插件59靠在排放墊片69的頂部上。排放墊片由合適的材料製成，例如絲徑為0.011英寸、 密度為5到12磅/立方英尺的不鏽鋼絲網。液體易於聚集在纖維床35內和纖維床底部附 近的排液介質41內。在滿溢狀態下，氣流可以把液體向內推入下遊芯部內部空間31，從而 可能導致在氣流中出現再夾帶。然而，排液插件59和排放墊片69阻斷了溢出擋板67頂部 的這一徑向液流。當液體在排液插件59和排放墊片69內部下移到與擋板67正對時，液體 與徑向氣流隔開，從而液體能排到排液插件和排放墊片的底部，而不是被再夾帶在氣流中。 包含擋板(或稱"折流板")的類似結構被展現在美國專利No. 4，053，290中，該專利公開 的內容被引用在此作為參考。作為防止再夾帶的附加防護裝置，再夾帶插件(概括地說，「再夾帶液體收集件」) 可以從通用的衝擊裝置系列中選擇，該衝擊裝置至少部分位於纖維床組件19的芯部內部 空間31內。在圖1-4所示的實施方式中，再夾帶插件是網墊73。網墊73位於纖維床35的 從頂部向下約1/3的距離處，並將芯部內部空間31分成上部和下部。穿過纖維床35在網 墊73下方或網墊處進入內部空間的氣體在通過中心孔13進入上腔9之前，必須通過網墊。 在一個實施方式中，網墊由11密耳的金屬絲製成，並且密度約為5到12磅/立方英尺。在 所示的實施方式中，網墊73約3到6英寸厚。網墊可以是平紋網墊(如圖所示)或者共同 編織的網墊(未顯示)。共同編織的網墊具有與主金屬絲網細絲編織在一起的較細的纖維。 當在這裡的權利要求中使用時，「網墊」可以是平紋網墊、共同編織的網墊或者其他多孔墊 子。優選地，網墊73在纖維床組件19的內部位於氣體芯部速度在約400到700英尺 /分鐘(fpm)範圍內的位置處。共同編織的網墊(未顯示)一般在較低的芯部氣體速度下 工作。其他位置也可以，但是氣體速度低於最大值(例如，低於約700fpm)的位置能保證網 墊73的最佳操作，以便在氣流通過纖維床35之後，除去在其他情況下可能已經被再夾帶在 氣流中的任何液體。纖維床35的液體最有可能被再夾帶的區域是纖維床的下半部。這是 因為液體在纖維床35內在重力的影響下向下流動，並且易於積聚在底部。被網墊73捕獲 的液體可以離開插件，進入排放墊片69，從而通過通道25C離開纖維床組件19。優選地，網 墊73產生的附加壓緊小於1英寸水柱。纖維床35底部的背壓的輕微增加有望迫使一些附 加的氣流流過纖維床的在操作中往往保持較幹的上部。因此，再夾帶總體上較少出現，這是 因為在較溼條件下運行的包括纖維床底部的下部，氣流較少，而在在較幹條件下工作的纖 維床的上部，氣流較多。除了網墊73之外，或者作為它的替代物，再夾帶插件可能還包含波紋板 (chevron)(或者折流板設備)。圖形6示出了結構與除霧器1基本相同的除霧器1 『，只不 過除網墊73'之外，還用到了波紋板75'。除霧器1'的與除霧器1的部件對應的部件用 相同的參考數字表示，只是後面加上「'」。波紋板75'包括一系列通過掛搭結構連接在一 起的一般為波紋板形的折流板，並且一般是類似於網墊的盤狀。在本發明的範圍內，其他形 狀的波紋板也可以。例如，折流板的間距可以在0.75到4英寸(19到102mm)之間。波紋 板75'最好位於纖維床的芯部區31'內、氣體芯部速度在約900到1，500英尺/分鐘之間 的位置處。在一般情況下，越經波紋板的壓降可為0. 1到2英寸水柱(2到50毫米水柱)。 波紋板75'位於芯部內部空間31'內、網墊73'上方，並與該網墊隔開。網墊73'和波紋 板75'的組合允許較高的芯部工作氣速，並且有利於從氣流中除去更多的較小的微粒。不難理解，網墊73'可以安放成緊靠波紋板75'，雖然這會將網墊放在它的最佳的芯部氣速 操作範圍之外。在此情況下，網墊73'將充當波紋板75'的預過濾器或者預凝聚過濾器。現在參考圖5，如圖所示，本發明的第二實施方式的纖維床組件119包括由內層篩 網127和外層篩網129形成的纖維床支承件、以及纖維床135 (所有的參考數字總體上表示 它們的對象)。第二實施方式的纖維床組件119的與第一實施方式的部件對應的部件將用 相同的參考數字加「100」表示。纖維床135包含纖維收集介質139，纖維收集介質139可以 用與針對第一實施方式的纖維收集介質所述的方法基本相同的方法形成，並且在圖中表示 為單張纖維材料墊。纖維床135還包含位於纖維收集介質139上遊側的預過濾介質(總體 用140標識)和位於纖維收集介質下遊側的後過濾介質(總體用141標識)。在所示的實施方式中，預過濾介質140優選構造成用於從氣流中除去較大的微粒 (例如，數量級為1微米或者更大)。因此，較大的微粒根本到不了主纖維收集介質139，從 而使主纖維收集介質保持較幹。預過濾介質140包含共同形成纖維收集層的纖維收集條 142。預過濾介質140還包括共同形成排液層的排放條144。纖維收集條142由合適的材料 例如針刺的纖維床製成，該纖維床由平均直徑約3-20微米的纖維製成，並形成基本一致的 約85%到98%的床空隙率。纖維平均直徑和床空隙率最好按如下方式選擇，即在設計的氣 體速度和浮質負荷下，介質不會溢滿所收集的液相，並且纖維收集條142的克服液相的氣 相阻力的殘餘飽和度小於克服液相的重力排液的殘餘飽和度(即，Rv < Rg)。纖維收集條 142中的纖維收集材料從氣流中除去液體微滴。氣流的流向由圖5中的箭頭表示。排放條 144由合適的材料製成，例如化學粘合的纖維床，該纖維床由平均直徑約20-35微米的纖維 形成，並形成基本一致的約85%到99%的床空隙率。纖維平均直徑和床空隙率優選按如下 方式選擇，即讓介質的克服液相的氣相阻力的殘餘飽和度大於克服液相的重力排液的殘餘 飽和度(即Rg < Rv)。顯示在圖5中的纖維床組件119像顯示在圖1-4的纖維床組件19 一樣是管狀的。然而，圖5的結構還應用於其他用途，例如扁平床。纖維收集條142用於限定重疊區(總體用146標識)，其中，一條纖維材料收集條 與一條相鄰的纖維材料收集條重疊。不難理解，各個「條」可以由一層或多層材料製成。如 圖5示意性地所示，各纖維收集條142中有一層。各排放條144的下部位於各自的一個重疊 區146中，並且暴露於纖維床135的上遊側。除排放條144之外，排液層還可以包含其他的 層(未顯示)。這些其他的層可以在纖維床的整個高度上延伸。在使用時，纖維收集條142 從氣流中捕獲液體和潤溼的可溶性固體。纖維收集條142與纖維收集介質139相比相對較 薄。在纖維收集條142內部氣流的影響下，捕獲的液體往往會基本水平地移動。液體被轉 到緊鄰的下遊排放條144，在這裡，液體由於重力作用下移。纖維收集條142和排放條144 的下端在各自的重疊區146的下端暴露於纖維床135的上遊側。凝結在纖維收集條142和 排放條144中的液體向外滴到纖維床135的上遊側上。由於從介質中滴出的大的微滴往往 是優先靠重力被除去，而不是因氣體的力而回到介質內，因此液體較少地存在於進入主纖 維收集介質139的氣流中，從而使它在操作中保持較幹。在通過接近於幹態操作的纖維床 過濾器(不太溼的過濾器)時，氣流中的液體和可溶性固體通常很少會被再夾帶。通過促進從纖維收集介質中良好排液，後過濾排放介質141也有助於使纖維收集 介質139保持較幹。後過濾介質141包括後過濾纖維通道收集條150，相對於主纖維收集介 質139，纖維通道收集條150較薄。舉例來說，後過濾纖維通道收集條150可以由與預過濾纖維收集條142相同的材料製成。不難理解，預過濾纖維收集條142和後過濾纖維收集條 可以用不同的材料來做。雖然各纖維通道收集條150示出為僅具有一層，但是各纖維通道 收集條可以包含多層材料。各纖維通道收集條150的下邊緣與相鄰的後過濾纖維收集條重 疊，從而形成重疊區152。後過濾介質141還包含一般位於後過濾纖維通道收集條150下遊 側的後過濾排放條154。後過濾排放條154由合適的材料例如與製造預過濾排放條144的 材料相同的材料製成。不難理解，預過濾排放條144和後過濾排放條154可以用不同的材 料來做。後過濾排放條154示出為包含單層，但在本發明的範圍內，也可以使用多於一層。 後過濾排放條154的上邊緣延伸到由相鄰的後過濾纖維通道收集條150形成的重疊區152。 纖維通道收集條150和排放條154的下端位於纖維收集介質139的下遊。每個都在纖維床 135的整個高度上延伸的附加的後過濾排放層156位於後過濾排放條154的下遊。然而，也 可以省略這些附加的後過濾排放層156，而不會脫離本發明的範圍。在使用中，後過濾纖維材料收集條有助於從主纖維收集介質139的排液表面引導 液體。這是因為，後過濾纖維材料通道收集條150的Rv與主收集纖維139的Rv處於同一 數量級，並且對於通道條150和主收集纖維139來說，Rv < Rg。液體一般水平移動通過後 過濾纖維材料收集條到達相鄰的排放條。在排放條中，液體在重力的作用下較豎直地移動 到排放條的下端。在這裡，液體向外滴到纖維收集介質的下遊側上。允許液體從排放條中 滴出有助於避免纖維通道條150、排放條154或者排液層156過飽和。第一實施方式的纖維床組件19的附加結構例如排液插件59、排放墊片69和再夾 帶插件73可用於第二實施方式的纖維床組件119。可以使用這些附加結構中的任何一個或 者所有。排液插件159的一部分顯示在圖5中，它包含支承篩網161和位於支承篩網和內 層篩網127之間的兩張排液材料墊163。圖5所示的排液插件159與圖4所示的排液插件 59的結構相似。本發明有利於從氣流中濾除液體和可溶性固體。在一個實施方式中，裝有本發明 的纖維床組件的除霧器可以在比過去更高的氣流速度和更大的浮質負荷下進行操作。例 如，所述除霧器可以在速度大於約50英尺/分鐘時進行操作，此時氣流的液體浮質負荷大 於約100毫克/立方英尺。人們相信，散發的霧減少，潤溼的可溶性固體大大地減少。特別 的是，在主收集介質中除去氣流中的亞微微粒的效率得以提高，這是因為更好的排液和較 大微粒的預過濾使得收集介質保持較幹。根據布朗漫射機理，較幹的收集介質能更好地捕 獲亞微微粒。預過濾和/或改善的排液防止或者推遲了纖維床溢滿情況的出現，因此由於 起泡、分散、噴射或者破裂導致的再夾帶得以避免。此外，通過捕獲來自排液層的排液表面 的液體和可溶性固體，排液插件、排放墊片和再夾帶插件的使用減輕了溢滿情況的影響。此 外，只需越經纖維床組件的很小的附加壓降即可實現這些改進，因此操作除霧器只需要較 少的能量(從而只需較少的費用)。只要不產生多個接頭，上述優點即可實現，這些接頭必 須小心密封，以免氣體走旁路。本發明的其他實施方式可以有不同的優點，或者僅包含上述 優點中的一部分。已經對本發明進行了詳細的描述，很顯然，可以進行修改或變型而不會脫離在所 附的權利要求書中限定的本發明的範圍或者思想。在介紹本發明或者它的優選實施方式的元件時，冠詞〃 一〃、「一個〃、「該〃 和"所述"用於表示有一個或多個元件。術語"包括"、「包含"和"具有"都是包括性的並且意味著除了所列的元件之外，還可能有附加的元件。此外，使用〃上〃、「下〃、「 內"、「外"和其他方向術語是為了方便，但各元件不需要任何特定的取向。鑑於上述內容，不難看出本發明的幾個目的都得以實現，並且還獲得了有利的其 他結果。由於上述結構可以進行多種變化而不脫離本發明的範圍，因此包含在上述說明中 以及顯示在附圖中的所有情況都應解釋為說明性的，而非限制性的。
權利要求
1.一種用於纖維床除霧器的纖維床組件，該纖維床除霧器用於從運動的氣流中除去浮 質和/或潤溼的可溶性固體，所述纖維床組件包括纖維床支承件，該纖維床支承件具有限定上遊空間和下遊空間的壁，該壁包括位於其 中的開口，以允許氣流從上遊空間總體上自由地穿過該壁運動到下遊空間；纖維床，該纖維床由纖維床支承件支承，並總體上蓋住壁上的開口，從而當氣流從上遊 空間運動到下遊空間時會通過纖維床，纖維床包括纖維收集介質和位於纖維收集介質下遊 側的排液介質，排液介質包括沿著纖維床的高度設置的通道條，通道條設置成限定重疊區， 在重疊區中，一個通道條與相鄰的一個通道條重疊。
2.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，排液介質還包括一般位於通道條下 遊側的排液層。
3.如權利要求2所述的纖維床組件，其特徵在於，排液層基本上在纖維床的整個高度 上延伸。
4.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，排液介質包括排放條，排放條的一部 分位於通道條之間的重疊區中。
5.如權利要求4所述的纖維床組件，其特徵在於，至少一些通道條的下端設置在排放 條的一部分的上方，由此，從通道條中排出的液體被接收到排放條中。
6.如權利要求5所述的纖維床組件，其特徵在於，排液介質包括至少一個排液層，該排 液層基本上在纖維床的整個高度上延伸；排放條的一部分與排液層接合。
7.如權利要求4所述的纖維床組件，其特徵在於，具有多個排放條，該多個排放條具有 設置在相鄰通道條之間的重疊區中的部分。
8.如權利要求7所述的纖維床組件，其特徵在於，通道條由這樣的材料製成，該材料的 克服液相的氣相阻力的殘餘飽和度(Rv)小於它的克服液相重力排液的殘餘飽和度(Rg)。
9.如權利要求8所述的纖維床組件，其特徵在於，通道條的Rv約等於纖維收集介質的Rv。
10.如權利要求8所述的纖維床組件，其特徵在於，排放條的Rv大於Rg。
11.如權利要求8所述的纖維床組件，其特徵在於，通道條包括薄的針刺纖維床，該纖 維床由平均直徑約3-20微米的纖維製成，並形成基本上一致的約85%到98%的床空隙率。
12.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括一般位於纖維 收集介質下遊側並一般位於該下遊側底部的擋板，該擋板適於阻擋要經過該擋板的氣流， 並且所述纖維床組件包括位於擋板下遊側、用於從纖維床底部排出液體的排放墊片。
13.如權利要求12所述的纖維床組件，其特徵在於，擋板一般位於排液介質的下遊側。
14.如權利要求12所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括位於下遊空 間中的再夾帶液體收集構件。
15.如權利要求14所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件包括網墊。
16.如權利要求15所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件還包括一般 位於網墊下遊的折流板裝置。
17.如權利要求14所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件包括折流板裝置。
18.如權利要求12所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部，纖維床組件還包括位於管狀 纖維床內部、管狀纖維床上端部和下端部之間的下遊空間中的再夾帶液體收集構件，從而 通過纖維床到達下遊空間的一部分氣流隨後通過再夾帶液體收集構件，而通過纖維床到達 下遊空間的一部分氣流不通過再夾帶液體收集構件。
19.如權利要求18所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件總體為圓盤 形，並將管狀纖維構件內部的下遊空間的下部與管狀纖維床內部的下遊空間的上部分開。
20.如權利要求18所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括位於纖維床 下遊的排液插件，排液插件延伸的距離小於纖維床的整個高度。
21.如權利要求20所述的纖維床組件，其特徵在於，排液插件包括至少一個排液插件 層和用於保持該排液插件層的支承件。
22.如權利要求12所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括位於纖維床 下遊的排液插件。
23.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和 下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部，纖維床組件還包括位於管狀纖 維床內部、管狀纖維床上端部和下端部之間的下遊空間中的再夾帶液體收集構件，從而通 過纖維床到達下遊空間的一部分氣流隨後通過再夾帶液體收集構件，而通過纖維床到達下 遊空間的一部分氣流不通過再夾帶液體收集構件。
24.如權利要求1所述的纖維床組件，該纖維床組件還包括位於纖維收集介質上遊側 的預過濾介質，預過濾介質包括一層纖維收集介質和一般位於纖維收集介質和纖維收集層 之間的排液介質，其中，纖維收集介質由纖維收集材料條形成，排液介質暴露在相鄰的纖維 收集材料條之間，以將由纖維材料收集條收集的液體排到纖維床的上遊側。
25.如權利要求24所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維材料收集條設置成限定重疊 區，在該重疊區中，一個纖維材料收集條與相鄰的一個纖維材料收集條重疊。
26.如權利要求25所述的纖維床組件，其特徵在於，排液介質包括排放條，排放條的一 部分設置在纖維材料收集條之間的重疊區中。
27.如權利要求26所述的纖維床組件，其特徵在於，排放條的下端位於相鄰的纖維材 料收集條的重疊區中，並且暴露於纖維床的上遊側。
28.如權利要求27所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部 和下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部，纖維床組件還包括位於管狀 纖維床內部、管狀纖維床上端部和下端部之間的下遊空間中的再夾帶液體收集構件，從而 通過纖維床到達下遊空間的一部分氣流隨後通過再夾帶液體收集構件，而通過纖維床到達 下遊空間的一部分氣流不通過再夾帶液體收集構件。
29.如權利要求28所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件總體為圓盤 形，並將管狀纖維構件內部的下遊空間的下部與管狀纖維床內部的下遊空間的上部分開。
30.如權利要求28所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括位於纖維床 下遊的排液插件。
31.如權利要求30所述的纖維床組件，其特徵在於，排液插件包括至少一個排液插件 層和用於保持排液插件層的支承件。
32.如權利要求24所述的纖維床組件，其特徵在於，該纖維床組件還包括位於纖維床下遊的排液插件。
33.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和 下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部；該纖維床組件還包括至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內的再夾帶液體收集 構件，該再夾帶液體收集構件沿基本橫向於纖維床支承件的壁的方向延伸，從而氣流從內 部空間沿總體不平行於氣流穿過纖維床的方向的方向穿過再夾帶液體收集構件；並且再夾帶液體收集構件位於管狀纖維床的上端部和下端部之間，從而通過纖維床到達下 遊空間的一部分氣流隨後通過再夾帶液體收集構件，而通過纖維床到達下遊空間的一部分 氣流不通過再夾帶液體收集構件。
34.如權利要求33所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件總體為圓盤 形，並將管狀纖維構件內部的下遊空間的下部與管狀纖維床內部的下遊空間的上部分開。
35.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和 下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部；該纖維床組件還包括至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內的再夾帶液體收集 構件，該再夾帶液體收集構件沿基本橫向於纖維床支承件的壁的方向延伸，從而氣流從內 部空間沿總體不平行於氣流穿過纖維床的方向的方向穿過再夾帶液體收集構件；並且再夾帶液體收集構件位於管狀纖維床內部、在使用中氣流速度低於約700英尺/分鐘 的位置處。
36.如權利要求35所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件位於管狀纖 維床內部、在使用中氣流速度在約400和700英尺/分鐘之間的位置處。
37.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和 下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部；該纖維床組件還包括至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內的再夾帶液體收集 構件，該再夾帶液體收集構件沿基本橫向於纖維床支承件的壁的方向延伸，從而氣流從內 部空間沿總體不平行於氣流穿過纖維床的方向的方向穿過再夾帶液體收集構件；並且其中，再夾帶液體收集構件包括網墊和折流板裝置中的至少一個。
38.如權利要求37所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件既包括網墊， 又包括折流板裝置。
39.如權利要求38所述的纖維床組件，其特徵在於，網墊位於在使用中氣流速度低於 約700英尺/分鐘的位置處，折流板裝置位於氣流速度低於約1，500英尺/分鐘的位置處。
40.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和 下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部；該纖維床組件還包括至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內的再夾帶液體收集 構件，該再夾帶液體收集構件沿基本橫向於纖維床支承件的壁的方向延伸，從而氣流從內 部空間沿總體不平行於氣流穿過纖維床的方向的方向穿過再夾帶液體收集構件；並且再夾帶液體收集構件位於在使用中氣流速度低於約1，500英尺/分鐘的位置處。
41.如權利要求40所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件位於在使用 中氣流速度在約900和1，500英尺/分鐘之間的位置處。
42.如權利要求1所述的纖維床組件，其特徵在於，纖維床的形狀一般是具有上端部和下端部的管狀；下遊空間至少部分位於管狀纖維床的內部；該纖維床組件還包括至少部分位於管狀纖維床內部的下遊空間內的再夾帶液體收集 構件，該再夾帶液體收集構件包括網墊和折流板裝置中的至少一個。
43.如權利要求42所述的纖維床組件，其特徵在於，再夾帶液體收集構件既包括網墊， 又包括折流板裝置。
44.如權利要求43所述的纖維床組件，其特徵在於，網墊位於在使用中氣流速度低於 約700英尺/分鐘的位置處，折流板裝置位於氣流速度低於約1，500英尺/分鐘的位置處。
全文摘要
本發明涉及纖維床組件和用於該纖維床組件的纖維床。用於除霧器的纖維床組件，該纖維床組件的工作效率高，並且能防止再夾帶的液體離開除霧器。該纖維床組件的結構有利於纖維床收集的液體快速排出。在主收集介質的上遊可以用預過濾介質，以除去較大的液滴。預過濾介質可與其他特徵進行特定的組合使用，以減少液體再夾帶和/或允許增加流動能力。
文檔編號B01D46/00GK102000461SQ201010536129
公開日2011年4月6日 申請日期2007年1月19日 優先權日2006年1月27日
發明者D·阿茲威爾, F·L·穆勒, S·A·齊博德 申請人:Mecs公司