進行液相和氣相之間物質轉移的方法
2024-02-06 11:58:15 1
專利名稱：進行液相和氣相之間物質轉移的方法
技術領域：
本發明涉及在填充型交換柱內進行液相和氣相之間物質轉移的方法，上述兩相在通過交換柱時產生反向流動。
在以下的陳述和後附的權利要求書中，術語「填充型交換柱」一般應理解為一種裝置，在其內部設置多個不同形狀和尺寸的元件(填料)，在它的表面上液相和氣相產生相互接觸，以進行物質轉移；這種類型的裝置廣泛地使用於化工廠，即用於分解、吸收、蒸餾以及洗滌化學製品。
本發明還涉及用於實現上述方法的填充型交換柱，以及改造現有交換柱使其轉變為按照本發明的填充型交換柱的方法。
在以下的陳述和後附的權利要求中，術語「改造」應理解為在原位改進現有的填充型或板片型交換柱，以改進其性能，例如，增加其液相和氣相之間物質轉移的容量和／或效率，以及降低能耗。
眾所周知，在此領域內越來越多地感覺到需要提供易於實現的方法，它既要以一種簡單和有效的方式進行液相和氣相之間的物質轉移，又要投資和使用費用低廉以及能耗低。
為了滿足上述要求，在此領域內提出了一些用於促進物質轉移的方法，其液相和氣相通過填充型交換柱內分別向下和向上(實質上沿軸向)流動。
現有的這些方法雖然易於實現，但這些方法存在問題，主要是由於氣相通過填料時遭受的大的壓力降引起的。
事實上，填料被放置在實質上是圓筒形交換柱內，它具有大的高度-直徑比，以保證各相足夠時間的相間接觸來增強物質轉移。
這樣一來，在流經填料的過程中，氣相產生很大的壓力減少(壓力降)，它限制了能夠供入交換柱的氣體量，從而降低了交換柱的工作容量。
由於壓力降，供入交換柱的氣相的流率必須保持低於預定值，氣相的超量供入會導致不希望的「液阻」現象，這時交換柱充滿了由來自氣相的摩擦阻力使向下移動的液相受阻。應該理解，在這種情況下交換柱無法工作，因為物質轉移實際已降至零點。
換句話說，通過填料時氣相大的壓力降已成為實現上述現有方法時通過交換柱氣相流率的限制因素，以及兩相之間有效的物質轉移的阻礙。
為了抵銷氣相的壓力降，以及藉此增加現有技術填充型交換柱的能力，已經提出了某些具有高孔隙率的特殊填料，在氣相流通過時沒有大的壓力降。
雖然這種填料可使供入交換柱的氣相的流率有某種增加，但它們並不能提供兩相之間完全滿意的物質轉移，因為通過交換柱的氣相的壓力降仍相當大，成為上述液阻現象引起的操作的限制。
被稱為板片型的交換柱具有多個在交換柱內水平放置的帶孔板片，用於代替填充型交換柱。
在這種情況下，用於進行液相和氣相之間物質轉移的方法包括在板片內混合兩相，這些板片典型地設計為增強兩相的相互接觸。
板片型交換柱適用於低液相流率用途，但它傾向於液阻，截斷了液相和氣相之間任何進一步有效的物質轉移。
考慮到上述缺點，現有技術用於進行液相和氣相之間物質轉移的方法無論在兩相之間轉移的總效率、能耗，以及實現這些方法所用交換柱的使用和投資費用方面，均不能提供滿意的性能(它們如上所述，存在若干限制)。
所有這些說明，儘管這種技術已在不同的化工用途中使用多年，而在此領域內仍越來越多地感到上面提到的需要。
本發明的目的是提供用於液相和氣相之間進行物質轉移的方法，這種方法以簡單和有效的方式提供各相之間的高效的轉移，同時投資和使用費用低廉以及能耗低。
為實現本發明的目的，按照本發明提供了在填充型交換柱內進行上述液相和氣相之間物質轉移的方法，該交換柱具有外殼，用以容納至少一個填料盛籃，上述兩相以反向流動通過盛籃，本方法的特點是包括通過透氣的網籃表面供給上述氣相至上述至少一個網籃的步驟，透氣的網籃表面大於網籃的橫截面。
這樣一來，藉助使氣相流過上述至少一個網籃的透氣表面，而透氣的表面最好製成大於網籃的橫截面，在上述氣相通過填料流動時獲得了壓力降相應的減少，它使得氣相的流率增加，以及與此同時在比現有技術方法慢的速率工作，從而大大地增強了各相之間的物質轉移。
提供給氣相的透氣表面越大，物質轉移的改進效率的利益越顯著。
在此方面，解決上述問題的一種特別有效的方式是在填充型交換柱內進行液相和氣相之間物質轉移的方法，該交換柱具有外殼，用以容納至少一個填料盛籃，它的橫截面小於上述外殼的橫截面，上述方法包括以下步驟-供給上述液相和氣相進入上述填充型交換柱；-使液相沿實質上軸向流過上述至少一個網籃；-使氣相沿主要徑向流過上述至少一個網籃；-從上述填充型交換柱排出上述液相和氣相。
按照本發明的方法，特別是使氣相主要沿徑向流過填料，而不是象現有技術方法所述，沿軸向流動，可使透氣或通道表面大大擴展，以一種簡單和有效的方式正面增加兩相之間的物質轉移，從而大大提高了設計用於實現本方法的交換柱的工作容量，它優於按照上述現有技術方法工作的同尺寸的交換柱。
換一種方式說，對於給定的工作容量而言，實現本發明方法的交換柱的尺寸，實質上小於現有技術方法的交換柱的尺寸。
這一結果主要是因為通過填料徑向流動的氣相產生的壓力降，與通過填料軸向流動的氣相產生的壓力降比較是微不足道的，因此，本發明的方法可以在不希望的液阻現象產生之前以比現有技術更高的氣相流率進行，從而增強了液相和氣相之間的物質轉移。
特別是本發明的方法可用極為簡單和有效的方式，實際消除通過交換柱的氣相的壓力降及有限流率的限制，使在希望的氣相和液相流量和流速下工作，以便最佳地利用填料的交換表面面積，促進物質轉移。
有利的是藉助本方法，使用填充型交換柱可獲得兩相之間高效的物質轉移，這種交換柱不僅具有最高的效率，而且投資和工作費用低廉以及能耗低。
氣相主要沿徑向流動通過填料可大大增強兩相之間物質轉移的事實，與通常現有技術的教導極為矛盾，後者認為氣相相對於液相橫向流動，從物質轉移的觀點出發，比兩相按實際反向關係的軸向流動不利。
另外，由於主導兩相之間物質轉移的條件和化學／物理過程可隨流動形式不同而變化，按照本發明方法的優點，不是全部可以預見的。
只有本申請人進行的研究工作表明，出乎意料的是具有主要徑向的氣相流動，與液相實際的軸向流動反向，則主導兩相之間物質轉移的驅動力可以比真實的反向流動更有效地作用，以及從而使物質轉移的效率和強度有利地增強。
使氣相沿實質上徑向，實質上軸向-徑向或實質上橫向流過至少一個網籃獲得了特別滿意的結果。
優選地，通過上述至少一個網籃的氣相的主要徑向流動是離心的，或向心的，或交替的離心和向心型。
在本發明的一個特別有利的實施例中，使液相和氣相在上述至少一個網籃內流過多個相鄰疊置區域，液相和氣相分別供入上述至少一個網籃的上部區域和下部區域，以及分別由其下部區域和上部區域排出。
將填料分配至氣相主要沿徑向經過的一組區域，可以獲得氣流徑向分量的增加，以及隨之有可能進一步增強氣相的流率，從而改進兩相之間的物質轉移，以及藉此改進實現本方法所用交換柱的工作容量。
替代的方案是，使液相和氣相分別沿實質上軸向和主要沿徑向通過多個疊置的盛填料網籃，也可獲得同樣的結果。
最好，按照上述實施例，本發明的方法還包括以下步驟-在順序的網籃之間收集和再分配上述液相。
這樣一來，有可能保持全部填料經常地被液相流過，從而避免了液相沿優先路徑流下，那樣僅能流過填料的局部區域，導致參與物質轉移的有效面積大為減少。
優選地，引起氣相徑向流動通過上述至少一個網籃的相鄰區域或沿相對方向通過順序的網籃，從而在交換柱內為氣相提供一條曲折的通道，這樣從結構觀點看是有利的。
為了實現上述方法，本發明提供了進行液相和氣相之間物質轉移的填充型交換柱，它具有-一個外殼；-在外殼內延伸的至少一個填料盛籃，上述液相和氣相以反向流關係完全穿過上述至少一個盛籃；-供給上述液相和上述氣相進入上述交換柱的相應的裝置；-由上述交換柱排出上述液相和上述氣相的相應的裝置；該交換柱的特點是上述至少一個網籃帶有透氣的表面供氣相通過，它比交換柱的橫截面大。
優選地，按照本發明的交換柱的特點是上述至少一個網籃具有比外殼橫截面小的橫截面，以及具有相對的透氣的側壁，其特點是它還具有使上述氣相沿主要徑向流過上述至少一個網籃的裝置。
按照一個最佳實施例，交換柱最好具有-實質上呈圓筒形的外殼；-至少一個圓形填料盛籃，它在上述外殼內同軸地設置，以及具有相對的透氣的內圓壁和外圓壁，上述液相沿實質上軸向流動穿過上述至少一個網籃；-第一自由空間，它被限定在外殼的內壁和網籃的上述外壁之間；-第二自由空間，它限定在網籃的上述內壁向內；-供給上述液相和上述氣相進入上述交換柱用的相應的裝置；-使至少上述氣相主要部分通過上述至少一個網籃流動，由上述第一自由空間至上述第二自由空間，或繞另一條路的裝置；-由上述交換柱排出上述液相和上述氣相用的裝置。
根據另外的最佳實施例，交換柱最好具有-一個外殼；-至少一個填料盛籃，它在上述外殼內同軸地設置，以及具有相對的側壁，優選地為透氣的平板形，上述液相沿實質上軸向流動穿過上述至少一個網籃；-第一和第二自由空間，它們相互對立和被限定在上述外殼的內壁及網籃的上述側壁之間；
-供給上述液相和上述氣相進入上述交換柱用的裝置；-使至少上述氣相的主要部分通過上述至少一個網籃流動，由上述第一自由空間至上述第二自由空間或繞另一條路的裝置；-由上述交換柱排出上述液相和上述氣相用的裝置。
按照另一方面，本發明提供了改造進行液相和氣相之間的物質轉移的交換柱的方法，交換柱是填充型或是板片型交換柱，這種方法的特點是包括以下步驟-在上述交換柱內設置至少一個填料盛籃，它具有供氣相通過的透氣表面，所述的透氣表面大於網籃的橫截面。
藉助上述的改造現有交換柱的方法，可以獲得一種進行液相和氣相之間物質轉移的方法，它以簡單和有效的方式提供各相之間高的轉移率，而且投資和使用費用低廉以及能耗低。
下面結合附圖對根據本發明方法的一個實施例的說明，可對本發明的其他特點和優點更加清楚，附圖中
圖1是填充型交換柱第一實施例的縱剖面圖，它既可是原始設計的，也可以是為實現本發明方法改進的傳統交換柱；圖2是圖1所示交換柱沿圖1II-II線剖切的縱剖面圖；圖3是填充型交換柱第二實施例的縱剖面圖，它既可是原始設計的，也可以是為實現本發明方法改進的傳統交換柱；圖4是圖3所示交換柱沿圖3IV-IV線剖切的縱剖面圖；圖5是填充型交換柱第三實施例的縱剖面圖，它既可是原始設計的，也可以是為實現本發明方法改進的傳統交換柱；圖6是圖5所示交換柱沿圖5VI-VI線剖切的縱剖面圖。
參見圖1～6，圖中示出根據本發明用於進行液相和氣相之間物質轉移的填充型交換柱1。
交換柱1具有外殼2，至少一個網籃3，它在外殼2內延伸，用以接收填料4，把液相和氣相供入交換柱1的相應的裝置5和6，從交換柱1排出液相和氣相的相應的裝置7和8。
液相的供入和排出裝置5和7通常具有管道、噴嘴型分配器或收集室，這些是本專業技術人員已知的型號，這裡不詳細介紹。與此類似，氣相的供入和排出裝置6和8通常具有氣體輸入管和輸出管，這些也是本專業技術人員已知的型號，這裡也不詳細介紹。
在圖1，3和5中，液相被組件5供給至交換柱1的頂端和從其底端被組件7排出，因此液相通過交換柱1沿實質上軸向流動。
氣相被組件6供給至交換柱1的底端和從其頂端被組件8排出。
然而，液相和氣相的供入和排出可處於交換柱1的中間位置，如同通常傳統的填充型交換柱那樣。
換句話說，液相和／或氣相的供入和排出裝置可設置在沿外殼2的任何位置，以保持交換柱內恆定的工作條件或改進各相之間的物質轉移。
根據本發明，上述至少一個網籃3最好具有供氣相通過填料4的透氣表面，該表面大於網籃的橫截面。
為此目的，網籃3具有小於外殼2橫截面的橫截面，以及具有透氣的相對的側壁9和10。
此外，交換柱1最好具有適當的裝置，以引起氣相主要沿徑向流方向通過網籃3。
這樣一來，引起氣相通過交換柱1的流動與現有技術的教導相矛盾-主要沿徑向流方向與液相反向流動。
側壁9和10的透氣表面最好大於網籃3的橫截面。
根據圖1所示的實施例，本發明的填充型交換柱1具有實質上圓筒形的外殼3，以及至少一個圓形網籃3a-3e，用於盛放填料4和同軸地安裝在外殼2內，以及具有相對的透氣的圓筒形內壁9和外壁10。
第一自由空間11形成在外殼的內壁2a和網籃的外壁10之間，以及第二自由空間12形成在網籃的內壁9之間。
最好，交換柱1還具有裝置9a，10a，14，15用於使至少氣相的主要部分流過上述至少一個網籃3a-3e，從第一自由空間11至第二自由空間12，或繞另一條路。
在圖1的實例中，交換柱1具有5個盛填料4的圓形網籃3a-3e，它們同軸地疊置在外殼2內。
液相實質上沿軸向從交換柱1上部至下部流過這些網籃，以及氣相實質上沿軸向-徑向從下部至上部流過網籃，如箭頭Fg所示。
在外殼2內網籃3的數目可以變化以適應交換柱1的尺寸和所需的物質轉移率。網籃的數目在1至20範圍內是適宜的，以滿足大多數要求。
為了進行兩相之間的物質轉移以及保證整個交換柱1的最佳工作條件，盛填料4的網籃3a-3e最好製成不同長度的，即最下的網籃3a為最長的，其他的網籃長度逐減，至最上的網籃3e為最短的。
圖1所示的網籃3a-3e相鄰放置，每個具有帶孔的底13使液相和氣相均可透過。
最好，網籃3a-3e帶孔的底13的尺寸適宜於徑向偏轉氣相和／或收集和再分配網籃之間的液相。
在順序相鄰的網籃3a-3e之間存在帶孔的底13對通過網籃氣相流的壓力降的預定整體量產生可控制的增加，它使至少部分氣相徑向偏移，以及由網籃流出的液相合理地收集以及再分配至下一個網籃。
藉助在順序的網籃3a-3e之間液相的收集和再分配，可保證兩相之間物質轉移的最佳條件，並使填料4的整個表面面積得到利用以及防止形成液相通過填料的優先路徑。
從一個網籃3a-3d徑向偏移出的氣相部分隨後被再引入下一個網籃3b-3e，重新沿徑向流動。
最好，通過網籃3a-3e氣相的徑向流動是離心的或向心的。
使用交替的向心的和離心的流動(或反過來也是這樣)如圖1箭頭Fg所示，即氣相沿相反方向徑向通過順序的網籃3a-3e，可獲得特別滿意的結果。
網籃3a-3e，或者僅其中部分網籃可設置在交換柱1內，相互保持適當距離，以限定順序網籃之間的圓筒形空間。
這些空間可用於設置收集和再分配從一個網籃至下一個網籃的液相的裝置(圖中未示出)，這些裝置是普通的，這裡不再陳述。
作為具有多個網籃的代替方案，根據本發明的交換柱1可優選地具有單獨的網籃3，它被分割成若干區域(在圖1中用與多個網籃相同的標號3a-3e表示)，它們相互鄰接，這種排列與圖1所示網籃的排列相同。
根據本實施例，不設置帶孔的底13，網籃3內的填料4形成了連續的單一體。
根據本發明特別有利的方面，至少一個網籃3a-3e的外壁10或內壁9具有沿其頂部預定長度的不透氣部分10a或9a。
在圖1的實例中，每個網籃3a-3e的外壁10和內壁9分別具有不透氣部分10a和9a。
在這裡，代替網籃3a-3c，交換柱1具有單獨的網籃3，它被分割成上述的多個區域3a-3c，網籃3內壁9和／或外壁10的預定長度的不透氣部分9a和10a限定在沿每個區域的頂部。
藉助在網籃或區域3a-3c的至少一個和希望兩個側壁上設置不透氣的頂部，通過填料4從底部向頂部流動的氣相流的主要部分可以用簡單和有效的方式徑向偏移，使氣相主要沿徑向方向流過交換柱1。
事實上，側壁9和／或10的不帶孔部分對氣相壓力降產生(預定整體量的)可控制的增加，它阻礙了通過填料4的軸向流動，從而使氣相流徑向偏移。
徑向流動的氣相相對於通過填料4軸向流動氣相的比例取決於不透氣部分9a和／或10a的長度或範圍，因為氣相經受的壓力降隨著這些部分相應改變。藉助不透氣部分長度的增加，軸向流動的阻力以及氣相的徑向流動分量增加。
如圖1所示，僅有少部分氣相實質上沿軸向流動通過填料4而主要部分氣相實質上沿徑向路徑流動，導致建立起混合流動，即軸向-徑向流動。
在這裡網籃3a-3e的兩個側壁9和10具有不透氣部分9a和10a，每個部分的長度最好對於內壁9和外壁10是不同的以便擴大或減小氣相流動的徑向分量。
當不透氣部分9a，10a為網籃3a-3e內壁9和／或外壁10長度的5％至30％時，可以獲得特別滿意的結果。
優選地，不透氣部分的長度在10％至25％範圍內。
根據本發明其他特別有利的方面，交換柱1具有不透氣裝置14和15，用於關閉分別位於第一和第二自由空間11和12內的自由空間11和12。
根據圖1的實例，在至少一個網籃3a-3e內，這些關閉裝置最好具有圓形擋板14，它是不透氣的以及設置在第一自由空間11的頂端，以及圓形擋板15，它是不透氣的以及設置在第二自由空間12的底端。
這樣一來，可引起氣相從一個網籃3a-3d沿主要徑向的交替的向心的和離心的方式流動至下一個網籃3b-3e，從而防止了氣相旁路經過一個或多個網籃，否則它會負面影響兩相間物質轉移的總效率。
事實上，當引起至少氣相的主要部分通過填料4徑向流動時，它意味從給定的網籃排出通至下一個網籃的氣相以這種方式進行，即它不能流出和流過交換柱內的其他網籃，或甚至從交換柱逃逸。
在這裡氣相從一個網籃3a-3d沿交替的離心的和向心方式的主要徑向流動至下一個網籃3b-3e，不透氣的圓形擋板14應設置在第一自由空間11的底端，而不透氣的圓形擋板15應設置在第二自由空間12的頂端。
在圖1的實例中，交換柱1被實質上軸向-徑向流動的氣相穿過，網籃3a-3e在其頂端開啟，而不是被不透氣蓋子關閉。
這樣很大程度上便於液相軸向通過交換柱，特別是上部網籃3e，和便於供給和分配液相至網籃中的填料4。
在圖1中，標號16通常表示設置在網籃3c內第二自由空間12內的熱交換器，用於使離開網籃3c的氣相徑向流入下一個網籃3d時與加熱或冷卻液體，例如水進行間接的熱交換。
更具體地，使氣相通過外殼邊的熱交換器16流動，而加熱或冷卻介質處於管子邊。為了簡便，熱交換器16的供給和排出加熱或冷卻流體的裝置在圖1中省略，因為它們本身是已知的。
根據單獨的要求，可用一個或多個熱交換器16對在順序的網籃3a-3e之間流動的至少部分氣相提供間接的熱交換，這些熱交換器可以設置在自由空間12內。
藉助在交換柱1內設置熱交換器16，交換柱承擔的洗滌、吸收、蒸餾和分解過程全部可以改進。
如上所述，涉及網籃3a-3e所述的全部特點，除透氣底13外，均可用於本發明未示出的特殊的實施例，其中交換柱1具有分割為多個區域3a-3e的單獨的網籃。
圖3示出實現本發明方法使用交換柱1的實施例，它與圖1實例的區別在於，使氣相實質上沿徑向流過填料4，而不是沿軸向-徑向流。
在圖3中，交換柱1的結構和功能與圖1所示相同，標號也相同，不再詳述。
最好，藉助關閉設置在交換柱1內盛有填料4網籃3的頂端，使氣相沿實質上徑向流動。
為此目的，至少一個網籃3具有安裝在其頂端的不透氣蓋子17。
在圖3的實例中，每個網籃3a和3b設置有蓋子17，使甚至少部分氣相也不會通過填料4軸向流動。
由於不透氣蓋子17，氣相被迫通過填料4徑向流動，以及防止由網籃3a-3b沿軸向排出。
在這種情況下，網籃3a-3b內側壁和外側壁9和10的不透氣部分9a和10a進一步沿徑向偏移氣相，有利地防止了網籃3a-3b被可能通過蓋子17和填料4之間的任何間隙從第一自由空間11漏至第二自由空間12的洩漏氣相旁路通過，或繞另外的旁路通過影響兩相之間物質轉移的總效率。
優選地，氣相流動如圖3箭頭Fg所示，徑向朝外通過第一網籃3a以及徑向朝內通過第二網籃3b。
氣相的徑向可選擇來適應交換柱1的結構，以及可以是純向心的或者純離心的，或者向心-離心的(或者離心-向心的)。與圖1所示實例相似，選擇氣相流動的特殊方向不僅關係到交換柱1的結構，而且對兩相之間物質轉移效率具有重要意義。
另外，可以提供組合的方法，使一些網籃3的被氣相實質上沿徑向穿過，以及另一些網籃被氣相沿軸向-徑向穿過。
在這種情況下，不是全部網籃3a-3b都配置不透氣蓋子17。
圖3所示網籃3a-3b的數目以及其不同的長度，僅僅是示意說明用的，它們可根據需要如上面參照圖1說明的改變。
應該指出，把液相供入交換柱1的裝置5位於上部網籃3b的蓋子17和填料4之間。
根據該實施例，從上部網籃3b流出的液相被裝置(圖中未示出，因為其本身已知)收集以及再分配至下部網籃3a，例如通過設置在相應的蓋子17和填料4之間的噴嘴型分配器18進行。
最好，網籃3a和3b處於彼此相鄰位置，使下部網籃3a的蓋子17形成上部網籃3b的不透氣底部。這樣獲得了緊湊和結構簡單的交換柱。然而，也可以用在交換柱1內保持間距的多個網籃3代替。
雖然在圖3內沒有示出，自由空間12內最好設置一個或多個熱交換器，用於由一個網籃流向下一個網籃的氣相與加熱或冷卻液體之間的間接熱交換，如圖1所述。
根據圖5所示本發明的另一實施例，交換柱1具有至少一個網籃3a-3c，用於盛填料4，它們同軸地設置在外殼2內，以及具有相對的側壁19，20，它們是透氣的和希望是平板形的。
被限定在外殼2的內壁2a和網籃3a-3c的側壁19和20之間的是第一和第二自由空間21和22，它們相互對立。
最好，設置適當的裝置19a，20a，23以使至少氣相的主要部分通過至少一個網籃3a-3c從第一自由空間21至第二自由空間或繞另一條路流入交換柱1。
在圖5中，交換柱1的部件在結構和功能上與以上各圖相同，以及具有相同的標號，不再詳述。
根據本發明的該實施例，使液相沿實質上軸向由上至下流過填料4，而氣相最好沿實質上橫向由下至上流過填料4。
換句話說，氣相由網籃3a-3c的一邊沿實質上傾斜方向移向另一邊，其中水平方向分量是主要的。
希望，如圖5和6所示，外殼2為圓筒形，以及自由空間21和22的橫截面為圓扇形。這樣一來，交換柱1內部的可用空間可以最好地利用，以及可提供寬敞的盛填料4的網籃3a-3c，以及提供足夠寬敞的自由空間21，22，使氣相通過時沒有不適當的摩擦阻力。
與前面的實例相似，這裡也是至少網籃3a-3c的一個側壁19和20，希望兩個側壁在其頂部分別具有預定長度的不透氣部分19a和20a，它們可以有效地沿水平方向偏移氣相。
此外，交換柱1最好具有不透氣組件23，用於關閉設置在第一和第二自由空間21和22內的自由空間21和22。
為此目的，關閉組件具有位於第一自由空間21頂端的不透氣擋板23以及位於第二自由空間22底端的不透氣擋板23。
在未示出的代替的實施例中，不透氣擋板23分別位於第一自由空間21的底端以及第二自由空間22的頂端。
在圖5的實例中，這些擋板23具有圓扇形。
擋板23最好引導氣相沿橫向流動通過填料4，由第一自由空間21至第二自由空間22和／或繞另一條路，這樣來防止氣相不希望地旁路通過網籃3a-3c。
至於側壁19和20的不透氣部分19a和20a的長度，以及交換柱內網籃3a-3c的數目、排列及長度，其特點和優點與以上結合各圖的說明相同。
以圖5的交換柱1為實例可以發現，3個催化網籃3a-3c同軸排列，裝盛填料4，彼此相鄰疊置，頂部網籃3c的長度大於下部網籃3a-3b。
每個網籃3a-3c具有帶孔底13，用以供液相和少部分氣相在順序為網籃之間通過。此外，網籃3a-3c的頂端是開啟的。
結果是在圖5的實例中，有利地使氣相沿混合的橫向和軸向流動通過網籃3a-3c。
代替的方案是，在圖中未示出的實施例中，網籃3a和3c可以在其頂端設置相應的不透氣蓋子，從而提供了氣相通過填料4的真實的橫向流動。
同樣在本發明的範圍內，交換柱1可具有一些網籃被氣相沿實質上橫向流過，以及另一些網籃被氣相沿混合的橫向和軸向流過。
網籃3a-3c最好相互保持間距設置在交換柱1內。同樣，在順序的網籃3a-3c之間可設置適當的裝置用於收集和再分配液相。
在圖5的實例中，這些裝置包括設在網籃3a-3c的底端的帶孔底13，它具有適當的尺寸以便橫向偏移氣相流動和／或收集和再分配在順序的網籃之間流動的液相。
代替的方案是，交換柱1可具有分割為多個相鄰疊置區域的單獨的網籃3以代替網籃3a-3c，這些區域在圖中未示出，它們的每個方面可與上述網籃3a-3c連繫，以及具有相同的特點和優點。當然，在這些相鄰區域之間不設置帶孔底13或不透氣蓋子。
交換柱1也可以安排成結合多個網籃3a-3c，其中至少一個網籃分割為上述若干區域。
根據本發明在圖中未示出，但特別有利的一個實施例，可提供通過結合圖3或5所述類型的交換柱氣相的實質上徑向或橫向流動，方法是用透氣的帶孔蓋子代替不透氣蓋子，以及有利地發揮在帶孔蓋子上形成的液壓頭的作用，以阻止氣相通過網籃軸向流動。
換句話說，由上朝下流動的液相在其離開一個網籃收集在下一個網籃的帶孔蓋子處，以及在再分配及進入下一個網籃之前形成了不允許被氣相穿透的水平的液體層，從而使氣相沿橫向或徑向傾斜流動。
本發明不局限於使用專門類型的填料4，在交換柱1內可使用任何類型的填料，包括織構型或無序型的。最好，在不同的網籃或一個網籃的不同區域之間使用不同類型的填料4，這樣使氣相的流率和通過交換柱1流動的兩相之間的物質轉移可以控制和改進。
填料4可以用對流動的液相和氣相為惰性的材料製造，或者使用適當的催化劑或其混合物。在交換柱1內使用催化劑的情況下，除兩相之間的物質轉移外，還可能產生化學反應。
如同圖1-6有關實施例所示，按照本發明液相和氣相之間物質轉移方法在填充型交換柱1內進行，交換柱1具有外殼2，其中設置至少一個網籃3用於盛填料4，當這些相通過它時引起反向流動，氣相通過網籃的透氣表面(9，10，19，20)順利地供給進入至少一個網籃3，透氣表面大於網籃的橫截面。
優選地，進行液相和氣相之間物質轉移的方法在填充型交換柱1內進行，交換柱1具有外殼2，在其中設置至少一個盛填料4的網籃3，其橫截面小於外殼2的橫截面，該方法包括以下步驟(用裝置5和6)把液相和氣相供入填充型交換柱1，使液相沿實質上軸向流動通過上述至少一個網籃3，使氣相沿主要徑向流動(裝置9a，10a，14，15，19a，20a，23)通過上述至少一個網籃3以及(用裝置7，8)由填充型交換柱1排出液相和氣相。
如前面所述，藉助本方法可使通過填料4的氣相流動的壓力降減少，並且使氣相(以及液相)達到最佳的流率和流速，以促進液相和氣相之間的物質轉移。
此外，意外地發現，使氣相沿主要徑向流動通過填料4可以獲得物質轉移的優異效率，因為承擔這種轉移的驅動力有效地增加。
本方法的操作條件(壓力和溫度)可在廣泛的範圍內變化以適應被處理的液體的類型以及進行的任何的化學操作。
本發明可以有效地使用於具有板片和填料盛籃的交換柱。
圖1，3和5所示的交換柱可以是一種新牌號，或者根據本發明有利的和最佳的方面是對現有的填充型或板片型交換柱改造成的交換柱，用於進行液相和氣相之間的物質轉移。
最好，改造這種交換柱的方法包括在交換柱內設置至少一個網籃3，用於盛填料4，它具有供氣相通過的透氣表面，而透氣表面大於網籃的橫截面。
更具體的是，根據本發明的改造方法的特點是它具有以下步驟在現有的交換柱內設置至少一個網籃3用於盛填料4，它具有小於交換柱橫截面的橫截面，以及具有相對的透氣的側壁9，10，19，20，以及在交換柱內設置裝置9a，10a，14，15，19a，20a，23，用於使氣相主要沿徑向流過上述至少一個網籃。
為了獲得圖1或3所述同樣類型的交換柱1，本改造方法最好具有以下步驟在交換柱1內同軸地設置至少一個網籃3，用於盛填料4，它具有相對的圓筒形內壁和外壁9和10，限定交換柱1的內壁2a和網籃3的外壁10之間的第一自由空間11以及限定網籃3的內壁向內形成的第二自由空間12，以及設置裝置9a，10a，14和15，用於使至少氣相的主要部分流過上述至少一個網籃3，從第一自由空間11至第二自由空間12，或繞另一條路流。
為了獲得圖5所述類型的交換柱1，改造方法最好具有以下步驟在交換柱1內同軸地設置至少一個網籃3，用於盛填料4，該網籃3具有限定第一和第二自由空間21和22的相對的、最好是平板形的透氣側壁19和20，該兩空間21，22相互相對，位於交換柱1的內壁2a和網籃3的側壁19，20之間，以及設置裝置19a，20a，23，用於使至少氣相的主要部分流過上述至少一個網籃，從第一自由空間21至第二自由空間22，或繞另一條路。
藉助對現有交換柱的本改造方法，用於進行液相和氣相之間的物質轉移，有可能順利地獲得交換柱能力的極大提高，以及能耗的降低，因為交換柱一旦現代化，它可在液相和氣相較高的流率下更有效地工作。
此外，根據本發明改造方法的其它實施例，可以優選地設置如後附權利要求32-37和39-44所述的補充的裝置或特點。
由圖1-6的說明中可得知本改造方法提供的其他結構和處理優點。
可以理解，在實現根據本發明的改造方法時，至少部分由原交換柱預先拆除的結構元件可供重複使用，例如用於新填料盛籃的底部或蓋子。
由以上說明可以清晰地了解本發明達到的各種優點，特別是獲得了進行液相和氣相之間高效物質轉移的方法，它的方式簡便和可靠，投資和使用費用低以及能耗低。
權利要求
1．一種在填充型交換柱內進行液相和氣相之間物質轉移的方法，所述的交換柱具有一外殼，用以容納至少一個填料盛籃，使上述兩相以反向的流動通過盛籃，該方法具有以下步驟通過網籃的透氣表面供給上述氣相至上述至少一個網籃，透氣的網籃表面積大於網籃的橫截面積。
2．一種在填充型交換柱內用以促進液相和氣相之間物質轉移的方法，所述的交換柱具有外殼，用以容納至少一個填料盛籃，其橫截面小於上述外殼的橫截面，上述方法具有以下步驟-供給上述液相和氣相進入上述填充型交換柱；-使液相沿實質上軸向流過上述至少一個網籃；-使氣相沿主要徑向流過上述至少一個網籃；-從上述填充型交換柱排出上述液相和氣相。
3．根據權利要求2的方法，其特徵在於使上述氣相沿實質上徑向、軸向-徑向或橫向流過上述至少一個網籃。
4．根據權利要求2的方法，其特徵在於使上述液相和上述氣相在上述至少一個網籃內流過多個相鄰疊置的區域。
5．根據權利要求2的方法，其特徵在於使上述液相和上述氣相分別沿實質上軸向和主要沿徑向流過一組疊置的填料盛籃。
6．根據權利要求5的方法，其特徵在於還包括以下步驟-在順序的網籃之間收集和再分配上述液相。
7．根據權利要求4和5的方法，其特徵在於它還具有以下步驟-當上述氣相由一個區域流動至下一個區域，或相應由一個網籃流動至下一個網籃時，使至少上述氣相的一部分受到間接的熱交換。
8．一種用於液相和氣相之間進行物質轉移的填充型交換柱，它具有-一個外殼(2)；-至少一個網籃(3)用於盛填料(4)，它在上述外殼(2)內延伸，上述兩相以反向流動形式穿過上述至少一個網籃(3)；-用於供給上述液相和氣相進入上述交換柱的裝置(5，6)；-用於由上述交換柱排出上述液相和上述氣相的裝置(7，8)；其特徵在於上述至少一個網籃(3)帶有供氣相通過的透氣表面，該透氣表面積大於網籃的橫截面積。
9．根據權利要求8的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3)具有小於外殼(2)橫截面的橫截面，以及具有相對的透氣的側壁(9，10，19，20)，以及還具有使上述氣相主要沿徑向流過上述至少一個網籃的裝置(9a，10a，14，15，19a，20a，23)。
10．根據權利要求8的交換柱，其特徵在於它具有-一個外殼(2)，該外殼實質上是圓筒形；-至少一個圓形網籃，用於盛填料(4)，它同軸地設置在上述外殼(2)內，以及具有相對的圓筒形透氣的內壁和外壁(9，10)，上述液相沿實質上軸向流動穿過上述至少一個網籃(3a-3e)；-第一自由空間(11)，被限定在外殼(2)的內壁(2a)和網籃(3a-3e)的上述外壁(10)之間；-第二自由空間(12)，被限定在網籃(3a-3e)的上述內壁(9)向內；-用於供給上述液相和上述氣相進入上述交換柱的裝置(5，6)；-裝置(9a，10a，14，15)，使至少上述氣相的主要部分流動通過上述至少一個網籃(3a-3e)，從上述第一自由空間(11)至上述第二自由空間(12)，或繞另一條路；-用於由上述交換柱排出上述液相和上述氣相的裝置(7，8)。
11．根據權利要求10的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3)被分割成一組相鄰疊置的區域(3a-3e)，上述用於使至少上述氣相的主要部分流動通過網籃(3)，由上述第一自由空間(11)至上述第二自由空間(12)，或繞另一條路的裝置(9a，10a，14，15)，設置在各上述區域(3a-3e)內。
12．根據權利要求10和11的交換柱，其特徵在於上述網籃的外壁(10)和／或上述網籃的內壁(9)在上述至少一個網籃(3a-3e)的頂端或相應在每個區域(3a-3e)的頂端具有預定長度的不透氣部分(9a，10a)，網籃的外壁(10)和內壁(9)的上述不透氣部分(9a，10a)的長度最好是不同的。
13．根據權利要求12的交換柱，其特徵在於上述不透氣部分(9a，10a)延伸至網籃(3a-3e)的或相應上述區域(3a-3e)的上述外壁(10)和／或內壁(9)長度的5％至30％。
14．根據權利要求10至13中任何一項的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3a-3e)或相應的每個上述區域(3a-3e)具有用於關閉上述自由空間(11，12)的不透氣的關閉裝置(14，15)，它們設置在上述第一和第二自由空間(11，12)內。
15．根據權利要求14的交換柱，其特徵在於上述關閉裝置(14，15)具有圓形的不透氣擋板(14)，設置在相應上述區域(3a-3e)的第一自由空間(11)的底端，以及圓形的不透氣擋板(15)，設置在相應上述區域(3a-3e)的第二自由空間(12)的頂端，或者環形的不透氣擋板(14)，設置在相應上述區域(3a-3e)的第一自由空間(11)的頂端，以及圓形的不透氣擋板(15)，設置在相應上述區域(3a-3e)的第二自由空間(12)的底端。
16．根據權利要求10的交換柱，其特徵在於它具有多個圓形網籃(3a-3e)，用於盛填料(4)，它們同軸地疊置和設置在上述外殼(2)內，上述網籃(3a-3e)最好相互鄰接和／或具有不同長度。
17．根據權利要求11和16的交換柱，其特徵在於所述的交換柱具有至少一個熱交換器(16)，設置在上述第二自由空間(12)內，以提供至少部分氣相的間接的熱交換，上述的氣相由至少一個網籃(3)的一個區域(3a-3d)流動至下一個區域(3b-3e)，或相應由一個網籃(3a-3d)流動至下一個網籃(3b-3e)。
18．根據權利要求8的交換柱，其特徵在於所述的交換柱具有-一個外殼(2)，最好是實質上圓筒形；-至少一個網籃(3a-3c)，用於盛填料(4)，並且同軸地設在上述外殼(2)內，並且設有相對的側壁(19，20)，側壁最好是板片形和透氣的，上述至少一個網籃(3a-3c)被上述液相沿實質上軸向穿過；-相互相對的第一和第二自由空間(21，22)，被限定在上述外殼(2)的內壁(2a)和網籃(3a-3c)的上述側壁(19，20)之間，上述自由空間(19，20)最好具有圓形-扇形橫截面；-用於供給上述液相和上述氣相進入上述交換柱的裝置(5，6)；-裝置(19a，20a，23)，用於使至少上述氣相的主要部分通過上述至少一個網籃(3a-3c)流動，由上述第一自由空間(21)至上述第二自由空間(22)，或繞另一條路；-用於由上述交換柱排出上述液相和上述氣相的裝置(7，8)。
19．根據權利要求l0和18的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3a-3e)在其頂部是開啟的。
20．根據權利要求10和18的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3a-3e)在其頂端具有不透氣的蓋子(17)。
21．根據權利要求18的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3)被分割成多個相鄰疊置的區域(3a-3c)，上述用於使至少上述氣相的主要部分通過網籃(3)流動，由上述第一自由空間(21)至上述第二自由空間(22)，或繞另一條路的裝置(19a，20a，23)設置在各上述區域內(3a-3c)。
22．根據權利要求18和21的交換柱，其特徵在於至少一個上述網籃側壁(19，20)在上述至少一個網籃(3a-3c)的頂端，或相應每個區域(3a-3c)的頂端具有預定長度的不透氣部分(19a，20a)，上述不透氣部分的長度最好對於任何一個網籃側壁(19，20)是不同的。
23．根據權利要求22的交換柱，其特徵在於上述不透氣部分(19a，20a)延伸超過網籃(3a-3c)或相應每個上述區域(3a-3c)的側壁長度的5％至30％。
24．根據權利要求18至23任何一項的交換柱，其特徵在於上述至少一個網籃(3a-3c)，或相應每個上述區域(3a-3c)具有用於上述自由空間的不透氣的關閉裝置(23)，設置在上述第一和第二自由空間內(21，22)。
25．根據權利要求24的交換柱，其特徵在於上述關閉裝置具有不透氣擋板(23)，設置在相應上述區域(3a-3c)的第一自由空間(21)的底端，以及不透氣擋板(23)，設置在相應上述區域(3a-3c)的第二自由空間的頂端，或者不透氣擋板(23)，設置在相應上述區域(3a-3c)的上述第一自由空間(21)的頂端，以及不透氣擋板(23)，設置在相應上述區域(3a-3c)的上述第二自由空間(22)的底端。
26．根據權利要求18的交換柱，其特徵在於它具有多個網籃(3a-3c)用於盛填料(4)，它們同軸地疊置和設置在上述外殼(2)內，上述網籃(3a-3c)最好相互鄰接和／或具有不同長度。
27．根據權利要求16和26的交換柱，其特徵在於上述網籃(3a-3c)具有帶孔的底(13)。
28．根據權利要求27的交換柱，其特徵在於上述帶孔的底(13)具有適當的尺寸以沿徑向、相應橫向偏移氣相，和／或在順序的網籃(3a-3c)之間收集和再分配液相。
29．一種改造用以液相和氣相之間物質轉移的交換柱的方法，所述的交換柱既可以是填充型，也可以是板片型，該方法具有以下步驟-在上述交換柱內設置至少一個網籃(3)用於盛填料(4)，網籃具有供氣相通過的透氣表面，所述的表面大於網籃的橫截面。
30．根據權利要求29的方法，其特徵在於包括以下步驟-在上述交換柱內設置至少一個網籃(3)，用於盛填料(4)，所述網籃具有比交換柱橫截面小的橫截面以及具有相對的透氣的側壁(9，10，19，20)；-在上述交換柱內設置用於使上述氣相主要沿徑向流過上述至少一個網籃(3)的裝置(9a，10a，14，15，19a，20a，23)。
31．根據權利要求29的方法，其特徵在於包括以下步驟-在上述交換柱內同軸地設置至少一個圓形網籃(3a-3e)，用於盛填料(4)，上述網籃具有相對的圓筒形不透氣內壁和外壁(9，10)，限定交換柱的內壁(2a)和網籃(3a-3e)的上述外壁(10)之間的第一自由空間(11)，以及限定網籃(3a-3c)的上述內壁(9)向內形成的第二自由空間(12)；-設置裝置(9a，10a，14，15)用於使至少上述氣相的主要部分通過上述至少一個網籃流動，由上述第一自由空間(11)至上述第二自由空間(12)或繞另一條路。
32．根據權利要求31的方法，其特徵在於上述至少一個網籃(3)被分割成多個相鄰疊置的區域(3a-3e)，上述裝置(9a，10a，14，15)用於使至少上述氣相的主要部分通過網籃流動，由上述第一自由空間(11)至上述第二自由空間(12)，它們設置在各上述區域(3a-3e)內。
33．根據權利要求31和32的方法，其特徵在於上述網籃外壁(10)和／或上述網籃內壁(9)在上述至少一個網籃(3a-3e)的頂端或相應在每個區域(3a-3e)的頂端具有預定長度的不透氣部分(9a，10a)，上述不透氣部分(9a，10a)的長度對於網籃的外壁(10)和內壁(9)最好是不同的。
34．根據權利要求31至33任何一項的方法，其特徵是它還包括以下步驟-設置用於上述自由空間(11，12)的不透氣的關閉裝置(14，15)，設置在上述至少一個網籃(3a-3e)或相應每個上述區域(3a-3e)的上述第一和上述第二自由空間(11，12)內。
35．根據權利要求34的方法，其特徵在於包括以下步驟-設置不透氣的圓形擋板(14)，位於相應上述區域(3a-3e)上述第一自由空間(11)的底端或頂端；-設置不透氣的圓形擋板(15)，位於相應上述區域(3a-3e)上述第二自由空間(12)的頂端或底端。
36．根據權利要求31的方法，其特徵在於包括以下步驟-設置多個圓形的網籃(3a-3e)，用於盛填料(4)，它們在上述交換柱內同軸地疊置。
37．根據權利要求32或36的方法，其特徵在於還包括以下步驟-在上述第二自由空間(12)內設置至少一個熱交換器(16)，用於與至少部分氣相的間接的熱交換，上述氣相由上述至少一個網籃的一個區域(3a-3d)流動至下一個區域(3b-3e)，或者由一個網籃(3a-3d)流動至下一個網籃(3b-3e)。
38．根據權利要求29的方法，其特徵在於包括以下步驟-在上述交換柱內同軸地設置至少一個網籃(3a-3c)，用於盛填料(4)，所述的網籃帶有相對的、最好是平板的透氣的側壁(19，20)，限定第一和第二自由空間(21，22)，它們彼此相對，位於上述交換柱的內壁(2a)和網籃的上述側壁(19，20)之間；-設置裝置(19a，20a，23)用於使至少上述氣相的主要部分通過上述至少一個網籃(3a-3c)流動，由上述第一自由空間(21)至上述第二自由空間(22)或繞另一條路。
39．根據權利要求38的方法，其特徵在於上述至少一個網籃被分割成多個相鄰疊置的區域(3a-3c)，上述用於使至少上述氣相的主要部分通過網籃流動，由上述第一自由空間(21)至上述第二自由空間(22)的裝置(19a，20a，23)設置在各上述區域(3a-3c)內。
40．根據權利要求38和39的方法，其特徵在於至少一個上述網籃側壁(19，20)在上述至少一個網籃(3a-3e)的頂端，或相應在每個區域(3a-3c)的頂端具有預定長度的不透氣部分(19a，20a)。
41．根據權利要求38至40任何一項的方法，其特徵在於還包括以下步驟-設置用於上述自由空間(21，22)的不透氣關閉裝置(23)，設置在上述至少一個網籃(3a-3c)或相應每個上述區域(3a-3c)的第一和第二自由空間(21，22)內。
42．根據權利要求41的方法，其特徵在於包括以下步驟-設置不透氣擋板(23)，位於相應上述區域(3a-3c)的上述第一自由空間(11)的底端或頂端。-設置不透氣擋板(23)，位於相應上述區域(3a-3c)的上述第二自由空間(22)的頂端或底端。
43．根據權利要求31或38的方法，其特徵在於上述至少一個網籃(3a-3e)具有不透氣蓋子(7)，位於其頂端。
44．根據權利要求38的方法，其特徵在於包括以下步驟-設置多個網籃(3a-3c)用於盛填料(4)，所述的網籃在上述交換柱內同軸地疊置。
全文摘要
在填充型交換柱內進行液相和氣相之間物質轉移的方法,交換柱具有外殼,用以容納至少一個填料盛籃,上述兩相通過它時引起產生反向形式的流動,該方法包括以下步驟:通過網籃的透氣表面供給氣相至上述至少一個網籃,網籃的透氣表面大於網籃的橫截面,氣相最好主要沿徑向流動。
文檔編號B01J8/04GK1291912SQ99803324
公開日2001年4月18日 申請日期1999年2月23日 優先權日1998年2月25日
發明者埃爾曼諾·菲利皮 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司