鮑爾環類型的填料的製作方法

2023-04-24 11:00:16

專利名稱：鮑爾環類型的填料的製作方法
技術領域：
本發明涉及新式的填料，所述填料在其形狀、尺寸和幾何結構方面與本身已知的鮑爾環類型的填料相似，但所述填料在使用新式的製造方法情況下由尚未用來製造鮑爾環類型的填料的材料製造。
背景技術：
在工藝流程中和在儀器製造中、特別是在用於化學工業的儀器製造中，由不同材料製成的不同幾何形狀的成型體稱為填料，這些成型體用在鬆散的散積料中、特別是用來填充分離柱。在此，由大量填料形成的散積料處於分離柱的穿孔的底部上並且用於在分離柱的內部中提供大的表面，在該表面上在上升的汽相和滴下的液相之間以液膜的形式發生密集的接觸和材料交換，該液膜確定分離效率。為了能夠形成適合於確定的分離任務的散積料，填料必須是足夠輕的和/或具有足夠的機械強度，以便能夠形成所需要高度的散積料床而不折斷，該高度在工業應用中可以為3米和更高。所形成的散積料床應良好地、亦即不提供過高的流動阻力地能夠被上升的汽相穿流，以及填料應具有對相應的分離任務適當的耐熱性和耐化學藥品性。
所謂的「拉西環」屬於最簡單的和最早已知的填料，該拉西環是大約相等高度和直徑的空心圓柱體並且可以由不同的材料、其中特別也由玻璃製成。
除了拉西環之外，存在通常由陶瓷製成的鞍形(例如貝爾鞍)的填料和所謂的鮑爾環，該鮑爾環可理解為空心圓柱體，該空心圓柱體的圓柱體壁通過衝壓或切割部分地用來形成指向空心圓柱體內部的舌或葉片和在圓柱體壁中的相應開口。現有技術的典型的鮑爾環由金屬板製成，該金屬板被衝壓為扁平的板、切成區段並且彎曲成空心圓柱體並且因此在圓柱體壁中具有縫線或縫隙。所謂的高性能環也大多由金屬製成。
由塑料製成的填料視為更新的發展，這些填料的形狀在利用塑料加工的可能性、 如例如注塑可能性的情況下是非常多樣化的。按照所要期待的熱和化學的要求為這樣的填料使用最不同的塑料，這些塑料從簡單的熱塑性塑料如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)直到所謂的高性能塑料，屬於這些高性能塑料的有大量的氟化塑料如聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、乙烯/三氟氯乙烯共聚物(E-CTFE)、乙烯_四氟乙烯共聚物(E-TFE)或在聚合物主鏈中帶有高含量芳族結構單元的塑料。
現有技術是非常構造多樣的。但當考慮填料的不同供應商的產品範圍時，例如德國企業路德維希港的拉西有限公司(Raschig GmbH);馬爾斯費爾德的希根貝格有限公司 (Hilgenberg GmbH);亞琢/艾倫多夫的W海因裡希普瑞姆有限兩合公司(W. Heinrich Prym GmbH&Co.KG);奧伯豪森的恩威馬克工程有限公司(ENVIMAC Engineering GmbH)或英國企業鮑爾環有限公司(PallRing Company Ltd.)的產品範圍，可以獲得良好的最新概況，特別是所有企業也在網際網路上供應其所有產品。
在鮑爾環類型的填料的專利文獻方面，這些填料由於填料幾何結構可以具有與如在本申請中所描述的各填料一定的相似性，並不面面俱到地補充地可以列舉德國專利4853159、德國公開文件DE 2603124和DE 19531151A1、歐洲專利申請EP 0607627A1、美國專利3，266，787和英國專利1385672以及在這些文獻中引用的其他現有技術。
儘管現在供應用於幾乎所有分離任務的填料，但所有這些填料也都具有缺點，這些缺點中許多是材料決定的由常見的金屬製成的填料不能在強腐蝕的環境中使用，或這必須由貴的特殊金屬製造；由陶瓷製成的填料是有折斷危險的或者必須具有相對高的材料厚度，這可能導致填料散積料的高的總重量和導致在分離柱中的高的壓力損失；雖然由塑料製成的填料為高的分離效率設計並且是輕的，但大部分具有有限的熱負荷能力或不能用於分離大量的有機物質，或者這些填料必須由貴的高性能塑料製造，這些高性能塑料中許多具有高含量的滷化物。
玻璃材料例如由於儀表玻璃的良好的熱和化學的穩定性在同時適度的成本時在化學儀器製造中是普遍存在的，該材料至今只非常有限地用於填料，亦即，基本上只用於簡單的圓柱形拉西環或帶有只是低的分離作用的玻璃球，以及用於製造類似張緊彈簧的所謂的威爾遜螺旋或所謂的芬斯克環，該芬斯克環相當於威爾遜螺旋的各個螺旋，其中這些用於特殊應用的特殊填料也可以用在毫米範圍內非常小的尺寸中。發明內容
本發明的任務是創造新的填料，該填料在其分離效率方面相當於已知的由塑料或金屬製成的高性能填料，但是是耐熱和耐腐蝕的，產生帶有少壓力損失的適中重量的散積料並且由成本有利的材料製造。
該任務通過按照權利要求I至15的填料以及一種用於製造這樣的填料的新方法解決，該方法的基本特徵描述在權利要求16至20中。
從以下的說明可得出對於在權利要求書中使用的技術概念的進一步闡述以及本發明的具體的實施形式。
按照本發明創造了具有與已知的鮑爾環類型的填料一定相似性的填料，但由一種適合於儀器製造和與化學藥品接觸的玻璃、特別是一種硼矽玻璃製造，並且這些填料的形狀構造和幾何結構利用玻璃材料所提供的與傳統地對鮑爾環類型的填料使用金屬板不同的可能性。
在此，這樣的填料稱為「鮑爾環類型的填料」，即，該填料的基本形狀是空心圓柱體並且在該填料中圓柱體壁的部分區域用於在圓柱體壁中形成指向圓柱體內部的舌或板條和同時形成窗狀的開口。但在此，常規的由金屬製成的鮑爾環的指向內部的元件通常是有稜角的、只在一側與圓柱體壁連接的直的或稍微彎曲的舌。因為常規的鮑爾環類型的填料通過彎曲預衝壓的金屬板製造，所以它們具有縱向縫隙或接縫。
而在按照本發明的「鮑爾環類型的填料」中，指向圓柱體內部的元件構成為板條狀的並且在兩側、亦即雙側與填料的圓柱體壁連接。板條的形狀反映受熱的玻璃的加工特性、 即是可塑性變形的和表現一定的流動性，這可以以板條的振蕩的、倒圓的形狀表現出來和表現在於，板條的長度不必精確地等於在圓柱體壁中形成的窗狀開口的長度。此外，按照本發明的填料在圓柱體面中不具有接縫。
當按照本發明的填料在說明書和附圖中藉助正圓形圓柱體來闡述時，以及當與按照本發明的填料有關地談及空心圓柱體形狀或簡單的圓柱體形狀時，這不應意味著，填料的基本形狀必須總是正圓形圓柱體。而周向形狀也可以與圓形偏離，例如是橢圓形或也非對稱的。空心圓柱體也不必是正圓柱體，而通過斜切也可以是斜圓柱體，該斜圓柱體與例如斜管通心粉麵食(Penne-Teigware)相似。
當談及半圓柱體時，是指通過沿縱向方向在圓柱體軸線內或平行於圓柱體軸線切割空心圓柱體形成的圓形的、在一側敞開的槽，其中，在這種情況中槽的圓形形狀不必也相當於理想的圓形圓柱體，而是也可以與之偏離，例如可以是橢圓形、拋物線形或也非對稱的。


以下藉助附圖還更詳細地闡述按照本發明填料的五種不同的實施形式。
圖中
圖I示出按照本發明填料的一種簡單的第一基本形狀，該填料帶有兩個相互對置的、朝向圓柱體軸線壓入的板條狀變形的區段和兩個在兩側鄰接在帶有這些區段的區域上的空心圓柱體區段，其中，圖Ia示出整個填料的等軸測視圖，圖Ib示出帶有兩個平行的切口的圓柱體側的正視圖，這兩個切口定義和限定板條區段，圖Ic示出相對於圖Ib轉動了 90°的帶有壓入的板條狀區段的填料的正視圖，以及圖Id示出填料由上方沿圓柱體軸線的俯視圖2示出按照本發明填料的第二實施形式的視圖，該填料帶有兩個分別具有兩個板條狀變形的區段的區域，這些區段在圓柱體壁上相互平行地設置在不同高度中並且在兩側分別由空心圓柱體區段限定，其中，圖2a、2b、2c和2d相應於在圖I中的相應視圖3示出按照本發明填料的第三種實施形式的視圖，該填料帶有兩個具有板條狀變形的區段的區域，這些區段在圓柱體壁上彼此相對位錯90°地設置在不同高度中並且在兩側分別由空心圓柱體區段限定，其中，圖3a、3b、3c和3d相應於在圖I中的相應視圖4示出按照本發明填料的另一種實施形式的視圖，在該實施形式中填料的壁部代替通過空心圓柱體而通過敞開的半圓柱體形成，可以想像該半圓柱體通過縱剖按照圖I 的圓柱形的填料形成；以及
圖5示出按照本發明填料的另一種實施形式的視圖，在該實施形式中填料的壁部代替通過空心圓柱體而通過敞開的半圓柱體形成，可以想像該半圓柱體通過縱剖按照圖2 的圓柱體形的填料形成。
具體實施方式
圖I以四個視圖la、lb、lc和Id示出按照本發明填料I的基本形狀，該填料帶有空心圓柱體2的基本形狀，在該空心圓柱體中板條狀的區段3或者3』通過兩對在圓柱體圓周上相互對置的平行切口 4、4』形成，這些區段在構成弧形振蕩的板條情況下朝向圓柱體軸線壓入到圓柱體的內部中。此外，圓柱體高度H、圓柱體半徑R、圓柱體直徑D以及圓柱形區域的高度S和帶有通過壓入而變形的板條的區域的高度h的附圖標記可由附圖得知。圖 I的附圖標記按照意義也適用於後面的圖2至5，但在那裡不再一次分開地規定。
如特別是在圖Ic中可以看出，通過壓入由於圓柱體壁中的平行的切口 4、4a而形成的板條到圓柱體內部形成弧形的振蕩的板條3或者3』，這些板條在空心圓柱體的內部中形成附加的用於液體的接觸表面和排出面。由此產生在填料內部的短的接觸時間和比在簡單的拉西環中在填料上的液膜的更頻繁的更新。由此在同時小的壓力損失時達到更高的負荷、改善的物質交換、亦即分離柱的改善的分離效率。
填料由玻璃、優選硼矽玻璃如硼矽玻璃3. 3製成，並且這些填料具有高度H，該高度與規定的用途有關地可以處在10至80毫米的範圍內，其中，在化學儀器製造中常見的標準尺寸由用英寸的說明得出並且是25毫米、34毫米和48毫米。
在圖2中在圓柱體高度上有兩個分別帶有兩個相互對置的壓入的板條的區域，其中，這兩個區域的板條基本上相互平行地設置，從而空心圓柱體的壁部劃分為兩個互相對置的常見的壁區段和兩個設置在此之間的分別帶有兩個平行的開口和壓入的板條的壁區段。
在圖3中同樣在圓柱體高度上有兩個分別帶有兩個相互對置的壓入的板條的區域，但這兩個區域的板條彼此相對位錯90°，從而空心圓柱體的壁部劃分為四個分別具有一個帶有一個壓入的板條的開口的壁區段。相對於圖2的實施形式，圖3的實施形式是更對稱的和有更均勻的強度的，但有可能在製造中更複雜。
圖4和5示出以帶有一個板條(圖4)或者帶有兩個平行的板條的半圓柱體5的形式的填料，這些填料可以想像為在中間切開的按照圖I和2的圓柱形的填料，而這些填料實際上不必由這樣的圓柱形填料通過切割產生。
按照本發明的鮑爾環類型的填料由此變得是可得到的，S卩，人們設計一種方法，在該方法中從帶有對所希望的填料尺寸合適的直徑和相應的壁厚的玻璃管出發。
這種的玻璃管可以被弓I導通過切割站，在該切割站上同時在兩側或或在一側接連地給該玻璃管設置沿周向方向的平行的切口對。切口的深度相對於管半徑處在管半徑的10 至90%之間、優選在管半徑的20至60%之間。切割可以通過鋸或優選作為雷射切割或噴水切割進行。然後玻璃管被引導到加熱站中，在那裡玻璃管被加熱到這樣的溫度上，使得玻璃變軟並且變得通過擠壓可變形，以及朝向管軸線擠壓通過平行的切口形成的各區段。然後將玻璃管在帶有切口的區域之間切割成短的部分，使這些部分接著無應力地退火。
同時或接著將填料以短的圓柱形區段的形式火焰拋光，由此切邊和切面熔化並且變平滑和倒圓，這導致顯著提高完成的填料的強度和顯著減少其可腐蝕性。接著將完成的填料冷卻和作為大量貨品包裝。
代替在未切割的玻璃管上進行板條的加熱和壓入，也可以將玻璃管在壓入板條之前在切口之間切割成短的區段並且在已經切割的區段上進行板條的加熱和壓入，對此優選利用壓模加工，在這些壓模中固定經切割的區段，例如在短的半圓柱形的床內。
半圓柱形的填料可以通過切割圓柱形的成型體製造，但這些填料也可以從半圓柱形的玻璃槽出發來製造或通過在壓模中變形單個的玻璃小片，在這些壓模中同時彎曲圓柱體壁和壓入所述一個或多個板條。
權利要求
1.以空心圓柱體(2)或半圓柱體(5)形式的鮑爾環類型的填料(1)，其中圓柱體壁的區段(3)板條狀地朝向圓柱體軸線彎入，其特徵在於，填料完全由耐熱且耐化學藥品的玻璃製成。
2.按照權利要求I所述的填料，其特徵在於，所述耐熱且耐化學藥品的玻璃是硼矽玻璃、優選硼矽玻璃3.3。
3.按照權利要求I或2所述的填料，其特徵在於，所述圓柱體壁或半圓柱體壁的板條狀彎入的區段(3)通過基本上平行的切口(4、4』 )在圓柱體圓周內基本上垂直於圓柱體軸線並且通過位於平行的切口(4、4』)之間的周向區域朝向圓柱體軸線彎入而形成，由此圓柱體(2)或半圓柱體(5)的高度(H)分為兩個或更多個區域以及通過彎入部(3)變形的區域與未變形的圓柱體壁的區域交替。
4.按照權利要求3所述的填料，所述圓柱體壁在完整的空心圓柱體(2)的情況中這樣被切割，使得在一個具有彎入的區段(3)的區域中存在兩個或更多個板條狀的彎入的區段(3、3』)，這些區段均勻地設置在該區域的圓周上。
5.按照權利要求4所述的填料，其特徵在於，在一個具有彎入的區段(3)的區域中設置兩個板條狀彎入的區段(3、3』)，這兩個區段在該區域的圓周上對置。
6.按照權利要求3至5之一所述的填料，其特徵在於，所述圓柱體(2)或半圓柱體(5)的高度(H)分成至少三個區域，以及所述圓柱體(2)或半圓柱體(5)的兩個端部區段由未變形的圓柱體壁的區域形成。
7.按照權利要求6所述的填料，其特徵在於，存在至少兩個具有板條狀彎入的區段的區域，其中，不同區域的彎入的區段相互平行地設置(圖2)或彼此相對位錯地設置(圖3)。
8.按照權利要求I至7之一所述的填料，其特徵在於，所述平行的切口(4、4』)的深度(R-A)佔所述圓柱體(2)或半圓柱體(5)的半徑長度(R)的10至90%。
9.按照權利要求I至6之一所述的填料，通過彎入部(3)形成的所述一個區域或多個區域的高度(h)佔圓柱體(2)或半圓柱體(5)的整個高度(H)的5%至90%、優選佔20%至60%，所述圓柱體或半圓柱體的整個高度由彎入的所述一個或多個區域的高度(h)的總和以及不通過彎入變形的所述一個或多個區域的高度(S)的總和組成。
10.按照權利要求9所述的填料，其特徵在於，彎入部的高度(h)大於不通過彎入變形的區域的高度(S)。
11.按照權利要求I至10之一所述的填料，其特徵在於，板條狀的彎入部(3)形成連貫的板條。
12.按照權利要求I至10之一所述的填料，其特徵在於，板條狀的彎入部基本上平行於圓柱體或半圓柱體的軸線被切開並且形成兩個彎入的舌。
13.按照權利要求I至12之一所述的填料，其特徵在於，所述圓柱體(2)或半圓柱體(5)的高度(H)具有下述的值，該值處在圓柱體直徑(D)的一半至圓柱體直徑(D)的兩倍之間。
14.按照權利要求13所述的填料，其特徵在於，所述高度(H)與圓柱體直徑(D)相等。
15.按照權利要求I至14之一所述的填料，其特徵在於，所述圓柱體(2)或半圓柱體(5)的高度(H)處在10至80毫米的範圍中，優選在20至50毫米的範圍中。
16.用於製造按照權利要求I至15之一所述的填料的方法，其特徵在於，一提供基本上圓形的由耐熱且耐化學藥品的玻璃製成的玻璃管，該玻璃管帶有成對地設置的基本上平行的切口，一橫向於管軸線將該玻璃管切割成短的圓柱形區段，一併且在切割之前使玻璃管或在切割之後使短的圓柱形區段通過加熱可變形，以及朝向管軸線或圓柱體軸線壓入管壁或圓柱體壁的處在平行的切口之間的區段。
17.按照權利要求16所述的方法，其特徵在於，通過退火使玻璃管和/或具有壓入的區域和未壓入的區域的短的圓柱形區段無應力，其中，火焰拋光圓柱形區段的切邊並且接著使所述切邊冷卻。
18.按照權利要求16所述的方法，其特徵在於，通過鋸或雷射切割或噴水切割使玻璃管具備沿周向方向的平行的切口。
19.按照權利要求16至18之一所述的方法，其特徵在於，將玻璃管或短的圓柱形區段在附加的步驟中通過沿縱向方向的切割切成兩個半圓柱形的管部分或圓柱體部分並且製造半圓柱形的填料。
全文摘要
以空心圓柱體(2)或半圓柱體形式的鮑爾環類型的填料(1)，在這些填料中圓柱體壁的區段(3)板條狀地朝向圓柱體軸線彎入並且完全由耐熱且耐化學藥品的玻璃、特別是硼矽玻璃3.3製成。這些填料優選通過切割和變形由玻璃管出發來製造。
文檔編號C03C3/089GK102933295SQ201180027718
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月20日 優先權日2010年4月21日
發明者G·迪希特爾 申請人:德地氏加工系統有限公司