纤维床组件和用于该纤维床组件的纤维床.pdf

本发明涉及纤维床组件和用于该纤维床组件的纤维床。用于除雾器的纤维床组件，该纤维床组件的工作效率高，并且能防止再夹带的液体离开除雾器。该纤维床组件的结构有利于纤维床收集的液体快速排出。在主收集介质的上游可以用预过滤介质，以除去较大的液滴。预过滤介质可与其他特征进行特定的组合使用，以减少液体再夹带和/或允许增加流动能力。

1.  一种用于纤维床除雾器的纤维床组件，该纤维床除雾器用于从运动的气流中除去浮质和/或润湿的可溶性固体，所述纤维床组件包括：
纤维床支承件，该纤维床支承件具有限定上游空间和下游空间的壁，该壁包括位于其中的开口，以允许气流从上游空间总体上自由地穿过该壁运动到下游空间；
纤维床，该纤维床由纤维床支承件支承，并总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床，纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质下游侧的排液介质，排液介质包括沿着纤维床的高度设置的通道条，通道条设置成限定重叠区，在重叠区中，一个通道条与相邻的一个通道条重叠。

2.  如权利要求1所述的纤维床组件，其特征在于，排液介质还包括一般位于通道条下游侧的排液层。

3.  如权利要求2所述的纤维床组件，其特征在于，排液层基本上在纤维床的整个高度上延伸。

4.  如权利要求1所述的纤维床组件，其特征在于，排液介质包括排放条，排放条的一部分位于通道条之间的重叠区中。

5.  如权利要求4所述的纤维床组件，其特征在于，至少一些通道条的下端设置在排放条的一部分的上方，由此，从通道条中排出的液体被接收到排放条中。

6.  如权利要求5所述的纤维床组件，其特征在于，排液介质包括至少一个排液层，该排液层基本上在纤维床的整个高度上延伸；排放条的一部分与垫子接合。

7.  如权利要求4所述的纤维床组件，其特征在于，具有多个排放条，该多个排放条具有设置在相邻通道条之间的重叠区中的部分。

8.  如权利要求7所述的纤维床组件，其特征在于，通道条由这样的材料制成，该材料的克服液相的气相阻力的残余饱和度(Rv)小于它的克服液相重力排液的残余饱和度(Rg)。

9.  如权利要求8所述的纤维床组件，其特征在于，通道条的Rv约等于纤维收集介质的Rv。

10.  如权利要求8所述的纤维床组件，其特征在于，排放条的Rv大于Rg。

11.  如权利要求8所述的纤维床组件，其特征在于，通道条包括薄的针刺纤维床，该纤维床由平均直径约3-20微米的纤维制成，并形成基本上一致的约85％到98％的床空隙率。

12.  如权利要求1所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括一般位于纤维收集介质下游侧并一般位于该下游侧底部的挡板，该挡板适于阻挡要经过该挡板的气流，并且所述纤维床组件包括位于挡板下游侧、用于从纤维床底部排出液体的排放垫片。

13.  如权利要求12所述的纤维床组件，其特征在于，挡板一般位于排液介质的下游侧。

14.  如权利要求12所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括位于下游空间中的再夹带液体收集构件。

15.  如权利要求14所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件包括网垫。

16.  如权利要求15所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件还包括一般位于网垫下游的折流板装置。

17.  如权利要求14所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件包括折流板装置。

18.  如权利要求12所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状；下游空间至少部分位于管状纤维床的内部，纤维床组件还包括位于管状纤维床内部、管状纤维床上端部和下端部之间的下游空间中的再夹带液体收集构件，从而通过纤维床到达下游空间的一部分气流随后通过再夹带液体收集构件，而通过纤维床到达下游空间的一部分气流不通过再夹带液体收集构件。

19.  如权利要求18所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件总体为圆盘形，并将管状纤维构件内部的下游空间的下部与管状纤维床内部的下游空间的上部分开。

20.  如权利要求18所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括位于纤维床下游的排液插件，排液插件延伸的距离小于纤维床的整个高度。

21.  如权利要求20所述的纤维床组件，其特征在于，排液插件包括至少一个排液插件层和用于保持该排液插件层的支承件。

22.  如权利要求12所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括位于纤维床下游的排液插件。

23.  如权利要求1所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状；下游空间至少部分位于管状纤维床的内部，纤维床组件还包括位于管状纤维床内部、管状纤维床上端部和下端部之间的下游空间中的再夹带液体收集构件，从而通过纤维床到达下游空间的一部分气流随后通过再夹带液体收集构件，而通过纤维床到达下游空间的一部分气流不通过再夹带液体收集构件。

24.  一种用于纤维床除雾器的纤维床组件，该纤维床除雾器用于从运动的气流中除去浮质和/或润湿的可溶性固体，所述纤维床组件包括：
纤维床支承件，该纤维床支承件具有限定上游空间和下游空间的壁，该壁包括位于其中的开口，以允许气流从上游空间总体上自由地穿过该壁运动到下游空间；
纤维床，该纤维床由纤维床支承件支承，并总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床，纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质上游侧的预过滤介质，预过滤介质包括一层纤维收集介质和一般位于纤维收集介质和纤维收集层之间的排液介质。

25.  如权利要求24所述的纤维床组件，其特征在于，纤维收集介质由纤维收集材料条形成，排液介质暴露在相邻的纤维收集材料条之间，以将由纤维材料收集条收集的液体排到纤维床的上游侧。

26.  如权利要求25所述的纤维床组件，其特征在于，纤维材料收集条设置成限定重叠区，在该重叠区中，一个纤维材料收集条与相邻的一个纤维材料收集条重叠。

27.  如权利要求26所述的纤维床组件，其特征在于，排液介质包括排放条，排放条的一部分设置在纤维材料收集条之间的重叠区中。

28.  如权利要求27所述的纤维床组件，其特征在于，排放条的下端位于相邻的纤维材料收集条的重叠区中，并且暴露于纤维床的上游侧。

29.  如权利要求28所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床还包括一般位于纤维收集介质下游侧的后过滤介质。

30.  如权利要求29所述的纤维床组件，其特征在于，后过滤介质包括与纤维收集介质相邻的纤维收集垫，并包括一般关于纤维收集介质与纤维收集垫相对的排液介质。

31.  如权利要求30所述的纤维床组件，其特征在于，纤维收集垫包括纤维材料收集条，该纤维材料收集条沿着纤维床的高度设置，以限定重叠区。

32.  如权利要求31所述的纤维床组件，其特征在于，后过滤排液介质包括后过滤排放条，后过滤排放条的一部分位于相邻的纤维床收集条之间的重叠区中。

33.  如权利要求32所述的纤维床组件，其特征在于，位于重叠区中的后过滤排放条的一部分是后过滤排放条的上部。

34.  如权利要求32所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状；下游空间至少部分位于管状纤维床的内部，纤维床组件还包括位于管状纤维床内部、管状纤维床上端部和下端部之间的下游空间中的再夹带液体收集构件，从而通过纤维床到达下游空间的一部分气流随后通过再夹带液体收集构件，而通过纤维床到达下游空间的一部分气流不通过再夹带液体收集构件。

35.  如权利要求34所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件总体为圆盘形，并将管状纤维构件内部的下游空间的下部与管状纤维床内部的下游空间的上部分开。

36.  如权利要求34所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括位于纤维床下游的排液插件。

37.  如权利要求36所述的纤维床组件，其特征在于，排液插件包括至少一个排液插件层和用于保持排液插件层的支承件。

38.  如权利要求24所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状；下游空间至少部分位于管状纤维床的内部，纤维床组件还包括位于管状纤维床内部、管状纤维床上端部和下端部之间的下游空间中的再夹带液体收集构件，从而通过纤维床到达下游空间的一部分气流随后通过再夹带液体收集构件，而通过纤维床到达下游空间的一部分气流不通过再夹带液体收集构件。

39.  如权利要求24所述的纤维床组件，其特征在于，该纤维床组件还包括位于纤维床下游的排液插件。

40.  如权利要求24所述的纤维床组件，其特征在于，纤维床还包括一般位于纤维收集介质下游侧的后过滤介质。

41.  一种用于纤维床除雾器的纤维床组件，该纤维床除雾器用于从运动的气流中除去浮质和/或润湿的可溶性固体，所述纤维床组件包括：
纤维床支承件，该纤维床支承件具有限定上游空间和下游空间的壁，该壁包括位于其中的开口，以允许气流从上游空间总体上自由地穿过该壁运动到下游空间；
纤维床，该纤维床由纤维床支承件支承，并总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床，纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质下游侧的排液介质，纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状；下游空间至少部分位于管状纤维床的内部；
至少部分位于管状纤维床内部的下游空间内的再夹带液体收集构件。

42.  如权利要求41所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件位于管状纤维床的上端部和下端部之间，从而通过纤维床到达下游空间的一部分气流随后通过再夹带液体收集构件，而通过纤维床到达下游空间的一部分气流不通过再夹带液体收集构件。

43.  如权利要求42所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件总体为圆盘形，并将管状纤维构件内部的下游空间的下部与管状纤维床内部的下游空间的上部分开。

44.  如权利要求41所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件位于管状纤维床内部、在使用中气流速度低于约700英尺/分钟的位置处。

45.  如权利要求44所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件位于管状纤维床内部、在使用中气流速度在约400和700英尺/分钟之间的位置处。

46.  如权利要求41所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件包括网垫和折流板装置中的至少一个。

47.  如权利要求46所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件既包括网垫，又包括折流板装置。

48.  如权利要求47所述的纤维床组件，其特征在于，网垫位于在使用中气流速度低于约700英尺/分钟的位置处，折流板装置位于气流速度低于约1,500英尺/分钟的位置处。

49.  如权利要求41所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件位于在使用中气流速度低于约1,500英尺/分钟的位置处。

50.  如权利要求49所述的纤维床组件，其特征在于，再夹带液体收集构件位于在使用中气流速度在约900和1,500英尺/分钟之间的位置处。

纤维床组件和用于该纤维床组件的纤维床
技术领域
本发明总体上涉及用于从气流中分离液体微粒(其中溶解或者悬浮有或者没有固体)的改进的纤维床组件。更具体地，本发明涉及具有改进的防止已收集的液体再夹带的能力的纤维床组件。
背景技术
在必须从气体或者蒸汽(下面以及权利要求书中总称为＂气体＂)流中除去(特别是小于3微米的)浮质的场合，除雾器已经获得了广泛应用。这些除雾器包含纤维床，气流通过它们实现分离。一些更经常应用除雾器的场合包括在制酸过程中消除酸雾例如硫酸雾、例如在制造聚氯乙烯地板或者墙面涂料时消除增塑剂雾、消除从硝铵造粒塔中散发的水溶性固体浮质。在消除润湿的可溶性固体浮质时，利用浇湿的纤维床或者在纤维床之前喷入到气流中的液体例如水的喷雾，把收集的固体微粒溶解在纤维床内部的液体中，或用该液体将固体微粒洗去。
已收集的液体从纤维床的下游表面被再夹带常常导致一些问题。这些问题可以包括下面的任何一种或者几种：污染下游的工艺设备、降低产品纯度、腐蚀管道系统，在某些情况下，还难于达到排放要求。纤维床分离器中的再夹带可能起因于两种机理。由于液体向下通过纤维床和/或它的下游表面排出，因此移动的气流可以使一些正在排出的液体中断，或者说使下行的液体流起泡，并且在气流中被再夹带成微滴。在垂直排列的纤维床的底部，这一问题特别严重，这是因为纤维床收集的所有的液体必定排到底部，并且由于作用在液体上的气相阻力，因此从实际的观点出发，所述液体必定被排到纤维床底部的下游表面外。在积聚最多的排放物出现的这个分离位置处，气相阻力可以导致正在排出的液体起泡、＂分散＂、喷射或者破裂。当这些气泡破裂时，会形成大至亚微米尺寸的碎片或者微滴，它们被移动的气流带走，这就是所谓的＂气泡再夹带＂。
第二个再夹带机理被称为＂床再夹带＂，在床中气体速度太高使得在整个纤维床中作用在排放液体上的气相阻力在纤维床下游排放表面上造成起泡、分散、喷射和破裂时，出现“床再夹带”。因此，在给定的纤维床中和在恒定的液体负荷下，随着床中气体速度的增加，逐渐达到气泡再夹带的起始点。这首先出现在纤维床的底部、收集介质的排气表面上。随着床中气体速度的继续增加，再夹带开始出现在纤维床上的较高位置，直到速度仅小幅增加时，再夹带出现在纤维床的基本上整个排气表面上。这一般被称为完全溢满状态。
之前已有人试图防止再夹带，并通过从纤维床中除去收集的液体和可溶性固体而在较干的条件下操作纤维床。在一个例子中，管状的纤维床由两个或更多的较短的部段形成，这些部段一个堆在另一个顶上，从而形成纤维床。在两个相邻的堆叠的部段之间安放金属板，以形成隔板，从而阻止液体从一个部段进入相邻的下方的部段，并使液体沿径向流动离开部段(并流出纤维床)。然而，在这一配置中，液体会流出纤维床，到达纤维床的排放(即下游)面。在这个位置处，液体被再夹带的机会增加。另外，在纤维床的部段和金属板之间很难保持必要的气封，从而难以避免气体在该部段和相邻的金属板之间走旁路。
发明内容
在本发明的一个方面，用于从运动的气流中除去浮质和/或润湿的可溶性固体的纤维床除雾器的纤维床组件一般包括纤维床支承件，该支承件具有限定上游空间和下游空间的壁。该壁上有开口，以允许气流从上游空间总体上自由地穿过该壁运动到下游空间。纤维床由纤维床支承件支承，并且总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床。纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质下游侧的排液介质。排液介质包括沿着纤维床的高度设置的通道条，通道条设置成限定重叠区，在重叠区中，一个通道条与相邻的一个通道条重叠。
在本发明的另一方面，纤维床组件一般包括一般如前段所述的纤维床支承件。纤维床由纤维床支承件支承，并且总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床。纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质上游侧的预过滤介质。预过滤介质包括一层纤维收集介质和一般位于纤维收集介质和纤维收集层之间的排液介质。
在本发明的又一方面，纤维床组件一般包括一般如前段所述的纤维床支承件。纤维床由纤维床支承件支承，并且总体上盖住壁上的开口，从而当气流从上游空间运动到下游空间时会通过纤维床。纤维床包括纤维收集介质和位于纤维收集介质下游侧的排液介质。纤维床的形状一般是具有上端部和下端部的管状。下游空间至少部分位于管状纤维床的内部。再夹带液体收集构件至少部分位于管状纤维床内部的下游空间内。
其他目的和特点中的一部分是显而易见的，一部分将在下文指出。
附图说明
图1是除雾器的透视图，它的储罐的一部分被剖开，以显示出根据本发明的原理构造的除雾器的纤维床组件；
图2是纤维床组件的放大的透视图，它的一部分被剖开，以显示出内部结构；
图3是图1的除雾器的放大的局部纵剖面简图，该剖面取自纤维床组件的顶部；
图4是类似于图3的放大的局部剖面示意图，但该剖面取自纤维床组件的底部；
图5是另一个实施方式的纤维床组件的放大的局部剖面示意图，该剖面总体上取自纤维床组件的底部；
图6是除雾器的透视图，它的储罐的一部分被剖开，以显示出另一种结构的纤维床组件。
在全部附图中，相应的参考标记表示相应的部件。
具体实施方式
现在参考附图，尤其是图1，除雾器(总体以1标识)可以放在气流的流动管线上，以从气流中除去浮质和/或润湿的可溶性固体。该除雾器特别适用于含有要从其中除去的液体浮质(尤其是，但是不局限于亚微米尺寸的液体浮质微粒)的气流中。除雾器1包括具有可拆下的盖子5的储罐3，盖子5密封地附装在储罐上，以封闭储罐的顶部开口。储罐3内部的环形安装板7将储罐分成上腔9和下腔11。气流可以仅通过环形安装板7的中心孔13，从下腔11流到上腔9。储罐3包括用于将携带浮质和/或润湿的可溶性固体的气流接纳到储罐下腔11内的气流进口15，和过滤过的纯气流的出口17，该出口17与储罐内的上腔9流体相通，从而允许过滤过的纯气体流出除雾器1，流到排气设备或其他处理设备(未显示)。
总体标识为19的纤维床组件位于储罐3的下腔11内，总体为管形，且具有封闭的底部和开口的顶部。滤床组件19密封地安装在安装板7上，使得滤床组件的顶部开口与安装板的中心孔13对正。除非通过纤维床组件19，否则气体无法从下腔11流到上腔9。安装板7支承着储罐3内部的滤床组件19，使得滤床组件从安装板垂下。纤维床组件19从排到储罐3底部的气流中除去比例很高的浮质和/或润湿的可溶性固体。靠近储罐3底部的外部排放管21用于排出在储罐底部收集的液体和/或润湿的可溶解并且已溶解的固体。
图1所示的除雾器1是顺流式或者＂挂式＂除雾器。已知还有其他结构的除雾器，例如逆流或＂立式＂除雾器或者平床除雾器(未显示)，在逆流或＂立式＂除雾器中，气体从元件的中心流到外面。此外，还可以使用同轴的纤维床组件，它们具有同轴的顺流和逆流的纤维床。本发明可用于包括上述所有除雾器的多种形式的除雾器。
现在参考图2，顺流除雾器1的纤维床组件19包括排放腿25，它位于储罐3的底部的上方并与该底部间隔开。排放腿25包括排放管25A、环形底板25B、和贯穿排放管并且开口于底板上的通道25C。通道25C通向储罐3，以排放所收集的、由纤维床组件19从气流中除去的液体和微粒。在储罐3底部收集的液体和润湿的或者溶解的可溶性固体通过排放管21排放。储罐3底部的液位形成气封，以允许在纤维床组件19中收集的液体通过排放管25A排到储罐的底部。
总体分别用27和29标识的内层筛网和外层筛网从底板25B向上延伸到安装板7，并且径向隔开地同轴布置。在如图所示的实施方式中，内层和外层筛网27、29共同构成壁，该壁将位于内层筛网27内的芯部内部(下游)空间31与位于储罐3内但位于内层筛网27外的外部(上游)空间33分开。不难理解，该壁可以用其他方法来构造(例如，仅有单个筛网或者没有筛网)，而不会脱离本发明的范围。内层和外层筛网27、29一般是网孔结构，以便它们都限定出相对较大的孔，从而允许气流一般能自由地通过芯部内部空间31和外部空间33之间的内层和外层筛网。筛网27、29与位于环形安装板7顶侧的环形凸缘34相连。环形凸缘34连接到安装板7，并且支承筛网27、29和排放腿25。在所示的实施方式中，内层筛网27、外层筛网29和环形凸缘34构成纤维床支承件。不难理解，也可以使用其他的用于支承纤维床的结构，而不会背离本发明的范围。
纤维床组件19的纤维床(总体标识为35)位于内层和外层筛网27、29之间的径向空间中，并基本上充满该空间，且盖住筛网上的孔，以便气流必须通过纤维床才能从环绕纤维床组件的外部空间33流到纤维床组件内部的芯部内部空间31(见图1)。纤维床35一般呈管形，并且在相对端部用本领域普通技术人员已知的方式可操作地密封安装到安装板7和排放腿25的底板25B上，以便气体在从储罐3内的外部空间33流到芯部内部空间31时不会绕过纤维床。
现在参考图3和4，纤维床35示出为包括纤维收集介质39和纤维排液介质41(两个参考数字总体标识它们的对象)。纤维收集介质39由合适的材料形成，例如由平均直径约为0.5-15微米的随机分布的纤维形成的非垫式床，该床被压缩到大约85％到98％的基本一致的床空隙率。随机的纤维由附加的网筛(未显示)支承。作为另一个例子，纤维收集介质39可以是针刺的(needle-punched)由平均直径约为0.5-15微米的纤维形成的垫子，该垫子形成约85％到98％的基本一致的床空隙率，并且该垫子不需要附加的筛网支承件。附图将纤维收集介质39示出为这样一种针刺的垫子，该垫子基本上在纤维床组件19的整个高度上延伸。纤维收集介质39可以由多张这种垫子形成(未显示)。松散的纤维可以压在相对的支承件27、29之间，从而形成纤维收集介质。另外，纤维收集介质还可以具有在2005年1月7日提交的序号为11/031,820的共同转让的美国申请中所给的那种缠绕结构，该申请公开的内容引用在此作为参考。为简化视图，纤维收集介质39示出为单张垫子。
图3和4中的箭头指的是气流通过纤维床组件19的流向。图3和4示意性地图解说明了各个部分，以显示纤维床35的构造。纤维床35和内层筛网27之间所示的间隙以及纤维床的其他构件之间的间隙不会存在于纤维床的实际结构中。然而，为了容易、清楚地展示不同的构件和所收集的液体的通道，将它们显示了出来。在本说明书中，＂下游侧＂和＂上游侧＂是基于气流流过纤维床组件19的法线方向表示的各部件的总体相对位置。这两个术语不要求各构件彼此接触，甚至不要求各构件彼此直接相邻(即可以存在插入的结构)。
排液介质41包括沿着纤维床35的高度排列的通道条45。通道条45包括位于纤维床35的顶部和底部的端部通道条，它们呈环形并围绕纤维床延伸。端部之间的通道条45可以由单根长材料围绕内层筛网27螺旋缠绕而成。在本发明范围内，其他配置也可以。例如但不限于，可用多根长材料来形成螺旋缠绕部，或者各排放条也可以是单独的、沿圆周缠绕的材料段。为了叙述本发明，螺旋缠绕部的每一圈都被当成一个＂通道条＂。此外，各个＂条＂可以由多层材料形成(未显示)。在所示的实施方式中，所有的通道条45都被安排成限定出重叠区(总体标识为47)，在重叠区中，其中一个通道条与一个相邻的通道条重叠。一种适合作通道条的材料可以是例如薄的针刺的纤维床，该纤维床由平均直径约3-20微米的纤维制成，并形成基本一致的约85％到98％的床空隙率。纤维平均直径和床空隙率最好按如下方式选择，即在设计的气体速度和浮质负荷下，介质中不会充满所收集的液相，并且介质的克服液相的气相阻力的残余饱和度Rv小于克服液相重力排液的残余饱和度(Rg)。克服气相阻力的残余饱和度(Rv)是下述特征的量度，即在气体按设计规范流过介质时——此时气流倾向于沿气流方向将液体推出介质，介质将液体(和/或可溶性固体)保持在它里面的能力。克服重力流动的残余饱和度(Rg)是介质克服地心引力保持液体(和/或可溶性固体)的趋势的量度。这些残余饱和度特征和测定它们的方法被公开在美国专利No.4,086,070中，该专利公开的内容被引用在此作为参考。
排液介质41具有一般位于通道条45下游侧的附加构件。在所示的实施方式中，排液介质包括多个一般彼此重叠地铺设并且沿纤维床35的整个高度延伸的全长的排液层49或者垫子。不难理解，排液层49也可以有其他结构，包括没有排液层、具有任何数目的这种排液层(包括仅有单层)、或者排液层分别延伸小于纤维床35的完整高度。环形挡板50从凸缘34向下伸出，它有利于与纤维床35在顶端形成密封，从而防止气体绕过过滤床。内层筛网27通过焊接连接到挡板50上。排液介质41还包括排放条51。排放条51的一部分位于由通道条45限定的重叠区47中，并插在重叠区中相邻的、重叠的通道条之间。举例来说，排放条51的材料可以是由以化学的方式粘合的平均直径约20-35微米的纤维形成的纤维床，该纤维床形成基本一致的约85％到99％的床空隙率。纤维平均直径和床空隙率优选按如下方式选择，即让介质的克服液相的气相阻力的残余饱和度大于克服液相重力排液的残余饱和度(即Rg<Rv)。排液层49可以由与排放条51相同或者不同的排液材料组成。
排放条51可以在缠绕通道条45的同时通过螺旋缠绕在内层筛网27上而形成。在此情况下，每圈螺旋限定出一根排放条51。也可以使用形成排放条51的其他方法，而不会脱离本发明的范围。尽管排放条51示出为高度仅仅略高于通道条45，但是一根或多根排放条可以从它露出各重叠区47的位置一直伸到纤维床35的底部。
由于有这样的结构，因此每根通道条45的下端53都被安排在其中一根排放条51的一部分的上方，以便排出通道条的液体直接流到排放条上。类似地，每根排放条51的下端55一般位于相邻的下方排放条的一部分的上方。液体可以从每根排放条51滴到该排放条下游侧上的相邻的排液层49上，或者从该排放条的下端55离开该排放条，从而滴到下一排放条。该结构有助于防止液体积聚在通道条45中。结果，纤维收集介质39工作时，其内部的空隙空间中仅有少量液体。本发明的这一实施方式的优点之一是纤维床35收集的液体和/或可溶性固体的再夹带减少。在获得这一优点时，通过除雾纤维床组件19具有相对较小的压降。此外，因为纤维收集介质39在较干的条件下工作，所以亚微米微粒的收集效率得以提高。
参照图4，纤维床组件19还包括附加的排液插件(总体以59标识)。该排液插件位于纤维床35的底部附近，并向上延伸纤维床的约1/3高度。在该实施方式中，排液插件59的顶端可以位于纤维床35的约1/3到1/2的高度处。在本发明的范围内，排液插件的高度和定位可以有所不同。排液插件59包括支承筛网61和两张由排液材料制成的垫子63。不难理解，在本发明的范围内，可以使用一张垫子63或者两张以上的垫子。举例来说，垫子63的排液材料可以是由纤维通过化学方式粘合的纤维床，所述纤维具有约20-35微米的平均直径，并且纤维床形成基本一致的约85％到99％的床空隙率。纤维平均直径和床空隙率优选按如下方式选择，即让介质克服液相的气相阻力的残余饱和度大于克服液相的重力排液的残余饱和度(即Rg<Rv)。支承筛网61一般具有与内层和外层筛网27、29相同的结构，只不过它的高度较短。在本发明的范围内，所用垫子的数目可以不是两块。在纤维床35的底部——在该位置处需要处理从纤维床上方较高位置排出并且收集在纤维床下部的液体的较高液体流量——附近，排液插件59提供了显著的附加排液能力。如果纤维床35的纤维收集介质39的下部包含低充填密度区域，那么排液插件59的另一个优点就得以实现。在此情况下，排液插件59会有助于减少因优先流过收集介质39中的低充填密度区域的气体速度较高而引起的局部再夹带。
仍参照图4，环形挡板67在排液层49的下游侧靠着内层筛网27从底板25B向上伸出。内层筛网27通过焊接连接到挡板67上。挡板67是致密的，并阻挡沿径向通过它的气流。位于挡板67下游侧的一般为圆盘形的排放垫片69从底板25B向上延伸到挡板的顶端上方。例如，排放垫片69的高度可以为挡板67的大约两倍。在所示的实施方式中，排液插件59靠在排放垫片69的顶部上。排放垫片由合适的材料制成，例如丝径为0.011英寸、密度为5到12磅/立方英尺的不锈钢丝网。液体易于聚集在纤维床35内和纤维床底部附近的排液介质41内。在满溢状态下，气流可以把液体向内推入下游芯部内部空间31，从而可能导致在气流中出现再夹带。然而，排液插件59和排放垫片69阻断了溢出挡板67顶部的这一径向液流。当液体在排液插件59和排放垫片69内部下移到与挡板67正对时，液体与径向气流隔开，从而液体能排到排液插件和排放垫片的底部，而不是被再夹带在气流中。包含挡板(或称＂折流板＂)的类似结构被展现在美国专利No.4,053,290中，该专利公开的内容被引用在此作为参考。
作为防止再夹带的附加防护装置，再夹带插件(概括地说，“再夹带液体收集件”)可以从通用的冲击装置系列中选择，该冲击装置至少部分位于纤维床组件19的芯部内部空间31内。在图1-4所示的实施方式中，再夹带插件是网垫73。网垫73位于纤维床35的从顶部向下约1/3的距离处，并将芯部内部空间31分成上部和下部。穿过纤维床35在网垫73下方或网垫处进入内部空间的气体在通过中心孔13进入上腔9之前，必须通过网垫。在一个实施方式中，网垫由11密耳的金属丝制成，并且密度约为5到12磅/立方英尺。在所示的实施方式中，网垫73约3到6英寸厚。网垫可以是平纹网垫(如图所示)或者共同编织的网垫(未显示)。共同编织的网垫具有与主金属丝网细丝编织在一起的较细的纤维。当在这里的权利要求中使用时，“网垫”可以是平纹网垫、共同编织的网垫或者其他多孔垫子。
优选地，网垫73在纤维床组件19的内部位于气体芯部速度在约400到700英尺/分钟(fpm)范围内的位置处。共同编织的网垫(未显示)一般在较低的芯部气体速度下工作。其他位置也可以，但是气体速度低于最大值(例如，低于约700fpm)的位置能保证网垫73的最佳操作，以便在气流通过纤维床35之后，除去在其他情况下可能已经被再夹带在气流中的任何液体。纤维床35的液体最有可能被再夹带的区域是纤维床的下半部。这是因为液体在纤维床35内在重力的影响下向下流动，并且易于积聚在底部。被网垫73捕获的液体可以离开插件，进入排放垫片69，从而通过通道25C离开纤维床组件19。优选地，网垫73产生的附加压紧小于1英寸水柱。纤维床35底部的背压的轻微增加有望迫使一些附加的气流流过纤维床的在操作中往往保持较干的上部。因此，再夹带总体上较少出现，这是因为在较湿条件下运行的包括纤维床底部的下部，气流较少，而在在较干条件下工作的纤维床的上部，气流较多。
除了网垫73之外，或者作为它的替代物，再夹带插件可能还包含波纹板(chevron)(或者折流板设备)。图形6示出了结构与除雾器1基本相同的除雾器1′，只不过除网垫73′之外，还用到了波纹板75′。除雾器1′的与除雾器1的部件对应的部件用相同的参考数字表示，只是后面加上“′”。波纹板75′包括一系列通过挂搭结构连接在一起的一般为波纹板形的折流板，并且一般是类似于网垫的盘状。在本发明的范围内，其他形状的波纹板也可以。例如，折流板的间距可以在0.75到4英寸(19到102mm)之间。波纹板75′最好位于纤维床的芯部区31′内、气体芯部速度在约900到1,500英尺/分钟之间的位置处。在一般情况下，越经波纹板的压降可为0.1到2英寸水柱(2到50毫米水柱)。波纹板75′位于芯部内部空间31′内、网垫73′上方，并与该网垫隔开。网垫73′和波纹板75′的组合允许较高的芯部工作气速，并且有利于从气流中除去更多的较小的微粒。不难理解，网垫73′可以安放成紧靠波纹板75′，虽然这会将网垫放在它的最佳的芯部气速操作范围之外。在此情况下，网垫73′将充当波纹板75′的预过滤器或者预凝聚过滤器。
现在参考图5，如图所示，本发明的第二实施方式的纤维床组件119包括由内层筛网127和外层筛网129形成的纤维床支承件、以及纤维床135(所有的参考数字总体上表示它们的对象)。第二实施方式的纤维床组件119的与第一实施方式的部件对应的部件将用相同的参考数字加“100”表示。纤维床135包含纤维收集介质139，纤维收集介质139可以用与针对第一实施方式的纤维收集介质所述的方法基本相同的方法形成，并且在图中表示为单张纤维材料垫。纤维床135还包含位于纤维收集介质139上游侧的预过滤介质(总体用140标识)和位于纤维收集介质下游侧的后过滤介质(总体用141标识)。
在所示的实施方式中，预过滤介质140优选构造成用于从气流中除去较大的微粒(例如，数量级为1微米或者更大)。因此，较大的微粒根本到不了主纤维收集介质139，从而使主纤维收集介质保持较干。预过滤介质140包含共同形成纤维收集层的纤维收集条142。预过滤介质140还包括共同形成排液层的排放条144。纤维收集条142由合适的材料例如针刺的纤维床制成，该纤维床由平均直径约3-20微米的纤维制成，并形成基本一致的约85％到98％的床空隙率。纤维平均直径和床空隙率最好按如下方式选择，即在设计的气体速度和浮质负荷下，介质不会溢满所收集的液相，并且纤维收集条142的克服液相的气相阻力的残余饱和度小于克服液相的重力排液的残余饱和度(即，Rv<Rg)。纤维收集条142中的纤维收集材料从气流中除去液体微滴。气流的流向由图5中的箭头表示。排放条144由合适的材料制成，例如化学粘合的纤维床，该纤维床由平均直径约20-35微米的纤维形成，并形成基本一致的约85％到99％的床空隙率。纤维平均直径和床空隙率优选按如下方式选择，即让介质的克服液相的气相阻力的残余饱和度大于克服液相的重力排液的残余饱和度(即Rg<Rv)。显示在图5中的纤维床组件119像显示在图1-4的纤维床组件19一样是管状的。然而，图5的结构还应用于其他用途，例如扁平床。
纤维收集条142用于限定重叠区(总体用146标识)，其中，一条纤维材料收集条与一条相邻的纤维材料收集条重叠。不难理解，各个“条”可以由一层或多层材料制成。如图5示意性地所示，各纤维收集条142中有一层。各排放条144的下部位于各自的一个重叠区146中，并且暴露于纤维床135的上游侧。除排放条144之外，排液层还可以包含其他的层(未显示)。这些其他的层可以在纤维床的整个高度上延伸。在使用时，纤维收集条142从气流中捕获液体和润湿的可溶性固体。纤维收集条142与纤维收集介质139相比相对较薄。在纤维收集条142内部气流的影响下，捕获的液体往往会基本水平地移动。液体被转到紧邻的下游排放条144，在这里，液体由于重力作用下移。纤维收集条142和排放条144的下端在各自的重叠区146的下端暴露于纤维床135的上游侧。凝结在纤维收集条142和排放条144中的液体向外滴到纤维床135的上游侧上。由于从介质中滴出的大的微滴往往是优先靠重力被除去，而不是因气体的力而回到介质内，因此液体较少地存在于进入主纤维收集介质139的气流中，从而使它在操作中保持较干。在通过接近于干态操作的纤维床过滤器(不太湿的过滤器)时，气流中的液体和可溶性固体通常很少会被再夹带。
通过促进从纤维收集介质中良好排液，后过滤排放介质141也有助于使纤维收集介质139保持较干。后过滤介质141包括后过滤纤维通道收集条150，相对于主纤维收集介质139，纤维通道收集条150较薄。举例来说，后过滤纤维通道收集条150可以由与预过滤纤维收集条142相同的材料制成。不难理解，预过滤纤维收集条142和后过滤纤维收集条可以用不同的材料来做。虽然各纤维通道收集条150示出为仅具有一层，但是各纤维通道收集条可以包含多层材料。各纤维通道收集条150的下边缘与相邻的后过滤纤维收集条重叠，从而形成重叠区152。后过滤介质141还包含一般位于后过滤纤维通道收集条150下游侧的后过滤排放条154。后过滤排放条154由合适的材料例如与制造预过滤排放条144的材料相同的材料制成。不难理解，预过滤排放条144和后过滤排放条154可以用不同的材料来做。后过滤排放条154示出为包含单层，但在本发明的范围内，也可以使用多于一层。后过滤排放条154的上边缘延伸到由相邻的后过滤纤维通道收集条150形成的重叠区152。纤维通道收集条150和排放条154的下端位于纤维收集介质139的下游。每个都在纤维床135的整个高度上延伸的附加的后过滤排放层156位于后过滤排放条154的下游。然而，也可以省略这些附加的后过滤排放层156，而不会脱离本发明的范围。
在使用中，后过滤纤维材料收集条有助于从主纤维收集介质139的排液表面引导液体。这是因为，后过滤纤维材料通道收集条150的Rv与主收集纤维139的Rv处于同一数量级，并且对于通道条150和主收集纤维139来说，Rv<Rg。液体一般水平移动通过后过滤纤维材料收集条到达相邻的排放条。在排放条中，液体在重力的作用下较竖直地移动到排放条的下端。在这里，液体向外滴到纤维收集介质的下游侧上。允许液体从排放条中滴出有助于避免纤维通道条150、排放条154或者排液层156过饱和。
第一实施方式的纤维床组件19的附加结构例如排液插件59、排放垫片69和再夹带插件73可用于第二实施方式的纤维床组件119。可以使用这些附加结构中的任何一个或者所有。排液插件159的一部分显示在图5中，它包含支承筛网161和位于支承筛网和内层筛网127之间的两张排液材料垫163。图5所示的排液插件159与图4所示的排液插件59的结构相似。
本发明有利于从气流中滤除液体和可溶性固体。在一个实施方式中，装有本发明的纤维床组件的除雾器可以在比过去更高的气流速度和更大的浮质负荷下进行操作。例如，所述除雾器可以在速度大于约50英尺/分钟时进行操作，此时气流的液体浮质负荷大于约100毫克/立方英尺。人们相信，散发的雾减少，润湿的可溶性固体大大地减少。特别的是，在主收集介质中除去气流中的亚微微粒的效率得以提高，这是因为更好的排液和较大微粒的预过滤使得收集介质保持较干。根据布朗漫射机理，较干的收集介质能更好地捕获亚微微粒。预过滤和/或改善的排液防止或者推迟了纤维床溢满情况的出现，因此由于起泡、分散、喷射或者破裂导致的再夹带得以避免。此外，通过捕获来自排液层的排液表面的液体和可溶性固体，排液插件、排放垫片和再夹带插件的使用减轻了溢满情况的影响。此外，只需越经纤维床组件的很小的附加压降即可实现这些改进，因此操作除雾器只需要较少的能量(从而只需较少的费用)。只要不产生多个接头，上述优点即可实现，这些接头必须小心密封，以免气体走旁路。本发明的其他实施方式可以有不同的优点，或者仅包含上述优点中的一部分。
已经对本发明进行了详细的描述，很显然，可以进行修改或变型而不会脱离在所附的权利要求书中限定的本发明的范围或者思想。
在介绍本发明或者它的优选实施方式的元件时，冠词＂一＂、＂一个＂、＂该＂和＂所述＂用于表示有一个或多个元件。术语＂包括＂、＂包含＂和＂具有＂都是包括性的并且意味着除了所列的元件之外，还可能有附加的元件。此外，使用＂上＂、＂下＂、＂内＂、＂外＂和其他方向术语是为了方便，但各元件不需要任何特定的取向。
鉴于上述内容，不难看出本发明的几个目的都得以实现，并且还获得了有利的其他结果。
由于上述结构可以进行多种变化而不脱离本发明的范围，因此包含在上述说明中以及显示在附图中的所有情况都应解释为说明性的，而非限制性的。