交换塔的填充块料 本发明涉及一交换塔的质量传递装置，更为具体地说，涉及构筑式填充构件，用于促进塔(柱)内流动的各流体流束之间的质量传递。
在多种类型的交换塔中，气流与液流，或者两种液流，彼此接触以实现各流体之间的质量传递(传质，mass trasfer)。在多个情况下，由各波纹板片构成的一些构筑式填充构件用以促进各流体之间的接触以便增进质量传递。这些板片一般平行于塔的轴线设置并配置得以致每一板片的各波纹设置得与塔器轴线成一角度。每一板片的各波纹也与相邻各板片的各波纹成一角度并与之接触而伸展，以便为各流体流束造成一些倾斜的流动渠道。一般地，沿竖直方向伸展的各板片填塞塔器的水平截面，而多层的这些板片可以用来填塞塔器之内所需的铅直尺寸。如果采用多层板片，相邻各层上的各板件彼此相对转动以增进各流束的径向或侧向分布与混合。
为使交换塔中，特别是那些具有较大直径的交换塔中，上述各波纹板片易于制作和装设，成捆或“多块”板片被组装在一起并并列设置以填满塔器的水平截面。每一块料中的各板片以多种方式，诸如围绕各板片作网状捆扎、焊接或插进板片的销钉，固定在一起。各块料一般是六面体的并具有由块料相对于塔器横截面尺寸的大小、塔器的形状和在塔器之内期望地安放位置所确定的不同形状。设置在塔器之内中心处的那些块料通常具有一立方或矩形形状，而靠近塔壁的那些块料的形状将做成符合塔壁的形状。比如，在圆柱形塔器中，外部周边块料将具有一个弯曲的端部或侧面以符合塔器的弯曲形状。块料的弯曲端部依靠使用宽度逐渐变小的各板片制成。在某些块料中，各板片的一端处在一共同的铅直平面之内，而各板片的相反一端形成一曲线以近似塔壁的形状。在其他一些块料中，两端都形成各弯曲表面。
虽然采用填充块料结构大大地简化了交换塔中波纹板片的制作和装设，但这些板片的分离效率，由于相邻各块料的端部之间液流的连通少于所需，会有所损失。由于各蒸汽流从所需的各流动路径上分流并沿着可能形成在相邻各块料的各铅直端部之间的各铅直间隙向上流过，效率会进一步受损。因而对于改进分离效率的一种构筑式填充块料产生了需要。
于是，本发明的一项目的是，提供一种填充块料结构，可减少与采用这种填充块料相关的效率损失。
本发明的另一项目的是，提供一种由各个填充块料建造成的填料床，允许简化装设，而同时又保持塔器的整体效率。
本发明的又一项目的是，为一填充块料提供一种形状，使得可能增大水平方向上各相邻块料之间的液体传递，而且还可变换各相邻块料之间向上流动的蒸汽的路径，以致增进了蒸汽与液体之间的接触。
于是，本发明提供一种用于设置在具有一纵向轴线的一塔器之内的构筑式填充块料。此块料包括多个平行设置的波纹板片。这多个板片形成至少一个端表面，用于贴合一水平方向上相邻块料的端表面。块料的端表面设置得相对于塔器纵向轴线成一角度。
本发明的其他各项目的、各种优点以及各个新颖特性将一部分说明在以下的叙述之中，而一部分，对于本技术领域中的技术人员来说，一旦审视下述内容，将会是显而易见的，或者可以从本发明的实施中获悉。
在构成本说明书一部分并应当与之结合而阅读的各附图中，同样的参照编号用以表明各个视图之中的同样的零部件：
图1是采用本发明填充块料的一质量传递塔的一片断侧视立面图，一些部分予以断离并以剖面表示，以表明结构细节；
图2是一沿着图1直线2-2在水平截面上所取的顶视平面图，一般地表明由本发明各填充块料组成的一层填料床，各块料的下端边沿以虚线表示，而此层的一些部分断离开来以表明下面一层填充块料的结构；
图3是一沿着图2直线3-3在铅直截面上所取的片断侧视立面图，表明多层填料床，每层均由本发明的填充块料组成；
图4是单独一块本发明的填充块料的顶视透视图，填充块料的一面板片断离开来以表明各相邻板片之中各波纹的十字交叉取向；
图5是本发明的填充块料另一实施例的一顶视透视图，块料的一面板片局部断离以表明十字交叉的波纹取向；
图6是一类似于图3的剖面视图，但表明设置在一塔器的一层内的、图5另一实施例填充块料的取向和设置；
图7是一类似于图2的顶视平面图，但表明设置在一层内的、图5另一种填充块料，各块料的下沿以虚线表示，而且一部分断离开来以表明块料下层的取向。
较为详细地参见各图纸并先从图1开始，它表明整体以编号10标示的一交换塔。塔10是一具有一铅直纵向轴线12的大体上圆筒形的结构。一般，在某一质量传递或热交换过程中，通过塔器，一或几种液流向下流动而一或几种蒸汽流向上流动，如图1所示。在塔器10之内设置一构筑式填料床14，此床提供各个表面，在它们上面，某种交换可以发生在向下流动的液体与向上流动的蒸汽之间。填料床14是由多个沿铅直方向设置的层16构成的。每一层16本身又是由多个构筑式填充块料18组成的。
参照图4，每一块料18包括多个大体上平行、沿铅直方向设置的板片20。特别是，每一板片20大体上平行于塔器10的纵向轴线12。每一板片20还具有多个制成在其上的波纹或折皱22。每一板片的各波纹22都大体上相对于轴线12成一角度。其次，在图4断离部分中看得最为清楚，每一板片的各波纹22接触一相邻板片的各波纹并与之成交叉关系。各块料18的各板片20是以任何适当的手段，诸如销钉、螺栓、铆钉、焊接、钎焊或咬合(mesh-banding)等固定在一起的，这在本技术领域中都是为人熟知的。其次，各板片20可以由任何适当的材料，诸如金属板材、陶瓷或聚合物制成，它们都能够承受塔内的各种条件并与各种液流兼容。每一块料18包括大体上水平的上、下表面24、26，大体上铅直的侧表面28、30，以及端表面32、34。取决于所希望的块料18安放状况，一或两个端表面32、34从一下沿36朝向一上沿38大体上向内倾斜。如在图3中看得最为清楚，倾斜的端面32、34大体上导致在铅直截面内具有一梯形形状的块料18。每一端部32和34具有制成在其上的各波纹端部孔口40。具体地说，各孔口40所在之处至少是板片20上某些波纹开始或结束的地方。
参照图2和3，采用块料18的填料床14的结构将予以说明。最好是把块料18设置成各层16。每一层16由并列的各排42块料18构成，如图2中所示。每一排42由以首尾相接的方式设置的块料18构成，如最清楚地示于图3之中。具体地说，每一块料的倾斜端表面32和34啮合于上下反向设置的一相邻块料的倾斜端表面32和34。因此，在每一排42中，各块料18以首尾相接的方式和以交替的侧部反向和上下反向的取向设置。这种取向使得叠置的各倾斜端表面32之间能够吻合并有助于确保它们之间的密切接触。相邻各排的块料也以交替侧部反向和上下反向取向加以设置，如图2中最为清楚地表明，以致交替取向形成在每一排和横向相邻各排之内。这种型式有助于促进向下流动的液体的径向分布更为均匀。在一层16之中靠近塔器10弯曲外壳的各块料18可以专门予以设计，以致塔器的整个横截面由块料18覆盖，如图2中所示。
参照图2和3，沿铅直方向相邻的各层16彼此相对转动一个适当的角度，在此例中是90度，但如需要，可以是其他各个角度。具体地说，参照图2，层16a具有伸展在同一方向上的每一块料18的各板片20。在层16a下面的层16b使其在其各块料中的各板片的每一个都伸展在与层16a中各板片的方向成90度的方向上。因此，在每一层16上面和下面的各层都以此种方式加以转动以形成一交替流动型式。
参照图3，倾斜的端表面32和34的首尾相接配置导致一板块的一倾斜端表面上的各孔口40在铅直方向上居于一相邻板块上各孔口40的上方。这种配置使得向下流动的流体能够比较容易地由于重力而传递到相邻各板块。此外，由于倾斜表面32和34与塔器10纵向轴线12成一角度α，所以，在塔器10内向上流动的蒸汽由于倾斜的各端表面而偏离直接向上的流动。
本发明发现，现有技术的块料的各铅直端表面使得蒸汽在相邻块料之间以阻力最小的路径(平行于轴线12)通过。其次，先前技术各板块的各铅直端表面导致了相邻块料之间的液体沟流(channeling)现象。因此，本发明的带有叠置倾斜端表面32、34的块料18导致在一层之中水平方向上相邻各块料之间确实的流体传递，并有助于防止相邻各块料之间流体的沟流现象。其次，由于在各相邻块料之间流动的蒸汽此时必须与塔器的纵向轴线12成某一角度而流动，蒸汽与液体的接触增加了。因而，使用以图3中所示交替方式设置的带有倾斜端表面的块料会有助于提高塔器的效率。
已经发现，为了易于装设块料18，端表面32、34相对于轴线12的角度α应当在大约15至45度的范围之内。一些较大的角度，虽然比较难以装设，却也合适并可使效率提高更大，因为加大了各端表面的叠置。一些较小的角度，虽然比较容易装设，却可能较少可取，因为由各端表面的少量叠置而效率提高较小。
各板片20中各波纹的倾斜角度也可能限制在较大角度α情况下可达列的效率提高。一般，波纹角度将处在大约15至45度的范围之内，并典型地或是30或是45度。角度α范围的上限因而将通常不超过波纹角度。当然，将会理解，在特定的应用场合下角度α可以超过波纹角度而仍然属于本发明的范围之内。
参照图5至7，其中表明另一种块料结构44。如同块料18，块料44由多个具有波纹22的板片20做成。而且，每一板片的波纹设置成与相邻各板片的波纹成交叉关系，如图5的断离部分所示。每一块料44分别具有上、下表面24、26，以及侧表面28、30。块料44还具有倾斜的端表面46、48。块料44的端表面46和48与彼此相向的、块料18倾斜的端表面32、34相反。具体地说，块料44的一铅直截面大体上形成，一平行四边形，如图6中最为清楚地看出。端表面46、48还具有其上制作的各波纹孔口40。
如图6和7中最为清楚地表明，块料44也分层16设置，各层都由并列的多排42构成。每一排42由多个以首尾相接方式设置以致相邻各块料的倾斜端表面46、48彼此接触的块料44组成。如图5中最为清楚地表明，块料44的每一端表面46、48相对于塔器10的纵向轴线12成一角度β。一块料的一端表面46的各孔口40设置在一相邻块料的一端表面28的各孔口40的上方。因此，再次，此结构使得在塔器10之内向下流动的液体从一层16之内的一块料被传递到一相邻块料。在相邻各排中的块料44彼此相对转动180°，如图7中最清楚地表明，以形成液体比较均匀的径向流动。如同块料18，一层中靠近塔器10外部周边的各块料44可以专门设计，以致塔器10整个横截面由块料44覆盖，如图7中最为清楚地表明。同样，如同块料18，块料44的相邻各层16彼此相对转动，如图7中最为清楚地表明。具体地说，一下层16b相对于一上层16a转动90度。
如同块料18，块料44的各板片可以以任何适当的方式，诸如销钉、螺栓、网状捆扎、焊接或铆钉固定在一起，这在本技术领域中是已知的。同样，如同块料18，块料44的叠置的倾斜端表面46、48允许相邻各块料之间的液体传递和它们的密切嵌套，并可进一步防止在先前技术的块料具有铅直取向端表面时所经常发生的块料之间流体的沟流现象。其次，相邻块料之间的叠置倾斜配合可防止蒸汽在塔器之内相邻块料之间直接向上流动，并因而增大了与向下流的液体接触的可能性。再次，块料44的构造，带有其倾斜的端表面，会提高效率并降低塔器的理论塔板等效高度(HETP)。
如同块料18，相对于纵向轴线12的端表面46、48最佳角度β在大约15至45度的范围之内并可能受到板片20上波纹角度的限制。这一范围使得在塔器之内块料44容易制作和组装。一些较大的角度也可以采用，但比较难以装设。一些较小的角度也可以采用，但对效率的影响较小。
将会理解，使用本发明的块料有可能提高效率出自叠置的倾斜端表面，它们允许水平方向上相邻块料之间液体在重力影响下的竖向传递。这些倾斜的表面还可促进各块料安放得彼此密切嵌套的接触，借以消除多个铅直间隙，它们可以形成在通常的块料之间并使得蒸汽或液体不需要地沿着各间隙流动。虽然本发明已经就图示的梯形和平行四边形形状的块料作了说明，但也可以用其他一些几何形态来提供叠置的倾斜端表面。这些可供代换的形态被包含在本发明的范畴之内。
从前述可见，本发明是一种适宜于达到此前与此结构固有的其他各项优点一起提出的所有结果和目的的一项发明。将会理解，某些零部件和子系统具有通用性并可以无需参照其他零部件和子系统而予以采用这一点由各权利要求予以考虑并属于各权利要求的范畴。由于多个可能的实施例可以由本发明形成而不偏离其范畴，所以应当理解，在此说明或图示于附图之中的所有内容都应解释为例证性的，而并不在于限制意义。