НАСАДОЧНЫЙ ЛИСТ ДЛЯ СТРУКТУРИРОВАННОЙ НАСАДКИ Российский патент 2018 года по МПК B01J19/32 B01D3/26 

Данное изобретение касается насадочного листа для структурированной насадки согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения.

Насадочный лист для структурированной насадки в стандартной форме осуществления представляет собой складчатый материал типа фольги, причем в структурированных насадках последовательно располагают друг за другом несколько насадочных листов. Рисунок гофров в таком насадочном листе образует при этом проточные каналы, проходящие под углом к оси колонны. Такие наклонные проточные каналы оказывают положительное влияние на потоки газовой и жидкостной фазы внутри структурированной насадки, т.е. в этих проточных каналах структурированной насадки приводятся в контакт друг с другом газовая и жидкостная фазы, и тем самым улучшается массообмен между фазами. Наклон соседних листов противоположен друг другу, так что возникает перекрестно-канальная структура.

Для повышения производительности, например, разделительной эффективности, насадочных листов или структурированной насадки обычно увеличивают поверхность насадочных листов или структурированной насадки. К повышению эффективности насадочных листов приводит, в частности, рифление и/или пробивка отверстий. Согласно теории, бороздки служат лучшему распределению жидкости по поверхности, а отверстия или перфорации способствуют к тому же прохождению жидкости с одной стороны насадочных листов на другую. В результате обработки материала типа фольги, например, большей частью при высекании отверстий, возникают, однако, существенные потери материала. Улучшенное распределение жидкости, и тем самым лучшее смачивание насадочного листа обеспечивают лучшее использование имеющейся в распоряжении геометрической поверхности для массообмена. В структурированных насадках улучшение обеспечивается большей частью за счет того, что оптимизируют плотность орошения на единицу длины кромок структурированной насадки, т.е. это соотношение делают максимально большим, чтобы смачивать имеющуюся поверхность.

В US 4,296,050 описан насадочный лист из материала типа фольги. Этот насадочный лист снабжен рифлением в качестве первой тонкой структуры, отверстиями в качестве второй тонкой структуры и имеет складчатую форму поверхности, например, ребра в качестве волнообразного узора. Кроме того, насадочный лист ориентирован таким образом, что складки поверхности направлены под углом к оси колонны.

В EP 0 190 435 A1 описан насадочный лист из тонкого материала типа фольги, поверхность которого структурирована тиснением. При этом высота возвышений и, соответственно, углублений первой тонкой структуры больше, чем толщина материала типа фольги. Эти первые тонкие структуры выполнены в виде сплошных пересекающихся желобков, которые идентичны на лицевой и на обратной сторонах материала типа фольги. Возвышения и, соответственно, углубления первой тонкой структуры, образующие указанные желобки, могут иметь различную форму, например, они могут быть выполнены в форме пирамиды, усеченной пирамиды, конуса, усеченного конуса или сферического сегмента.

Структурированная насадка с расположенными перпендикулярно насадочными листами, которые имеют гофрированную форму и снабжены проходящими поперечно оси колонны рядами расположенных с промежутками отверстий, раскрыта в DE 26 01 890 A1. Насадочные листы при этом расположены в колонне таким образом, что эти листы проходят параллельно оси колонны. Гофрирование выполнено с наклоном относительно оси колонны, причем соседние насадочные листы расположены таким образом, что направления их гофров перекрещиваются. У насадочных листов в плоском состоянии, т.е. без гофрирований, отверстия в лежащих друг над другом соседних рядах смещены друг относительно друга таким образом, что лежащая между каждыми двумя отверстиями самого верхнего ряда линия падения попадает в отверстия нижележащих рядов отверстий.

В EP 1 145 761 B1 описывается упорядоченная насадка колонного аппарата, содержащая насадочные листы из материала типа фольги, снабженные первой и второй тонкими структурами, а также гофрированной структурой. Насадочный лист путем профилирования или тиснения снабжен расположенными попеременно вогнутыми и выпуклыми структурными элементами и имеет вторую тонкую структуру, состоящую из регулярно расположенных проемов, которые выполнены, например, посредством пластической деформации. При этом между центрами соседних вогнутых и, соответственно, выпуклых структурных элементов имеется среднее расстояние a, а между центрами соседних проемов имеется среднее расстояние b, причем среднее расстояние b меньше среднего расстояния a.

Пластическое деформирование для выполнения проемов в насадочном листе, описанном в EP 1 145 761 B1, осуществляется, например, путем шлицевания или тиснения, так что выполнение этих проемов является очень затратным. Кроме того, в случае используемого материала типа фольги речь идет о тянутом металле, обработка которого очень сложна и связана с высокими расходами.

Поэтому задачей данного изобретения является создание насадочного листа, экономичного в изготовлении.

Согласно изобретению эта задача решается посредством насадочного листа с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения, т.е. за счет насадочного листа для структурированной насадки, причем этот насадочный лист содержит множество структурных элементов, и эти структурные элементы выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру, причем между соседними структурными элементами имеется первое расстояние, причем насадочный лист содержит множество выгибов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют вторую тонкую структуру, причем между соседними выгибами имеется второе расстояние, причем указанные структурные элементы и указанные выгибы выполнены без отверстий.

Предпочтительно указанная первая тонкая структура и указанная вторая тонкая структура располагаются на одном и том же месте.

Зависимые пункты формулы характеризуют особенно предпочтительные формы осуществления данного изобретения. Предпочтительные варианты выполнения насадочного листа, образованная из таких листов структурированная насадка, а также колонный аппарат являются предметами других независимых пунктов.

Данное изобретение касается насадочного листа для структурированной насадки, причем насадочный лист содержит множество структурных элементов, и эти структурные элементы выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру, причем между соседними структурными элементами имеется первое расстояние. Насадочный лист содержит помимо этого множество выгибов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют вторую тонкую структуру, причем между соседними выгибами имеется второе расстояние. Согласно изобретению эти структурные элементы и выгибы выполнены без отверстий.

Преимуществом является то, что предлагаемый изобретением насадочный лист с выполненными без отверстий структурными элементами и выгибами не дает потерь из-за отходов при вырубке и имеет примерно на 10% бóльшую поверхность обмена. Измерения, проведенные на насадочных листах с выполненными без отверстий структурными элементами и выгибами, т.е. с выполненными без отверстий первой и второй тонкими структурами, дали благоприятный результат, заключающийся в том, что такие насадочные листы обладают такой же эффективностью разделения (производительностью) при одинаковом падении давления, что и насадочный лист со структурными элементами и отверстиями. Поразительным выводом из такого сравнения стало то, что выполненные без отверстий структурные элементы и выгибы в качестве замены пробивке отверстий обеспечивают по меньшей мере такую же хорошую эффективность, что и при насадочных листах с отверстиями, хотя при этом и отсутствует существенная функция пробивки отверстий, а именно возможность прохождения жидкости через материал типа фольги и улучшенный газообмен. Таким образом, предлагаемое изобретением решение сочетает в себе указанное преимущество выполненных без отверстий структурных элементов и выгибов с отсутствием потерь из-за отходов при вырубке, благодаря чему предлагаемый насадочный лист более экономичен в изготовлении.

Такой насадочный лист содержит множество структурных элементов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру. Насадочный лист может быть изготовлен из материала типа фольги, например, металлического листа, или из пленки, и этот материал может быть, например, металлом или металлическим сплавом, нержавеющей сталью, керамическим материалом или пластиком. Такой материал типа фольги с успехом может состоять из металлического сплава. Толщина материала типа фольги может лежать, например, в диапазоне между 0,05 и 0,5 мм, в частности между 0,1 и 0,3 мм.

Указанная первая тонкая структура может представлять собой тонкую базовую текстуру или тонкое рифление, которое образуется за счет структурных элементов.

Тем самым, под первой тонкой структурой следует понимать тонкую базовую текстуру или тонкое рифление, которые выполняются посредством шерохования поверхности насадочного листа, например, путем создания бороздок или выдавливания структурных элементов.

Указанные структурные элементы могут быть образованы, например, путем тиснения материала типа фольги. Структурные элементы при этом могут иметь выпуклую или вогнутую геометрическую форму. Предпочтительно структурные элементы могут иметь форму пирамиды, усеченной пирамиды, конуса, усеченного конуса или сферического сегмента, причем острия или вершины примыкающих структурных элементов предпочтительно образуют обращенные в противоположных направлениях возвышения или углубления в материале типа фольги. Структурные элементы могут, однако, образовывать и ориентированные только в одном направлении материала типа фольги возвышения или углубления. Возвышения или углубления структурных элементов могут быть при этом попеременно регулярными или нерегулярными, в частности пять структурных элементов могут быть расположены W-образно. Под W-образной формой расположения при этом следует понимать, что в каждом углу этой фигуры W находится один структурный элемент.

Структурные элементы за счет возвышений и, соответственно, углублений могут быть выполнены как желобки и, например, иметь пересекающиеся желобки, которые могут быть расположены симметрично относительно оси колонны. При этом высота структурных элементов, т.е. высота возвышений и, соответственно, глубина углублений может быть, например, больше, чем толщины пленки. Указанная первая тонкая структура, которая образуется посредством указанных структурных элементов, может быть, например, идентичным на лицевой и на обратной сторонах. Структурный элемент, который на одной стороне материала типа фольги образован в виде углубления, может при этом, например, соответствовать возвышению на противоположной стороне. Кроме того, предпочтительно, линейный размер структурных элементов выбирать таким, чтобы он, например, составлял от 0,5 до 5 мм, а глубина и, соответственно, высота структурных элементов, т.е. возвышений или углублений, составляла от 0,1 до 2 мм. Под линейным размером при этом следует понимать характеризующий геометрическую форму структурных элементов или выгибов параллельно поверхности обмена насадочного листа параметр, например, диаметр при круговом периметре, длину стороны при квадратном периметре или длину волны, соответственно, ширину бороздки или ребра при бороздчатой или ребристой форме.

Структурные элементы могут быть, однако, выполнены тоже в виде бороздок или ребер, а указанная первая тонкая структура может быть тем самым выполнена в виде тонкого рифления. Тонкое рифление может заключаться в зигзагообразном или волнообразном профилировании, или тиснении бороздок или ребер. Указанная первая тонкая структура с бороздками или ребрами в качестве структурных элементов может быть выполнена, например, с углом при вершине в 10-80°, длиной волны или, соответственно, шириной от 0,5 до 5 мм и глубиной, соответственно, высотой от 0,1 до 2 мм. Указанная первая тонкая структура может быть также образована из сплошных, пересекающихся бороздок, соответственно, ребер. Эти бороздки или ребра могут быть выполнены симметричными относительно оси z колонны и составлять с осью колонны угол от 0^о до 90^о. Предпочтительно эта первая тонкая структура, т.е. структурные элементы, независимо от того, являются ли они, например, возвышениями, углублениями или бороздками, обеспечивают полное и тонкое распространение текучей среды, в частности, дальнейшее распространение возникающей пленки жидкости.

Насадочный лист содержит, кроме того, множество выгибов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют вторую тонкую структуру, причем между соседними выгибами имеется второе расстояние. Эта вторая тонкая структура может представлять собой грубую покрывающую текстуру или грубое рифление, образуемое посредством выгибов. Тем самым, под второй тонкой структурой следует понимать грубую покрывающую текстуру или грубое рифление, получаемое посредством шерохования поверхности насадочного листа, например, путем выдавливания выгибов.

Указанные выгибы могут быть образованы, например, путем тиснения насадочного листа из материала типа фольги. Выгибы при этом могут иметь выпуклую или вогнутую геометрическую форму. Выгибы, предпочтительно, могут иметь форму пирамиды, усеченной пирамиды, конуса, усеченного конуса или сферического сегмента, причем острия или вершины примыкающих выгибов предпочтительно образуют возвышения или углубления, обращенные в противоположных направлениях в материале типа фольги. Однако, выгибы могут образовывать возвышения или углубления также и только в одном направлении материала типа фольги. Выгибы могут быть, в частности, также выполнены тиснением в виде кольцеобразных выгибов, причем внутреннее кольцо может, например, включать вариант структурных элементов или не содержать структурных элементов, предпочтительно же оно содержит структурные элементы. Однако, на насадочном листе может также иметься область без второй тонкой структуры, т.е. без выгибов, в которой указанная первая тонкая структура по меньшей мере частично еще распознаваема и работоспособна, или наоборот.

Возвышения или углубления указанных выгибов при этом могут быть попеременно регулярными или нерегулярными, в частности пять выгибов могут быть расположены в форме W. Высота этих выгибов, т.е. высота возвышений и, соответственно, глубина углублений, могут быть, например, больше толщины пленки (фольги). Указанная вторая тонкая структура, образующаяся посредством выгибов, может быть, например, идентичной на лицевой и на обратной сторонах. Выгиб, который на одной стороне материала типа фольги образован в виде углубления, при этом может, например, соответствовать возвышению на противоположной стороне. Эти выгибы могут иметь, например, линейный размер 2-8 мм и высоту/глубину 0,5-4 мм, предпочтительно 1-3 мм.

Эти выгибы могут также быть выполнены в виде бороздок или ребер, и тем самым, вторая тонкая структура может быть выполнена в виде грубого рифления. Это грубое рифление может быть образовано зигзагообразным или волнообразным профилированием, или тиснением бороздок или ребер. Указанная вторая тонкая структура с бороздками или ребрами в качестве выгибов может быть образована, например, с углом при вершине в 10-80°, с длиной волны, соответственно, шириной от 2 до 8 мм и глубиной, соответственно, высотой от 0,5 до 3 мм. Эта вторая тонкая структура может быть также образована из сплошных, пересекающихся выгибов в форме бороздок, например, симметрично относительно оси z колонны. Эти бороздки могут проходить относительно оси z колонны под углом от 0^о до 90^о. Предпочтительно указанная вторая тонкая структура, т.е. структурные элементы, обеспечивают первое и грубое распространение текучей среды.

Предпочтительно указанная первая тонкая структура, т.е. структурные элементы, при этом служат диспергированию тонких струек и дальнейшему распространению пленки жидкости, тогда как указанная вторая тонкая структура, т.е. выгибы, служат распределению более грубых структур потоков, например, на этих выгибах делятся пополам большие струйки или более толстые пленки, так что получаются тонкие струйки.

Между непосредственно соседними структурными элементами имеется первое расстояние, причем это первое расстояние должно определяться в зависимости от геометрической формы структурных элементов. Указанное первое расстояние может быть средним расстоянием между геометрическими центрами тяжести площадей оснований или линиями впадин непосредственно соседних структурных элементов. Эти структурные элементы могут иметь, например, выпуклую или вогнутую геометрическую форму, т.е. быть образованы в виде возвышений или углублений, так что под первым расстоянием следует понимать, например, среднее расстояние между геометрическими центрами тяжести площадей оснований непосредственно соседних возвышений или углублений. Если эти структурные элементы выполнены в виде бороздок или ребер, то под первым расстоянием может пониматься, например, половина длины волны зигзагообразных или волнообразных бороздок или ребер, т.е. зигзагообразных или волнообразных возвышений или углублений. При этом длина волны может определяться как расстояние между двумя непосредственно соседними зигзагообразными или волнообразными возвышениями или углублениями. Половина длины волны как первое расстояние получается тогда из того, что геометрический центр тяжести соответствует средней точке линии впадин зигзагообразных или волнообразных возвышений или углублений, и, тем самым, указанное первое расстояние соответствует среднему расстоянию между геометрическими центрами тяжести непосредственно соседних зигзагообразных или волнообразных возвышений и углублений, что в свою очередь соответствует указанной половине длины волны. Такое же определение справедливо и для расчета второго расстояния между непосредственно соседними выгибами. Это второе расстояние, таким образом, можно понимать как среднее расстояние между геометрическими центрами тяжести площадей оснований или линиями впадин непосредственно соседних выгибов. Точно так же этот приведенный в качестве примера подход можно применять и для расчета второго расстояния при различных геометрических формах.

Указанные первая и вторая тонкие структуры выполняются на материале типа фольги посредством структурирования, причем под структурированием предпочтительно понимается тиснение материала типа фольги. Возникающие при этом структурные элементы или выгибы предпочтительно больше, чем толщина этого материала типа фольги. Кроме того, первая тонкая структура может быть выполнена как часть второй тонкой структуры, т.е., например, на поверхности выгибов могут быть тиснением выполнены структурные элементы. Еще одно существенное различие между первой и второй тонкими структурами состоит в соотношении между первым расстоянием и вторым расстоянием. Первое расстояние отличается от второго расстояния, предпочтительно второе расстояние больше первого расстояния, особенно предпочтительно второе расстояние по меньшей мере вдвое больше первого расстояния. Преимущество такого структурирования материала типа фольги с получением первой и второй тонких структур, содержащих множество структурных элементов, соответственно, множество выгибов, заключается в том, что улучшается распространение и распределение текучей среды по поверхности материала типа фольги. Под текучей средой при этом следует понимать по меньшей мере две фазы текучей среды, причем одна фаза текучей среды может быть, например, жидкостью или газом. Указанные первая и вторая тонкие структуры влияют, однако, по существу на распространение жидкости в виде пленки по поверхности насадочного листа.

При тиснении структурных элементов или выгибов в любом из описанных вариантов выполнения, материал остается в качестве дополнительной поверхности для массообмена, что является предпочтительным. Углубления структурных элементов или выгибов работают при этом иначе, чем возвышения. Возвышения распределяют текучую среду, тогда как в углублениях эта текучая среда собирается. Соответствующая подгонка структурных элементов или выгибов также способствует распределению текучей среды или, соответственно, сбору текучей среды, например, возвышения или углубления в одной области материала типа фольги выполнены иначе, в частности вытиснены сильнее или слабее, чем в другой области этого материала типа фольги, и т.д. В частности, указанная первая тонкая структура может быть образована в виде первой W-образной фигуры, а указанная вторая тонкая структура - в виде второй W-образной фигуры, причем пространственно первая W-образная фигура может иметь другую ориентацию, чем вторая W-образная фигура, например, первая W-образная фигура может быть повернута или смещена относительно второй W-образной фигуры. В иных случаях первая и вторая тонкие структуры, в зависимости от применения, могут иметь различные размеры структурных элементов, направления или формы. Преимуществом является то, что вторая тонкая структура разделяет текучую среду на большие структуры и распределяет преимущественно на большом пространстве в поперечном направлении, тогда как первая тонкая структура мелко дробит текучую среду и оптимально локально смачивает материал типа фольги.

Насадочный лист из материала типа фольги, снабженного первой и второй тонкими структурами, может быть уложен складками, например, в структурированную насадку, в частности перекрестно-канальную насадку или подобные структурированные насадки. Структурированная насадка может быть предназначена для колонного аппарата, в котором происходит массообмен и теплообмен между двумя фазами текучей среды. Эти фазы текучей среды могут быть, например, жидкой и газообразной фазами, но могут быть также и двумя жидкими фазами. Если, например, одна фаза текучей среды присутствует в виде текучей жидкости, и одна фаза текучей среды присутствует в виде пара или газа, то эта текучая жидкость проходит по структурированной насадке в виде стекающей пленки, а паровая или газовая фаза течет в противоположном направлении. Предоставляемая структурированной насадкой поверхность для максимально развившегося обменного процесса должна быть во всех местах равномерно покрыта текучей фазой.

Структурные элементы, в частности первая тонкая структура, и выгибы, в частности вторая тонкая структура, выполнены без отверстий. Под «выполненный без отверстий» следует понимать, что структурирование материала типа фольги осуществлено, например, тиснением, и структурные элементы или выгибы не являются отверстиями, в частности отверстиями круглой формы, выполненными, например, посредством сверления или вырубки. Под «выполненный без отверстий» следует также понимать, что, например, при тиснении, тем не менее, могут возникать мелкие трещины в материале типа фольги, которые появляются вследствие технических ограничений при изготовлении, но не создаются преднамеренно. Предпочтительно, однако, чтобы такие тисненые структурные элементы и выгибы не имели никаких отверстий.

Преимущества предлагаемого изобретением насадочного листа заключаются в том, что указанные структурные элементы, в частности, первая тонкая структура, и выгибы, в частности вторая тонкая структура, могут быть выполнены без отверстий посредством одной единственной машины и с использованием небольшого количества формовочного масла, и одновременно при небольших производственных затратах и с малыми потерями материала.

В одном варианте выполнения данного изобретения первое расстояние отличается от второго расстояния, предпочтительно второе расстояние больше первого расстояния, особенно предпочтительно, если второе расстояние по меньшей мере вдвое больше первого расстояния. Преимуществом является то, что такие различные расстояния обеспечивают различное распределение структурных элементов и выгибов и, тем самым, лучшее распределение текучей среды, а также лучшее использование имеющейся геометрической поверхности для массообмена.

Согласно данному изобретению указанный насадочный лист выполнен без отверстий. Здесь тоже под «выполнен без отверстий» следует понимать, что материал типа фольги не имеет отверстий, которые выполнены, например, сверлением или вырубкой, и структурирование материала типа фольги осуществляется, например, тиснением. Под «выполнен без отверстий» следует также понимать, что, например, за счет тиснения в материале типа фольги все-таки могут возникнуть мелкие трещины, которые появляются вследствие технических ограничений при изготовлении, но не создаются преднамеренно. Предпочтительно указанные полученные тиснением структурные элементы и выгибы не имеют, однако, никаких отверстий. Тем самым, могут быть благоприятным образом дополнительно снижены потери материала от штамповки.

Согласно данному изобретению указанные структурные элементы первой тонкой структуры расположены вдоль первого семейства параллельных кривых, а указанные выгибы второй тонкой структуры расположены вдоль второго семейства параллельных кривых, причем первое семейство кривых и второе семейство кривых расположены относительно друг друга под некоторым углом поворота. Первое и второе семейства параллельных кривых могут быть параллельными прямыми, но могут быть также образованы посредством более сложного расположения структурных элементов или выгибов, например, в виде кривых или W-образно. Под указанным углом поворота, если первое и второе семейства параллельных кривых являются, например, параллельными прямыми, понимается Угол α, заключенный между первой и второй главными осями этих прямых. В случае изогнутых кривых указанные первая и вторая главные оси соответствуют касательным в точке пересечения этих первого и второго семейств параллельных кривых.

Однако, при этом возможно также, что указанные структурные элементы первой тонкой структуры расположены вдоль первого и третьего семейств параллельных кривых, а указанные выгибы второй тонкой структуры расположены вдоль второго и четвертого семейств параллельных кривых. Первое семейство кривых образует при этом первую главную ось первой тонкой структуры, а второе семейство кривых при этом образует вторую главную ось второй тонкой структуры. Указанное третье семейство кривых образует при этом первую малую ось первой тонкой структуры, а указанное четвертое семейство кривых образует при этом вторую малую ось второй тонкой структуры. Если указанные семейства кривых являются, например, прямыми, то для каждых двух семейств кривых получаются четыре угла, причем из них каждые два противолежащих угла конгруэнтны. Угол α, соответствующий меньшему из углов при вершине, заключен между первой главной осью и первой малой осью. Больший угол, называемый также смежным углом, получается тогда из разности 180°-α. Аналогично получается угол ß, соответствующий меньшему из углов при вершине, заключенному между второй главной осью и второй малой осью. Указанный больший угол тогда получается из разности 180°-ß. Угол λ пересечения соответствует упомянутому углу λ поворота, который заключен между первой и второй главными осями и одновременной соответствует углу λ поворота между первой и второй тонкими структурами. Задание указанных первых главной и малой осей, а также вторых главной и малой осей может при этом меняться любым образом. Описанный подход может быть применен также и для первой и второй тонких структур с более, чем двумя семействами кривых каждая. Указанный угол λ поворота лежит в диапазоне от 0 до 90^о, предпочтительно в диапазоне от 20 до 70^о. Углы α и ß могут лежать в диапазоне от 10 до 90^о, предпочтительно в диапазоне от 30 до 90^о.

В одном особенно предпочтительном примере осуществления первое и второе семейства кривых могут в переносном смысле рассматриваться как первая и вторая периодические точечные решетки, причем точка первой периодической точечной решетки определяется первой точкой пересечения первой главной оси с первой малой осью, а точка второй периодической точечной решетки определяется второй точкой пересечения второй главной оси с второй малой осью. При этом первая точка пересечения, т.е. точка первой периодической точечной решетки, соответствует структурному элементу, а вторая точка пересечения, т.е. точка второй периодической точечной решетки, соответствует выгибу. При этом из структурных элементов и выгибов может образоваться, например, W-образная фигура. Первая и вторая элементарные решетки, которые могут быть образованы из каждых четырех непосредственно соседних точек первой и второй периодических точечных решеток, могут быть выполнены в виде многоугольника, например, квадрата, прямоугольника, параллелограмма или трапеции. Угол φ поворота между указанными первой и второй тонкими структурами получается, таким образом, из поворота указанных первой и второй элементарных решеток друг относительно друга.

В этом примере осуществления угол φ соответствует углу λ поворота. Смещение получается из перемещения двух непосредственно соседних точек первой и второй элементарных решеток друг относительно друга. Т.е., например, нет никакого смещения первой тонкой структуры относительно второй тонкой структуры, если нет никакого поворота, и все стороны первой и второй элементарных решеток конгруэнтны или эти стороны первой и второй элементарных решеток кратны друг другу и конгруэнтны. Первая или вторая периодическая точечная решетка могут быть, однако, и лишь локально периодическими, например, отдельная область насадочного листа может также иметь по меньшей мере еще одну точечную решетку, которая хотя и использует такие же структурные элементы или выгибы, но имеет другие расстояния между ними или другую форму элементарной решетки.

Преимуществом описанных вариантов выполнения и примеров осуществления указанной схемы расположения первой и второй тонких структур является высокая эффективность разделения. Угол φ, соответствующий углу λ поворота, лежит в диапазоне от 0 до 180^о, предпочтительно в диапазоне от 0 до 90^о, особенно предпочтительно в диапазоне от 20 до 70^о.

В одном варианте выполнения данного изобретения указанное второе расстояние по меньшей мере вдвое больше, чем линейный размер одного из выгибов. При этом под линейным размером следует понимать, в зависимости от геометрической формы выгибов, характеристический параметр для этой геометрической формы, например, для сфероидальных выгибов это диаметр или половинное значение ширины этих выгибов, т.е. ширина на половине высоты между наивысшей и наинизшей точками выгиба, или для пирамидальных выгибов это максимальная ширина поверхности основания выгиба. Указанный линейный размер выгиба может проходить по двум соседним структурным элементам, так что, например, на одной поверхности этих выгибов могут быть выполнены структурные элементы. В частности, высота выгиба больше высоты структурных элементов. Предпочтительно, размеры указанных выгибов совпадают с размерами более грубых структур, например, с высотой струек, и, тем самым, лучше распределяют более грубые структуры потоков.

В одном варианте выполнения данного изобретения структурный элемент выполнен в виде вогнутого структурного элемента или выпуклого структурного элемента, или выгиб выполнен в виде вогнутого выгиба или выпуклого выгиба. Кроме того, указанная первая тонкая структура выполнена таким образом, что вогнутые структурные элементы и выпуклые структурные элементы расположены попеременно, или указанная вторая тонкая структура выполнена таким образом, что вогнутые выгибы и выпуклые выгибы расположены попеременно.

За счет своей выпуклой или вогнутой геометрической формы структурные элементы или выгибы образуют возвышение или углубление. Возвышение на одной стороне материала типа фольги при этом соответствует углублению на другой стороне этого материала типа фольги, и наоборот. Под чередующимся расположением можно, таким образом, понимать, что если на одной стороне материала типа фольги два соседних возвышения ограничивают одно углубление, то на другой стороне две впадины ограничивают одно возвышение. Кроме того, под чередующимся расположением следует понимать, что за вогнутым структурным элементом в качестве непосредственного соседа всегда следует выпуклый структурный элемент, и наоборот. За вогнутым выгибом в качестве непосредственного соседа всегда следует выпуклый выгиб, и наоборот.

Структурные элементы могут посредством возвышений или, соответственно, углублений образовывать желобки и иметь, например, пересекающиеся желобки, которые расположены симметрично относительно оси колонны. При этом высота структурных элементов, т.е. высота возвышений, соответственно, глубина углублений, например, может быть больше толщины фольги. Указанная первая тонкая структура, образованная упомянутыми структурными элементами, может быть, например, идентичной на лицевой и на обратной сторонах. Структурный элемент, который на одной стороне материала типа фольги выполнен как углубление, на противоположной стороне может при этом, например, соответствовать возвышению.

За счет указанных первой и второй тонких структур между выпуклыми и вогнутыми структурными элементами или выгибами могут образовываться желобки, и текучая среда может, например, вдоль этих желобков под действием капиллярных и гравитационных сил равномерно распределяться по насадочному листу. В месте пересечения указанных желобков текучая среда может перетекать из одного желобка в другой, так что обеспечивается хорошее поперечное перемешивание. Вследствие симметричного стекания текучей среды по предлагаемому изобретением насадочному листу, кроме того, не возникает никаких нежелательных краевых эффектов, которые могли бы ухудшить массообмен или, соответственно, теплообмен между жидкой и газообразной фазами.

На практике неожиданно было установлено, что выполненный согласно изобретению насадочный лист, содержащий первую и вторую тонкие структуры, обеспечивает оптимальный массообмен или теплообмен также и для плохо смачивающей текучей среды, например, воды, и для плохо смачиваемых материалов, как например, нержавеющая сталь. Указанные вогнутые структурные элементы или вогнутые выгибы заполнены текучей средой, причем за счет поверхностного натяжения возникает тенденция к скапливанию в центральной зоне. На выпуклой обратной стороне эта текучая среда имеет тенденцию сходить и оставлять поверхность сухой. Указанные первая и вторая тонкие структуры способствуют, тем самым, распространению текучей среды по поверхности материала типа фольги и вносят заметный вклад в оптимизацию обменного процесса.

В одном варианте выполнения данного изобретения по меньшей мере один выгиб имеет огибающую кромку, и/или эта огибающая кромка имеет по меньшей мере одну перфорацию. Такая огибающая кромка выгиба может быть выполнена, например, как замкнутое кольцевое тиснение, т.е. как возвышение с углублением внутри этого замкнутого кольцевого тиснения. Указанная огибающая кромка может, однако, быть снабжена также перфорацией, за счет чего указанная текучая среда на возвышении может разделяться предпочтительно на два отдельных потока, что благоприятствует смачиванию поверхности, причем одновременно материал сохраняется как поверхность. Под перфорацией следует понимать прерывание указанной огибающей кромки, так что эта огибающая кромка не будет, например, являться замкнутой огибающей кромкой. Обратная сторона кольцевого тиснения работает несколько иначе. Здесь жидкость собирается в одном углублении замкнутого кольцевого тиснения и уходит из него в другие. Предпочтительно при этом благоприятствует указанная перфорация прохождению жидкости через огибающую кромку внутрь выгибов.

В одном варианте выполнения данного изобретения указанные первая и вторая тонкие структуры перекрыты гофрированной структурой, и эта гофрированная структура образует соседние проточные каналы. Под такой гофрированной структурой может пониматься укладывание в складки, например, в виде зигзагообразных складчатых фигур, в частности ребер. Указанная гофрированная структура может состоять из регулярных и/или нерегулярных чередующихся складок. Эти складки могут иметь единую амплитуду, т.е. высоту или глубину, и в переносном смысле одинаковую длину волны, т.е. одинаковые промежутки. Гофрированная структура может иметь, например, амплитуду 4-46 мм, в частности 6,5-15 мм, и длину волны 7-90 мм, в частности 10-37 мм. Угол складок, т.е. угол между осью колонны и направлением ребер может составлять, например, 0-60^о, предпочтительно 20-50^о и особенно предпочтительно 30-45^о. Гофрированная структура образует, тем самым, вершины и впадины, причем впадины на соответствующей стороне материала типа фольги оформлены как проточные каналы. Ребра гофрированной структуры могут также вдоль одной поверхности насадочного листа иметь S-образную форму.

Под S-образной формой может пониматься, например, форма ребра, один конец которого проходит параллельно оси колонны, средняя часть которого наклонена под углом от 30 до 60^о к оси колонны, и другой конец которого снова проходит параллельно оси колонны. Предпочтительно за счет этого может быть минимизировано падение давления в структурированной насадке. Еще одно преимущество состоит в том, что таким образом имеет место дополнительное структурирование насадочного листа, которое обеспечивает оптимальное растекание текучих фаз, а также оптимальный массообмен. Гофрированная структура по существу оказывает влияние на распространение газообразной фазы, в частности газа или пара.

Такая гофрированная структура образует уже упоминавшуюся перекрестно-канальную структуру. При этом канал соответствует впадине указанной гофрированной структуры. Кроме того, такая гофрированная структура может быть наклонной относительно вертикали, которая предпочтительно соответствует оси колонны. Ось колонны в рабочем режиме, т.е. когда насадочный лист встроен в структурированную насадку, а структурированная насадка встроена в массообменный аппарат, например, колонный аппарат, соответствует вертикали этого массообменного аппарата. Гофрированные структуры непосредственно соседних насадочных листов, в частности в структурированных насадках, могут быть, например, наклонены по отношению к оси колонны в противоположных направлениях. Кроме того, гофрированные структуры насадочных листов, например, в структурированной насадке, могут удерживаться на расстоянии друг от друга и, соответственно, образовывать открытые проточные каналы для газа.

В одном варианте выполнения данного изобретения насадочный лист содержит множество выемок. Эти выемки выполнены и расположены таким образом, что они образуют третью тонкую структуру, причем между соседними выемками имеется третье расстояние. Это третье расстояние отличается от первого расстояния и от второго расстояния, предпочтительно указанное третье расстояние больше, чем первое и второе расстояние. Кроме того, эти выемки, в частности третья тонкая структура, выполнены в виде отверстий.

Преимуществом является сочетание предлагаемого изобретением насадочного листа с выемками, например, отверстиями или прорезями, так что может иметь место выравнивание давления и возможно установление равновесия между такими насадочными листами. Такие выемки могут быть очень мелкими, предпочтительно настолько мелкими, что их можно выполнять на одной тиснильной машине в ходе той же технологической операции, во время которой изготовляются первая и вторая тонкие структуры. Эти выемки могут выполняться также лишь на части насадочного листа, например, только в верхней и/или средней области насадочного листа. Выемки могут быть также ориентированы на гофрированной структуре, например, отверстия или прорези могут быть направлены поперек гофрированной структуры.

Предлагаемый изобретением насадочный лист может быть также частью структурированной насадки, содержащей множество насадочных листов, в частности параллельных насадочных листов, причем соседние насадочные листы соприкасаются, и проточные каналы соседних насадочных листов открыто пересекаются. Между соседними насадочными листами могут быть введены также и нескладчатые металлические листы, которые отделяют друг от друга указанные пересекающиеся каналы. Под структурированной насадкой понимается средство для массообмена между текучими средами, которые являются, например, двумя текучими фазами. Структурированная насадка применяется в массообменном аппарате. Массообменный аппарат может быть выполнен, в частности, как колонный аппарат, который может использоваться, например, для абсорбции или десорбции, предпочтительно для ректификации или экстракции.

При этих процессах менее плотная текучая фаза, например, пар или газ течет вдоль оси колонны вверх. Более плотная текучая фаза, например, жидкость, течет в противотоке в виде стекающей пленки по поверхностям насадочных листов вниз, а при определенных условиях - также в виде капель - вниз и/или вверх. Между текущими вверх и вниз текучими фазами имеет место обмен определенными компонентами в смеси, например, высококипящими и низкокипящими, и теплообмен. Например, при дистилляции более плотная текучей фазы улавливается в нижней части колонного аппарата, там по меньшей мере частично испаряется, так что она как менее плотная текучая фаза снова поднимается через колонный аппарат. Эта менее плотная текучая фаза конденсируется в головной части колонного аппарата посредством охлаждающего устройства и в виде более плотной текучей фазы снова может стекать вниз.

В нижней части и в головной части колонного аппарата могут отводиться потоки продуктов, которые в нижней части содержат более высокую долю высококипящих, а в головной части - более высокую долю низкокипящих компонентов. Обрабатываемый поток с низкокипящими и высококипящими компонентами где-то вдоль колонного аппарата вводится в этот колонный аппарат. Другие потоки продуктов могут отводиться в других местах между нижней частью и дном.

Массообменный аппарат может содержать множество структурированных насадок, которые могут быть установлены друг на друга, и тем самым образован, например, насадочный слой. Структурированная насадка может быть также собрана из модулей или из отдельных насадочных листов. Такие модули или отдельные насадочные листы при этом могут удерживаться на расстоянии друг от друга с помощью распорного элемента. Указанная структурированная насадка может быть установлена в колонном аппарате таким образом, что массообменная часть колонного аппарата будет заполнена по меньшей мере двумя расположенными друг над другом структурированными насадками, причем гофрированные структуры вертикально стоящих насадочных листов расположенных друг над другом структурированных насадок могут быть повернуты относительно друг друга на некоторый угол вокруг оси колонны. Точно так же и эти вертикально стоящие насадочные листы стоящих друг над другом структурированных насадок могут быть повернуты по отношению друг к другу на некоторый угол вокруг оси колонны.

Поверхность указанной структурированной насадки или насадочного листа может быть, например, покрыта слоем веществ, например, для защиты от коррозии, для дальнейшего улучшение смачиваемости или же в качестве каталитического слоя для химической реакции.

Данное изобретение касается также колонного аппарата, содержащего множество установленных друг над другом структурированных насадок и один или несколько установленных друг над другом насадочных слоев. Кроме того, для получения предлагаемого изобретением насадочного листа указанные структурные элементы и выгибы могут быть выполнены в ходе одной единственной технологической операции.

Применение насадочного листа для осуществления массообмена и/или теплообмена между менее плотной текучей фазой и более плотной текучей фазой в массообменном аппарате, в частности в колонном аппарате, причем менее плотная текучая фаза течет вверх, а более плотная текучая фаза течет вниз. Массообменный аппарат содержит структурированную насадку, а эта структурированная насадка содержит указанный насадочный лист. Упомянутая более плотная фаза течет по меньшей мере частично в виде пленки по указанному насадочному листу.

Другие преимущества, признаки и детали данного изобретения явствуют из зависимых пунктов формулы изобретения, а также раскрываются в дальнейшем описании примеров осуществления изобретения с привлечением чертежей.

Ниже данное изобретение поясняется более подробно в отношении оборудования и технологии на примерах осуществления со ссылкой на чертежи. На этих схематичных чертежах показано следующее:

Фиг. 1 предлагаемый изобретением насадочный лист с первой и второй тонкими структурами согласно первому примеру осуществления,

Фиг. 2a предлагаемый изобретением насадочный лист со второй тонкой структурой с выгибами,

Фиг. 2b предлагаемый изобретением насадочный лист с первой тонкой структурой со структурными элементами,

Фиг. 2c предлагаемый изобретением насадочный лист с первой тонкой структурой с бороздками в качестве структурных элементов,

Фиг. 3a предлагаемый изобретением насадочный лист со схематично представленными первой и второй тонкими структурами согласно второму примеру осуществления,

Фиг. 3b предлагаемый изобретением насадочный лист со схематично представленными первой и второй тонкими структурами в виде семейств параллельных кривых,

Фиг. 4a схематичное изображение первого и третьего семейств кривых первой тонкой структуры, а также их угол α пересечения,

Фиг. 4b схематичное изображение второго и четвертого семейств кривых второй тонкой структуры, а также их угол ß пересечения,

Фиг. 4c схематичное изображение первой главной оси первой тонкой структуры и второй главной оси второй тонкой структуры, а также угла λ поворота,

Фиг. 5 вид в разрезе предлагаемого изобретением насадочный лист со схематичным изображением первой и второй тонких структур согласно третьему примеру осуществления данного изобретения,

Фиг. 6а схематичное изображение первой элементарной решетки первой тонкой структуры в первой точечной решетке,

Фиг. 6b схематичное изображение второй элементарной решетки второй тонкой структуры во второй точечной решетки,

Фиг. 6c схематичное изображение первой элементарной решетки и второй элементарной решетки и заключенного между ними угла φ,

Фиг. 7A - 7F варианты выполнения выгибов второй тонкой структуры,

Фиг. 8 схематичное изображение колонного аппарата с одной структурированной насадкой и одним предлагаемым изобретением насадочным листом,

Фиг. 9 множество предлагаемых изобретением насадочных листов согласно четвертому примеру осуществления.

На Фиг. 1 показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 с первой тонкой структурой 3 и второй тонкой структурой 5 согласно первому примеру осуществления. При этом указанная первая тонкая структура и указанная вторая тонкая структура находятся в одном и том же месте. Указанная первая тонкая структура 3 образована из множества структурных элементов 2, причем выпуклые структурные элементы 2b и вогнутые структурные элементы 2a имеют пирамидальную геометрическую форму. Между соседними структурными элементами имеется первое расстояние a, причем это первое расстояние a соответствует расстояние между геометрическими центрами тяжести двух непосредственно соседних структурных элементов 2. На Фиг. 1 показана также указанная вторая тонкая структура 5, которая образована множеством выгибов 4, причем тоже выпуклые выгибы 4b и вогнутые выгибы 4a имеют примерно цилиндрическую геометрическую форму. Между соседними выгибами имеется второе расстояние b, причем это второе расстояние b соответствует расстоянию между геометрическими центрами тяжести двух непосредственно соседних выгибов 4.

Кроме того, указанные первая и вторая тонкие структуры 3, 5 образуют первую и вторую точечные решетки. Точка первой точечной решетки соответствует одному структурному элементу 2, причем четыре непосредственно соседних структурных элемента 2 образуют первую элементарную решетку 41. Точно так же точка второй точечной решетки соответствует одному выгибу 4, причем четыре непосредственно соседних выгиба 4 образуют вторую элементарную решетку 51. В этом схематичном представлении указанная первая элементарная решетка 41 и указанная вторая элементарная решетка 51 имеют поверхность основания прямоугольную или, соответственно, в форме параллелограмма, и эти первая и вторая элементарные решетки 41, 51 повернуты друг относительно друга на угол λ поворота, за счет чего получается поворот указанных первой и второй тонких структур 3, 5.

В схематичном представлении на Фиг. 1 показаны также первое семейство 14 параллельных кривых, третье семейство 15 параллельных кривых, а также второе семейство 12 параллельных кривых и четвертое семейство 13 параллельных кривых.

Первое семейство 14 кривых образует при этом первую главную ось 16, а третье семейство 15 кривых образует первую малая ось 17 первой тонкой структуры 3. Точно так же второе семейство 12 кривых образует вторую главную ось 18 второй тонкой структуры 5, и четвертое семейство 13 кривых образует вторую малая ось 19 второй тонкой структуры 5. Указанные структурные элементы 2 расположены вдоль соответствующей прямой линии указанных первого и третьего семейств 14, 15 параллельных кривых. Между первой главной осью 16 и первой малой осью 17 заключен угол α, который соответствует меньшему углу α в точке пересечения первого и третьего семейств параллельных кривых. Также и каждый из указанных выгибов 4 расположен вдоль соответствующей прямой линии второго и четвертого семейств 12, 13 параллельных кривых. Угол ß соответствует меньшему углу, заключенному между первой главной осью 18 и первой малой осью 19. Заключенный между первой и второй главными осями меньший угол α пересечения соответствует углу λ поворота первой и второй тонких структур 3, 5.

На Фиг. 2a показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 со второй тонкой структурой 5 и выгибами 4 по Фиг. 1. Выгибы 4 являются выпуклыми выгибами 4b, но могут иметь и вогнутую геометрическую форму, т.е. быть вогнутыми выгибами (не показано).

Выгибы 4 на Фиг. 2a выполнены только в одном направлении материала типа фольги, т.е. в виде возвышений. Между соседними выгибами 4 имеется второе расстояние b.

На Фиг. 2b показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 с первой тонкой структурой 3 и структурными элементами 2 по Фиг. 1. Указанные структурные элементы 2 с вогнутыми структурными элементами 2a и выпуклыми структурными элементами 2b выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру 3. Между соседними структурными элементами 2, как показано в этой проекции, имеется первое расстояние a. Первое семейство 14 параллельных кривых и третье семейство 15 параллельных кривых, образующие первую главную ось 16 и первую малую ось 17 первой тонкой структуры 3, образуют между собой угол α. Кроме того, в этой проекции схематично показана W-образной форма расположения структурных элементов.

На Фиг. 2c показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 с первой тонкой структурой 3 со структурными элементами 2, причем указанные структурные элементы 2 являются бороздками. Расстояние между структурными элементами 2 соответствует первому расстоянию a. Структурные элементы 2 ориентированы вдоль первого семейства 14 параллельных кривых, которое одновременно образует первую главную ось 16.

На Фиг. 3a показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 с первой и второй тонкими структурами 3, 5 согласно второму примеру осуществления.

При этом первая тонкая структура и вторая тонкая структура находятся на одном и том же месте. Пять выгибов 4 расположены при этом W-образно (схематично обозначено пунктирной линией) и образуют субструктуру второй тонкой структуры. Выгибы 4 являются вогнутыми и выпуклыми выгибами 4a, 4b, расположенными поочередно. Однако, выгибы 4 могут быть также только вогнутыми выгибами 4a или только выпуклыми выгибами 4b, или нерегулярно чередующимися вогнутыми и выпуклыми выгибами 4a, 4b, т.е. возвышениями или углублениями. Дополнительно можно видеть первую тонкую структуру 3, которая тоже образована пятью структурными элементами 2, расположенными W-образно (не показано). В этом предпочтительном втором примере осуществления указанные структурные элементы 2 первой тонкой структуры 3 и выгибы 4 второй тонкой структуры 5 в переносном смысле образуют первую и вторую периодические точечные решетки. При этом одна точка первой периодической точечной решетки соответствует одному структурному элементу 2, и одна точка второй периодической точечной решетки соответствует одному выгибу 4.

На Фиг. 3b показан предлагаемый изобретением насадочный лист 1 со схематически представленными первой и второй тонкими структурами 3, 5 в виде точечных решеток по Фиг. 3a. При этом показаны первая элементарная решетка 41, образованная четырьмя непосредственно соседними точками первой тонкой структуры 3, и вторая элементарная решетка 51, образованная каждыми четырьмя непосредственно соседними точками второй тонкой структуры 5. Первая и вторая элементарные решетки 41, 51 имеют поверхность основания в форме параллелограмма.

На Фиг. 4a показано схематичное изображение первого семейства 14 параллельных кривых и третьего семейства 15 параллельных кривых первой тонкой структуры 3, а также их угол α пересечения. Первое семейство 14 кривых образует при этом первую главную ось 16 первой тонкой структуры, а третье семейство 15 кривых образует первую малую ось 17 первой тонкой структуры 3. Указанные структурные элементы (не показано) расположены соответственно вдоль прямой линии первого и третьего семейств 14, 15 параллельных кривых. Для каждых двух семейств кривых получается четыре угла, из которых каждые два противолежащих угла являются конгруэнтными. Угол α, соответствующий меньшему внутреннему углу, заключен между первой главной осью 16 и первой малой осью 17. Больший угол, называемый также смежным углом, получается тогда из разности 180°-α.

На Фиг. 4b показано схематичное изображение второго семейства 12 параллельных кривых и четвертого семейства 13 параллельных кривых второй тонкой структуры 5, а также угол ß. Второе семейство 12 кривых образует при этом вторую главную ось 18 второй тонкой структуры 5, а четвертое семейство 13 кривых образует вторую малую ось 19 второй тонкой структуры 5. Выгибы (не показано) расположены соответственно вдоль прямой линии второго и четвертого семейств 12, 13 параллельных кривых. Для каждых двух семейств кривых получается четыре угла, из которых каждые два противолежащих угла являются конгруэнтными. Угол ß, соответствующий меньшему внутреннему углу, заключен между первой главной осью 18 и первой малой осью 19. Больший угол, называемый также смежным углом, получается тогда из разности 180°-ß.

На Фиг. 4c показано схематичное изображение первой главной оси 16 первой тонкой структуры 3 и второй главной оси 18 второй тонкой структуры 5, а также угла λ поворота. Заключенный между первой и второй главными осями 16, 18 меньший угол α пересечения соответствует углу λ поворота первой и второй тонких структур 3, 5.

На Фиг. 5 показан в разрезе предлагаемый изобретением насадочный лист 1 со схематичным изображением первой и второй тонких структур 3, 5 согласно третьему примеру осуществления данного изобретения. При этом первая тонкая структура и вторая тонкая структура расположены в одном и том же месте. Представлены первая и вторая тонкие структуры 3, 5 с соответствующими структурными элементами 2, 2a, 2b и выгибами 4, 4a, 4b. Показаны как вогнутые структурные элементы 2a и выгибы 4a, так и выпуклые структурные элементы 2b и выгибы 4b. Указанные структурные элементы 2 и выгибов 4 выполнены без отверстий. На Фиг. 5 указанные выгибы 4 выполнены по существу кольцевыми и в основном в виде замкнутых полных цилиндров. Выгибы 4 могут быть выполнены, однако, кольцевыми в форме разомкнутых цилиндров или же кольцевыми в виде замкнутых полных цилиндров (не показано). Кроме того, показаны линейные размеры L, L’ выгибов 4, а также линейный размер L” структурных элементов 2, а также высота H выгибов и высота h структурных элементов.

На Фиг. 6a схематично показана первая элементарная решетка 41 первой тонкой структуры 3 в первой точечной решетке. Представлены как вогнутые структурные элементы 2a, так и выпуклые структурные элементы 2b. На Фиг. 6b показано аналогичное схематичное изображение второй элементарной решетки 51 во второй точечной решетке второй тонкой структуры 5. Здесь тоже представлены как вогнутые выгибы 4a, так и выпуклые выгибы 4b. На Фиг. 6c схематично показан образованный первой элементарной решеткой 41 и второй элементарной решеткой 51 угол φ. На этом схематичном изображении первая элементарная решетка и вторая элементарная решетка 51 имеют поверхность основания в форме параллелограмма, и первая и вторая элементарные решетки 41, 51 повернуты друг относительно друга на угол φ поворота, за счет чего получается поворот первой и второй тонких структур 3, 5.

На Фиг. 7a может быть представлено изображение согласно одному из вариантов осуществления по Фиг. 5. На Фиг. 7b показан выгиб 4, имеющий огибающую кромку 8, причем эта огибающая кромка 8 снабжена множеством перфораций 9.

На Фиг. 7c показан выгиб 4, находящийся частично на передней стороне, частично на задней стороне насадочного листа 1. На Фиг. 7d показан выгиб 4 со шлицевидными перфорациями. На Фиг. 7e показан выгиб 4 с перфорациями и примыкающими к этим перфорациям выступами. На Фиг. 7f показан выгиб 4, имеющий шлицевидные перфорации и находящийся частично на передней стороне, частично на задней стороне насадочного листа 1.

На Фиг. 8 показан колонный аппарат 30, содержащий несколько слове структурированной насадки 20, образующих структурированную насадку и в свою очередь содержащих множество насадочных листов 1. Указанная структурированная насадка 20 состоит из множества насадочных листов 1, находящихся друг с другом в регулярно повторяющейся геометрической взаимосвязи. В качестве примера такой геометрической взаимосвязи может быть выбрано расстояние между соседними насадочными листами 1. Согласно этой геометрической взаимосвязи расстояния между соседними насадочными листами 1 могут периодически принимать одно и то же значение, так что из суммы насадочных листов 1 возникает структура, которая характеризуется одинаковыми или по меньшей мере периодически одинаковыми расстояниями. Эта периодичность присутствует во всей структурированной насадке 20, благодаря чему такая структурированная насадка 20 приобретает регулярную структуру. В частности, такая структура может быть выполнена в виде волнообразного профиля.

В отличие от этого в насыпных насадках из сыпучих насадочных элементов, т.е. из элементов с одинаковой геометрической структурой, причем, однако, у этих сыпучих насадочных элементов могут быть любые расстояния до соседних сыпучих насадочных элементов и любая ориентация, периодичность в таких расстояниях не обнаруживается. Сыпучие насадочные элементы помещаются в такой колонный аппарат в виде засыпки. Они образуют скопление на дне колонного аппарата. Это скопление характеризуется случайным расположением этих отдельных сыпучих насадочных элементов.

Указанные насадочные листы 1 состоят из тонкостенных элементов, которые имеют волнообразный профиль. Такой волнообразный профиль характеризуется периодически повторяющейся последовательностью возвышений, т.е. гребней волны, и впадиноподобных понижений, т.е. впадин волны. Этот волнообразный профиль может быть образован, в частности, как сгибание в складки зигзагообразного профиля с остро сходящимися кромками. Такие насадочные листы располагаются по отношению друг к другу так, что указанные волнообразные профили двух соседних насадочных листов наклонены под одним углом к главному направлению течения. Волнообразные профили соседних насадочных листов 1 расположены крестообразно друг к другу.

Для двух соседних насадочных листов 1 указанной структурированной насадки 20 по Фиг. 8 справедливо следующее: первый насадочный лист расположен рядом со вторым насадочным листом. Указанные первый насадочный лист и второй насадочный лист содержат материал типа фольги из листового металла или ткани из металлического волокна, однако, альтернативно этому материал типа фольги может быть из пластика или керамики. Такой материал типа фольги при этом может содержать весь насадочный лист, но может также образовывать лишь часть его. Материал типа фольги может иметь форму пластины, снабженной волнообразным профилем, в частности зигзагообразным профилем, или волнообразным профилем со скругленными гребнями и дном впадин. Материал типа фольги может быть снабжен покрытиями из полимерных материалов или керамики для повышения устойчивости насадочного листа к химическому воздействию, например, коррозии, или термическому воздействию, например, температуры, или механическому воздействию, например, давления, или для улучшения смачиваемости.

Насадочные листы 1 представлены на Фиг. 8 в том виде, как они видны в вырезе первой поверхности структурированной насадки 20. Эта первая поверхность структурированной насадки 20 расположена по существу перпендикулярно главному направлению течения. Главным направлением течения обозначается то направление течения, в котором легче улетучивающаяся текучая среда, в частности газ, в колонном аппарате без встроенных элементов течет вверх, т.е. в направлении головной части 31 этого колонного аппарата 30. Альтернативно этому в качестве главного направления течения может быть также определено и противоположное направление. В этом случае указанное главное направление течения соответствует тому направлению, в котором трудно улетучивающаяся текучая среда, т.е. в большинстве случаев жидкость, протекает через колонный аппарат без встроенных элементов, т.е. под действием сил гравитации, в направлении лапы 32 этого колонного аппарата 30. В указанной структурированной насадке 20 направление течения локально отклоняется от упомянутого главного направления течения, поскольку течение отклоняется насадочными листами 1 такой структурированной насадки.

Насадочные листы 1 структурированной насадки 20 имеют волнообразный профиль, причем за счет такого волнообразного профиля образуется множество открытых каналов, проточных каналов 11 (см. Фиг. 9). Эти проточные каналы 11 имеют первую впадину волну, первый гребень волны и второй гребень волны. Первый гребень волны и второй гребень волны ограничивают первую впадину волны. Указанные первый гребень волны и второй гребень волны имеют соответственно первую вершину и вторую вершину. Указанная первая впадина волны имеет дно впадины. По меньшей мере часть вершин может быть выполнена в виде кромки. По меньшей мере часть впадин волн могут быть выполнены v-образными. Стандартное расстояние между дном впадины и вершиной для всех гребней волн одного слоя по существу одинаково.

На Фиг. 9 показано несколько предлагаемых изобретением насадочных листов согласно четвертому примеру осуществления. Насадочный лист 1 содержит множество структурных элементов 2 и множество выгибов 4, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру 3 и вторую тонкую структуру 5. Эти первая и вторая тонкие структуры тянутся от нижнего конца насадочного листа 1 к верхнему концу насадочного листа 1 или к боковой кромке, соседней с указанным нижним концом или указанным верхним концом. Структурные элементы 2 при этом выполнены как вогнутый структурный элемент 2a или выпуклый структурный элемент 2b. Точно так же и выгибы 4 выполнены как вогнутый выгиб 4a или выпуклый выгиб 4b. Представленные на Фиг. 1 насадочные листы с первой и второй тонкими структурами 3, 5 снабжен наложенной гофрированной структурой 10. Гофрированная структура 10 имеет ребра с множеством вершин и впадин, причем впадины гофрированной структуры 10 выполнены как соседние проточные каналы 11. Указанные насадочные листы 1 представлены в той последовательности, в которой они упорядоченно установлены, соответственно, уложены друг на друга, объединены в структурированную насадку 20 и вдвинуты в насадочный слой колонного аппарата 30. Насадочный слой состоит как правило из множества структурированных насадок 20, которые устанавливаются друг над другом. При этом следующие друг за другом структурированные насадки 20 могут быть смещены на некоторый угол (например, 90°) вокруг оси колонны.

Изобретение относится к насадочному листу для структурированной насадки. Насадочный лист содержит множество структурных элементов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру, а между соседними структурными элементами имеется первое расстояние. Причем насадочный лист снабжен множеством выгибов, которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют вторую тонкую структуру, и при этом между соседними выгибами имеется второе расстояние. Указанные структурные элементы и выгибы выполнены без отверстий. Оптимизация структуры насадочного листа обеспечивает улучшенное распределение жидкости и, тем самым, лучшее его смачивание и увеличение поверхности, что приводит к повышению производительности при осуществлении массообмена и/или теплообмена между менее плотной текучей фазой и более плотной текучей фазой. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Насадочный лист для структурированной насадки (20), причем этот насадочный лист (1) содержит множество структурных элементов (2) и указанные структурные элементы (2) выполнены и расположены таким образом, что они образуют первую тонкую структуру (3), и при этом между соседними структурными элементами (2) имеется первое расстояние (a), причем указанный насадочный лист (1) содержит множество выгибов (4), которые выполнены и расположены таким образом, что они образуют вторую тонкую структуру (5), и при этом между соседними выгибами (4) имеется второе расстояние (b), причем первая тонкая структура и вторая тонкая структура выполнены с возможностью содействия распространению и распределению текучей среды по поверхности материала типа фольги и причем указанные структурные элементы (2) и указанные выгибы (4) выполнены без отверстий.

2. Насадочный лист по п. 1, причем первое расстояние (a) отличается от второго расстояния (b), предпочтительно второе расстояние (b) больше первого расстояния (a), особенно предпочтительно второе расстояние (b) по меньшей мере вдвое больше, чем первое расстояние (a).

3. Насадочный лист по п. 1, причем указанный насадочный лист (1) выполнен без отверстий.

4. Насадочный лист по п. 1, причем указанные структурные элементы (2) первой тонкой структуры (3) расположены вдоль первого семейства параллельных кривых, а указанные выгибы (4) второй тонкой структуры (5) расположены вдоль второго семейства параллельных кривых, причем первое семейство кривых и второе семейство кривых расположены друг к другу под углом λ поворота.

5. Насадочный лист по п. 1, причем второе расстояние (b) по меньшей мере вдвое больше, чем линейный размер одного из выгибов (4).

6. Насадочный лист по п. 1, причем структурный элемент (2) выполнен как вогнутый структурный элемент (2a) или выпуклый структурный элемент (2b) или выгиб (4) выполнен как вогнутый выгиб (4a) или выпуклый выгиб (4b).

7. Насадочный лист по п. 6, причем первая тонкая структура (3) выполнена таким образом, что вогнутые структурные элементы (2a) и выпуклые структурные элементы (2b) расположены поочередно, или вторая тонкая структура (5) выполнена таким образом, что вогнутые выгибы (4a) и выпуклые выгибы (4b) расположены поочередно.

8. Насадочный лист по п. 1, причем по меньшей мере один выгиб (4) имеет огибающую кромку (8).

9. Насадочный лист по п. 8, причем эта огибающая кромка (8) имеет по меньшей мере одну перфорацию (9).

10. Насадочный лист по п. 1, причем на первую и вторую тонкие структуры (3, 5) наложена гофрированная структура (10) и эта гофрированная структура (10) образует соседние проточные каналы (11).

11. Насадочный лист по п. 1, причем этот насадочный лист (1) содержит множество выемок и эти выемки выполнены и расположены таким образом, что они образуют третью тонкую структуру, причем между соседними выемками имеется третье расстояние.

12. Насадочный лист по п. 1, причем третье расстояние отличается от первого расстояния (a) и от второго расстояния (b), предпочтительно третье расстояние больше, чем первое и второе расстояния (a, b).

13. Насадочный лист по п. 1, причем выемки, в частности третья тонкая структура, выполнены в виде отверстий.

14. Структурированная насадка (20), содержащая множество насадочных листов (1), в частности параллельных насадочных листов (1), по меньшей мере один из которых выполнен по любому из пп. 1-13, причем соседние насадочные листы (1) соприкасаются и проточные каналы (11) соседних насадочных листов (1) пересекаются открытым образом.

15. Колонный аппарат (30), содержащий множество установленных друг над другом структурированных насадок (20), по меньшей мере одна из которых выполнена по п. 14.

16. Применение насадочного листа по любому из пп. 1-13 для осуществления массообмена и/или теплообмена между менее плотной текучей фазой и более плотной текучей фазой в массообменном аппарате, в частности в колонном аппарате (30), причем указанная менее плотная текучая фаза течет вверх, а указанная более плотная текучая фаза течет вниз, причем массообменный аппарат содержит структурированную насадку (20), и эта структурированная насадка содержит указанный насадочный лист, и указанная более плотная фаза по меньшей мере частично стекает в виде пленки по этому насадочному листу.