СЕТЧАТЫЙ СИММЕТРИЧНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ИЛИ КОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2024 года по МПК B01D3/32 B01D53/18 B01F23/00 

Настоящее изобретение относится к распределительному элементу для равномерного распределения первой текучей среды по плоскости сечения или к коллекторному элементу для сбора первой текучей среды, распределяемой по плоскости сечения, например, по плоскости сечения массообменной колонны, смесителя, диспергатора, пенообразующего устройства, химического реактора и т.п., в которых вторая основная текучая среда течет в прямоточном потоке и/или в противоточном потоке относительно к первой текучей среды через распределительный элемент.

Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству, такому как массообменная колонна, которая содержит один или несколько таких распределительных элементов и/или коллекторных элементов.

Во многих технических процессах, текучая среда должна быть равномерно распределена в плоскости сечения устройства, в то время как вторая текучая среда протекает через эту плоскость.

Обе текучие среды могут быть жидкостью или газом, или одна из текучих сред является газом, а другая жидкостью.

Примерами таких процессов являются процессы массообмена, такие как ректификация, абсорбция и т.п., процессы смешивания, процессы рассеивания, процессы вспенивания и т.п., а примерами соответствующих устройств являются химические реакторы, ректификационные колонны, абсорбционные колонны, газоочистители, испарители с падающей пленкой, кристаллизаторы пленки, аппараты осушки газа, смесительные устройства и т.п.

Как правило, распределительный элемент используется вместе с другим устройством, при этом распределительный элемент равномерно распределяет первую текучую среду на или поперек, соответственно, плоскости сечения другого устройства.

Другое устройство представляет собой, например, в массообменном процессе любой тип насадки, такой как структурированная насадка, тогда как в химических реакторах устройство представляет собой реактор, который работает с различными типами гетерогенных или гомогенных катализаторов, в испарителях с падающей пленкой, или пучок труб в кристаллизаторах пленки, насадку или смеситель в скрубберах и установках для осушки газа, один или несколько статических смесителей в устройствах для абсорбции газа в жидкости, для рассеивания или вспенивания.

Обычные распределительные элементы для жидкостей содержат открытые каналы, по которым жидкость переносится на равных расстояниях через отверстия непосредственно или через пластины опосредованно на плоскость, такую как поверхность структурированной насадки в массообменной колонне.

Такие распределительные элементы описаны, например, в патентах США 4,855,089, США 3,158,171 и EP 0 112 978 B1.

Однако эти распределительные элементы являются дорогостоящими.

Еще одним недостатком этих распределительных элементов является то, что во время их работы необходимо обеспечить, чтобы уровень жидкости был одинаковым во всех каналах, поскольку уровень жидкости определяет объемный расход через отверстия каналов.

Более того, по меньшей мере, некоторые из этих распределительных элементов имеют сравнимые высокие потери давления и препятствуют протеканию второго основного потока.

То же самое относится и к соответствующим коллекторным элементам.

Для распределения газа часто применяются распределительные фурмы.

Эти распределительные фурмы содержат сопла, которые должны быть выполнены так, чтобы во время работы объемный расход через них был одинаковым.

Подобные распределительные фурмы могут быть использованы для распределения жидкостей.

Несколько таких распределительных фурм могут быть объединены в решетку фурм.

Однако и эти распределительные элементы являются дорогими и сложными в эксплуатации, имеют сопоставимые высокие потери давления и препятствуют протеканию второго основного потока.

То же самое относится и к соответствующим коллекторным элементам.

В связи с этим, задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является обеспечение распределительного элемента, который равномерно распределяет первую текучую среду с высокой плотностью распределения по плоскости сечения, или коллекторного элемента, который равномерно собирает первую текучую среду, распределяемую по поверхности плоскости сечения, в частности, по плоскости сечения массообменной колонны, в то время как она, по существу, не мешает потоку второй текучей среды через эту плоскость, при этом распределительный или коллекторный элемент является легким и экономичным в изготовлении.

В соответствии с настоящим изобретением, эта задача решается путем обеспечения распределительного элемента для равномерного распределения первой текучей среды по плоскости сечения или коллекторного элемента для сбора первой текучей среды, распределяемой по плоскости сечения, при этом вторая основная текучая среда течет в прямотоке и/или в противотоке относительно первой текучей среды через распределительный элемент, причем распределительный элемент содержит, по меньшей мере, три пластины, расположенные, по меньшей мере, по существу, параллельно каждой, при этом между каждой из двух смежных пластин образован уровень, причем каждая из пластин имеет ряд отверстий, при этом в каждом из уровней расположены стенки, каждая из которых продолжается с одной стороны пластины на смежную сторону смежной пластины так, что каждая стенка образует канал, через который должна протекать вторая основная текучая среда, причем каналы непроницаемым для текучей среды образом соединяют все отверстия между смежными пластинами, при этом в каждом из уровней между стенками, образующими каналы, образовано одно или несколько полых пространств, через которые может протекать первая текучая среда, причем каждая из пластин содержит, по меньшей мере, один проход, не соединенный непроницаемым для текучей среды образом с одним или несколькими отверстиями смежной пластины каналом, расположенным смежным к одному из одного или нескольких полых пространств смежного уровня (уровней) таким образом, что в каждом уровне между проходами смежных пластин продолжаются, по меньшей мере, два пути для текучей среды, при этом все, по меньшей мере, из двух путей для текучей среды каждого уровня имеют, по существу, одинаковую длину, причем количество путей для текучей среды увеличивается, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, для 75% пластин от уровня к уровню.

Коллекторный элемент в соответствии с настоящим изобретением является идентичным распределительному элементу в соответствии с настоящим изобретением.

Однако при его использовании, коллекторный элемент перевернут относительно распределительного элемента, т.е. самая верхняя пластина распределительного элемента соответствует самой нижней пластине коллекторного элемента и наоборот.

В то время как каналы позволяют второй основной текучей среде, такой как газ, течь, например, подниматься, через распределительный или коллекторный элемент, по существу, без помех, пути для текучей среды, образованные в полых пространствах между стенками, образующим каналы каждого уровня, позволяют первой текучей среде, такой как жидкость, быть распределенной по плоскости сечения распределительного элемента или собранной поверх плоскости сечения коллекторного элемента, соответственно.

Поскольку количество путей для текучей среды увеличивается, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню, плотность распределения первой текучей среды увеличивается в том же направлении, обеспечивая в самом крайнем уровне распределительного или коллекторного элемента превосходно равномерное распределение первой текучей среды по плоскости сечения распределительного элемента.

Или, если смотреть с другой стороны распределительного или коллекторного элемента, изменение количества путей для текучей среды обеспечивает эффективный сбор первой текучей среды жидкости поверх плоскости сечения крайней пластины коллекторного элемента и эффективную концентрацию первой текучей среды в одной точке противоположной крайней пластины коллекторного элемента.

Равномерное распределение первой текучей среды поверх плоскости сечения распределительного элемента эффективно улучшается за счет того факта, что все пути для текучей среды каждого уровня имеют, по существу, одинаковую длину и сопротивление потоку.

По этой причине, первая текучая среда течет равномерно по всем доступным путям для текучей среды, а не избирательно через одни из них по сравнению с другими.

Таким образом, положение путей для текучей среды, имеющих, по существу, одинаковую длину (и, следовательно, одинаковое сопротивление потоку), и увеличение числа путей для текучей среды, наблюдаемых в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине, от уровня к уровню, синергетически приводят вместе к превосходному равномерному распределению от уровня к уровню распределительного элемента во время его использования.

В общем, распределительный элемент в соответствии с настоящим изобретением позволяет великолепно равномерно распределять первую текучую среду, такую как жидкость, по плоскости сечения, например, массообменной колонны, в то же время он, по существу, не мешает потоку второй текучей среды через плоскость и, следовательно, имеет во время работы низкую потерю давления.

Аналогичным образом, коллекторный элемент в соответствии с настоящим изобретением позволяет равномерно собирать первую текучую среду, такую как жидкость, распределяемую по плоскости сечения, например, массообменной колонны, в то время как он, по существу, не мешает потоку второй текучей среды через плоскость и, следовательно, имеет во время работы малую потерю давления.

В частности, распределительный элемент в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить особенно высокую плотность распределения, а коллекторный элемент в соответствии с настоящим изобретением позволяет собирать текучую среду, распределяемую по плоскости сечения, с особенно высокой плотностью распределения.

В частности, настоящее изобретение позволяет легко и экономично получить распределительный элемент, имеющий в нижней части до 200.000 и даже до 1.500.000 выпускных отверстий для текучей среды на квадратный метр.

Имеющиеся в продаже распределительные элементы имеют только от 100 до 200 выпускных отверстий для текучей среды на квадратный метр.

Еще одно особое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что распределительный или коллекторный элемент, как подробно описано ниже, может быть легко и экономично изготовлен, в частности, способом генеративного производства, таким как трафаретная печать.

Термины «отверстие» и «проход» используются в соответствии с настоящим изобретением в одном и том же значении, а именно, углублении или отверстии, соответственно, в пластине.

Однако, для большей ясности термин «отверстие» используется исключительно для обозначения углубления или проема в пластине, которое непроницаемым образом для текучей среды соединено каналом с одним или несколькими отверстием (отверстиями) в смежной пластине, тогда как термин «проход» используется исключительно для обозначения углубления или проема в пластине, не соединенных непроницаемым образом для текучей среды каналом с одним или несколькими отверстиями в смежной пластине.

Наоборот, любой «проход» является смежным с одним или несколькими полыми пространствами уровня (уровней), с которым проход является смежным.

Кроме того, термин, что каналы «непроницаемым образом для текучей среды соединяют все отверстия между смежными пластинами», означает, что каналы окружают отверстия смежных пластин и соединяют их друг с другом так, что вторая текучая среда, протекающая через отверстие одной пластины, направляется внутренней стенкой канала к отверстию смежной пластины и не может попасть в полое пространство (через которое протекает вторая текучая среда), находящееся вне каналов.

Это не обязательно означает, что каждый канал непроницаемым образом для текучей среды соединяет ровно одно отверстие пластины ровно с одним отверстием смежной пластины.

Наоборот, возможно, что один канал соединяет ровно одно отверстие пластины с двумя или более отверстиями смежной пластины или даже, что один канал соединяет два или более отверстий пластины с двумя или более отверстиями смежной пластины.

Однако любое отверстие пластины соединяется, по меньшей мере, с одним отверстием смежной пластины, и любое отверстие смежной пластины соединяется, по меньшей мере, с одним отверстием пластины.

Таким образом, каналы «непроницаемо для текучей среды соединяют все отверстия между смежными пластинами» и одновременно непроницаемо отделяют внутреннюю часть каналов от полого пространства (пространств) уровней.

Для этого стенка канала обычно прикрепляется к стороне пластины таким образом, что она полностью окружает или закрывает или заключает, соответственно, отверстие, тогда как стенка канала продолжается от этой стороны пластины через смежный уровень на противоположной стороне смежной пластины, где она полностью окружает или закрывает, соответственно, одно или несколько отверстий смежной пластины.

Более того, термин «по существу параллельные друг другу» означает, в соответствии с настоящим изобретением, что две смежные пластины не наклонены относительно друг друга более чем на 10°, предпочтительно, не более чем на 5°, более предпочтительно, не более чем на 2°, и еще более предпочтительно, не более чем на 1°.

Наиболее предпочтительно, чтобы две смежные пластины располагались параллельно друг другу, т.е. не наклонялись относительно друг к другу.

Кроме того, термин «уровень» означает, в соответствии с настоящим изобретением, пространство между верхней пластиной и нижней пластиной, при этом в этом пространстве расположены каналы, по которым должна протекать вторая основная текучая среда, и полое пространство (пространства), образующие пути для текучей среды.

Каждый «уровень» содержит каналы, разделенные между собой полыми пространствами.

Таким образом, общий объем каждого уровня представляет собой сумму объемов каналов плюс сумму объема (объемов) полого пространства (пространств).

Соответственно, термин «полое пространство» означает общий объем уровня за вычетом суммы объемов каналов за вычетом возможных дополнительных компонентов, предусмотренных в уровне, таких как перегородки и т.п., т.е. «полое пространство» представляет собой трехмерное пространство.

Если на уровне не предусмотрена перегородка (перегородки) и т.п., соединяющая некоторые наружные стороны двух или нескольких стенок канала друг с другом, уровень будет содержать только одно полое пространство.

Однако возможно соединить некоторые наружные стороны двух или более стенок канала друг с другом, например, посредством одной или нескольких перегородок для разделения оставшегося полого пространства на несколько полых пространств.

В отличие от термина «полое пространство», термин «путь текучей среды уровня» означает, в соответствии с настоящим изобретением, линию от прохода пластины, смежного к полому пространству уровня, через полое пространство к проходу смежной пластины, находящейся на противоположном участке полого пространства того же уровня.

За исключением только теоретически возможных конструкций пластин, на практике любой уровень будет включать более одного пути текучей среды, даже если уровень содержит только одно полое пространство.

В частности, это имеет место, когда, по меньшей мере, одна из обеих пластин имеет более одного прохода.

Другими словами, «путь текучей среды уровня» представляет собой линию (или путь, соответственно), по которой может двигаться жидкость, когда она входит в полое пространство уровня через проход одной пластины и выходит из полого пространства с противоположной стороны того же уровня через один из проходов смежной пластины.

В общем, если «полое пространство» представляет собой объем (а именно общий объем уровня за вычетом суммы объемов каналов), то «путь текучей среды» представляет собой линию (или путь, соответственно), соединяющую проход пластины через полое пространство с проходом смежной пластины.

Соответственно, длина «пути текучей среды уровня» представляет собой расстояние от прохода пластины, следующее по пути текучей среды через полое пространство уровня, до прохода смежной пластины, тогда как длина «пути текучей среды уровня распределительного или коллекторного элемента» представляет собой расстояние от прохода первой крайней пластины, следующее по путям текучей среды через полые пространства всех уровней, до прохода противоположной крайней пластины распределительного или коллекторного элемента.

«Пути для текучей среды каждого уровня», имеющие «по существу, одинаковую длину», означает в соответствии с настоящим изобретением, что каждый из путей для текучей среды уровня не отличается больше по длине по сравнению с длиной любого другого пути для текучей среды того же уровня более чем на 20%, предпочтительно, не более чем на 10%, более предпочтительно, не более чем на 5%, еще более предпочтительно, не более чем на 2% и еще более предпочтительно, не более чем на 1%.

Наиболее предпочтительно, конечно, чтобы все пути для текучей среды каждого уровня имели точно одинаковую длину.

Кроме того, «вторая основная текучая среда течет в прямотоке и/или в противотоке относительно первой текучей среде через распределительный или коллекторный элемент» означает, что вторая текучая среда течет от самого нижнего края элемента к самому верхнему краю элемента или наоборот, а также первая текучая среда течет от самого нижнего края элемента к самому верхнему краю элемента или наоборот.

Наконец, термин, согласно которому «количество путей для текучей среды увеличивается, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, для 75% пластин от уровня к уровню» означает что, по меньшей мере, 75% всех пластин распределительного или коллекторного элемента имеют меньшее количество путей для текучей среды, чем пластина, смежная в направлении, видимом от первой крайней пластины, к противоположной самой крайней пластине, т.е. смежной за пластиной.

Таким образом, если распределительный или коллекторный элемент состоит из трех пластин, все пластины должны соответствовать этому критерию.

Если распределительный или коллекторный элемент состоит от четырех до семи пластин, все пластины, кроме одной, должны удовлетворять этому критерию, если распределительный или коллекторный элемент состоит от восьми до одиннадцати пластин, все пластины, кроме двух, должны удовлетворять этому критерию и т.п.

Особенно предпочтительно, чтобы каналы, по которым должна протекать вторая основная текучая среда, были непроницаемым образом для текучей среды отделены стенками от всех из одного или нескольких полых пространств, образующих пути для текучей среды, через которые может протекать первая текучая среда.

Само собой разумеется, что эффекты настоящего изобретения достигаются в большей степени, чем больше пластин соответствует вышеупомянутому критерию.

Соответственно, предпочтительно, чтобы количество путей для текучей среды увеличивалось, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, для 80%, более предпочтительно, по меньшей мере, для 90%, даже более предпочтительно, по меньшей мере, для 95%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, для 98%, и наиболее предпочтительно, для всех пластина от уровня к уровню.

В соответствии с первым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается за счет увеличения количества каналов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню.

При увеличении количества каналов увеличивается количество стенок канала и, следовательно, количество точек отклонения в полом пространстве уровня, поэтому увеличивается количество путей для текучей среды.

В соответствии со вторым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается за счет увеличения количества проходов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню.

При увеличении количества проходов увеличивается количество возможных линий для следования первой текучей среды в полом пространстве уровня, поэтому увеличивается количество путей для текучей среды.

В соответствии с третьим конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, первый и второй конкретные предпочтительные варианты выполнения объединяются, т.е. приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается за счет увеличения количества каналов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню, и увеличения количества проходов пластины в том же направлении, от уровня к уровню.

В дальнейшем развитии идеи настоящего изобретения предполагает, что длины, по меньшей мере, 80% путей для текучей среды, продолжающихся от прохода первой крайней пластины до прохода противоположной крайней пластины распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, по существу, являются одинаковыми.

В этом варианте выполнения, не только пути для текучей среды одного уровня имеют, по существу, одинаковую длину, но также пути для текучей среды, продолжающиеся через весь распределительный или коллекторный элемент.

Также, в этом варианте выполнения, «по меньшей мере, по существу одинаковая длина», означает, что каждый из путей для текучей среды не отличается больше по длине по сравнению с длиной любого другого пути для текучей среды более чем на 20%, предпочтительно, не более чем на 10%, более предпочтительно, не более чем на 5%, еще более предпочтительно, не более чем на 2% и еще более предпочтительно, не более чем на 1%.

Наиболее предпочтительно, конечно, чтобы все пути для текучей среды, продолжающиеся через полный распределительный или коллекторный элемент каждого уровня, имели точно одинаковую длину.

Для подачи первой текучей среды на первый уровень контролируемым образом, в дополнительное развитии идеи настоящей патентной заявки предлагается, чтобы первая крайняя из трех пластин содержала впуск, через который переносится первая текучая среда в полое пространство, содержащее пути для текучей среды первого уровня.

Впуск может иметь форму трубы, которая покрывает проход первой крайней пластины, так что первая текучая среда может протекать по трубе и через проход в полое пространство, содержащее пути для текучей среды первого уровня.

Предпочтительно, проход и, таким образом, впуск расположен по центру в пластине и на ней, соответственно.

Более предпочтительно, длина, по меньшей мере, 90%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 95%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 98%, и наиболее предпочтительно, длина всех путей для текучей среды, продолжающихся от прохода первой крайней пластины до прохода противоположная крайней пластины распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, по существу, являются одинаковыми.

В соответствии с еще одним особенно предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, предполагается, что все отверстия, по меньшей мере, одной, по меньшей мере, из трех пластин распределительного или коллекторного элемента, по меньшей мере, по существу, равномерно расположены, по меньшей мере, в одной пластине.

Более предпочтительно, все отверстия каждой, по меньшей мере, из трех пластин, по меньшей мере, по существу, равномерно расположены в каждой, по меньшей мере, из трех пластин.

Это позволяет легко и точно гарантировать, что все пути для текучей среды уровня имеют, по существу, одинаковую длину.

В этом варианте выполнения дополнительно предпочтительно, что все каналы каждой, по меньшей мере, из трех пластин расположены, по меньшей мере, по существу, равномерно на каждом уровне между каждыми смежными двумя, по меньшей мере, из трех пластин, что означает, что каналы продолжаются перпендикулярно относительно поверхности пластины к поверхности смежной пластины.

По меньшей мере, по существу, равномерное расположение каналов в каждой, по меньшей мере, из трех пластин означает, что, предпочтительно, каждое из расстояний между центральной точкой одного отверстия и центральной точкой ближайшего смежного отверстия, по меньшей мере, одной и, предпочтительно, каждой, по меньшей мере, из трех пластин составляет от 80 до 120% среднего расстояния от центральных точек всех отверстий и ближайших к ним смежных отверстий соответствующей пластины.

Среднее расстояние от центральных точек всех отверстий и их ближайшими смежными отверстиями соответствующей пластины определяется путем измерения расстояний между центральными точками каждого отверстия и центральной точкой ближайшего к нему отверстия пластины, посредством суммирования всех этих измеренных значений расстояния пластины и деления суммы на количество отверстий пластины.

Такое равномерное расположение может быть легко достигнуто, когда отверстия каждой, по меньшей мере, из трех пластин расположены, по меньшей мере, по существу, в виде сетки, по меньшей мере, в одной и, предпочтительно, в каждой, по меньшей мере, из трех пластин.

В этом случае, пластина является каркасом, окружающим отверстия и проходы, т.е. каркас пластины образован всеми частями пластины, кроме отверстий и проходов, т.е. кроме всех отверстий, углублений и т.п.

Например, каркас каждой, по меньшей мере, из трех пластин содержит и, предпочтительно, состоит, по меньшей мере, по существу, из параллельных и перекрещивающихся планок, причем первая половина планок расположена в направлении длины, а вторая половина планок расположена в направлении ширины пластины.

Угол между каждой из планок первой половины и каждой из планок второй половины составляет от 70° до 110°, предпочтительно, от 80° до 100°, более предпочтительно, от 85° до 95°, и наиболее предпочтительно, около 90°, причем угол каждой планки первой половины и каждой из смежных с ней планок первой половины составляет от 160° до 200°, предпочтительно, от 170° до 190°, более предпочтительно, от 175° до 185°, и наиболее предпочтительно, около 180°, при этом угол каждой планки второй половины и каждой из смежных с ней планок второй половины составляет от 160° до 200°, предпочтительно, от 170° до 190°, более предпочтительно, от 175° до 185° и наиболее предпочтительно, около 180°.

Настоящее изобретение конкретно не ограничено касательно формы отверстий, по меньшей мере, трех пластин.

Например, отверстия могут иметь круглую, эллиптическую, овальную, прямоугольную или квадратную форму сечения.

Предпочтительно, все отверстия имеют одинаковую форму, и все отверстия каждой пластины имеют одинаковые размеры.

В частности, хорошие результаты получаются, когда отверстия каждой пластины имеют, по меньшей мере, по существу, прямоугольную или квадратную форму сечения, при этом края отверстий прямоугольника или квадрата, соответственно, могут быть закругленными.

По существу, прямоугольный или квадратный означает, что каждое отверстие ограничено четырьмя линейными краями каркаса пластины, при этом каждый угол между любыми двумя из четырех линейных краев составляет от 70° до 110°, предпочтительно, от 80° до 100°, более предпочтительно, от 85° до 95°, и наиболее предпочтительно, около 90°.

Для того чтобы легко добиться равномерного расположения отверстий и, по меньшей мере, по существу, одинаковой длины путей для текучей среды в смежном уровне, в дополнительном развитии идеи настоящего изобретения предлагается, чтобы отверстия, по меньшей мере, одной, а предпочтительно, каждой, по меньшей мере, из трех пластин, располагались на соответствующей пластине в (2)^m рядов и (2)^m колонн, где m представляет собой целое число от 1 до 10, предпочтительно, от 1 до 8, и более предпочтительно, от 2 до 6.

Хорошие результаты достигаются, в частности, когда все проходы, по меньшей мере, одной, по меньшей мере, из трех пластин расположены, по меньшей мере, по существу, равномерно, по меньшей мере, в одной пластине, а предпочтительно, все проходы каждой, по меньшей мере, из трех пластин расположены, по меньшей мере, по существу, равномерно, в каждой, по меньшей мере, из трех пластин.

Также, этот вариант выполнения позволяет легко гарантировать, что длины всех путей для текучей среды в смежном уровне, по меньшей мере, по существу, являются одинаковыми.

По меньшей мере, по существу, равномерное расположение проходов означает в этой связи, что каждое из расстояний между центральной точкой одного прохода и центральной точкой ближайшего смежного прохода, по меньшей мере, одной, а предпочтительно каждой, по меньшей мере, из трех пластин составляет от 80% до 120% среднего расстояния от центральных точек всех проходов и ближайших к ним смежных проходов соответствующей пластины.

Среднее расстояние от центральных точек всех проходов и их ближайшими смежными проходами соответствующей пластины определяется путем измерения расстояний между центральной точкой каждого прохода и центральной точкой ближайшего к нему прохода пластины, посредством суммирования всех этих измеренных значений расстояния пластины и деления суммы на количество проходов пластины.

Настоящее изобретение конкретно не ограничено формой проходов, по меньшей мере, трех пластин.

Например, проходы, по меньшей мере, одной из, а предпочтительно, каждой, по меньшей мере, из трех пластин имеют, по меньшей мере, по существу, круглую, крестообразную, прямоугольную или квадратную форму, предпочтительно, по меньшей мере, по существу, круглую или крестообразную форму, и наиболее предпочтительно, круглую или крестообразную форму.

Количество пластин распределительного или коллекторного элемента в соответствии с настоящим изобретением зависит от конкретного применения.

Однако, в целом, предпочтительно, чтобы распределительный или коллекторный элемент содержал от 3 до 15, более предпочтительно от 3 до 12, еще более предпочтительно, от 3 до 10 и наиболее предпочтительно, от 3 до 5 пластин, которые расположены, по меньшей мере, по существу, параллельно друг другу, образуя уровень между каждой из двух смежных пластин.

Все пластины распределительного или коллекторного элемента могут быть расположены, по меньшей мере, по существу, горизонтально.

По существу, горизонтально означает, что каждая пластина не отклоняется относительно горизонтальной плоскости более чем на 10°, предпочтительно, не более чем на 5°, более предпочтительно, не более чем на 2° и еще более предпочтительно, не более чем на 1°. Наиболее предпочтительно, каждая пластина расположена горизонтально, т.е. не наклонена по отношению к горизонтальной плоскости.

Как изложено выше, в соответствии с первым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается за счет увеличения количества каналов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню. Это может быть достигнуто посредством использования фрактальных пластин.

Фрактальная пластина определяется в соответствии с настоящим изобретением как пластина, имеющая, если она расположена (если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине) за другой пластиной, более высокое количеством отверстий, чем другая пластина, и, если она является первой крайней пластиной распределительного или коллекторного элемента, более низкое количество отверстий, чем смежная пластина.

Количество фрактальных пластин распределительного или коллекторного элемента в соответствии с настоящим изобретением зависит от конкретного применения. Однако, в целом, предпочтительно, чтобы распределительный или коллекторный элемент содержал, по меньшей мере, две, предпочтительно, по меньшей мере, три, более предпочтительно, от 2 до 15, еще более предпочтительно, от 3 до 12, еще более предпочтительно от 3 до 10 и наиболее предпочтительно от 3 до 5 фрактальных пластин, при этом каждая из фрактальных пластин содержит меньшее количество отверстий, чем фрактальная пластина, смежная сзади (то есть смежная в направлении от первой крайней до противоположной крайней фрактальной пластины распределительного или коллекторного элемента) фрактальной пластины. Предпочтительно, все фрактальные пластины являются смежными друг с другом, без какой либо не фрактальной пластины между ними.

Хорошие результаты в частности, достигаются, когда все фрактальные пластины являются смежными друг с другом без какой-либо не фрактальной пластины между ними, с первой фрактальной пластиной, являющейся крайней пластиной распределительного или коллекторного элемента.

Чтобы легко и надежно достичь, по меньшей мере, по существу, одинаковой длины путей для текучей среды уровня, дополнительно предлагается, что отверстия каждой из фрактальных пластин являются, по меньшей мере, по существу, подобными сетке, расположенными в соответствующей пластине. Это является легко достижимым, когда отверстия каждой из фрактальных пластин являются, по меньшей мере, по существу, прямоугольными или квадратными.

В соответствии с настоящим вариантом выполнения, количество отверстий в каждой фрактальной пластине (или передней фрактальной пластине, соответственно) ниже, чем количество отверстий фрактальной пластины (или задней фрактальной пластины, соответственно), смежной с ней в направлении от первой крайней к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента.

Все термины, «передняя», «задняя», «перед», «сзади» и тому подобные в связи с относительным расположением одинарных пластин следует понимать по отношению к направлению от первой крайней до противоположной крайней пластины распределительного или коллекторного элемента. Первая крайняя пластина распределительного или коллекторного элемента представляет собой пластину из двух крайних пластин распределительного или коллекторного элемента, причем смежный уровень имеет меньше путей для текучей среды, чем уровень, смежный с другой из двух крайних пластин распределительного или коллекторного элемента.

Для достижения равномерного распределения первой текучей среды по плоскости сечения, предпочтительно, чтобы количество отверстий в каждой задней фрактальной пластине было кратно количеству отверстий в соответствующей смежной передней фрактальной пластине. Особенно хорошие результаты получаются, как компромисс между стремлением минимизировать общее количество фрактальных пластин в распределительном или коллекторном элементе и стремлением к достижению очень высокой плотности распределения, когда каждая задняя фрактальная пластина имеет в 4 раза больше отверстий, чем смежная передняя фрактальная пластина. Следовательно, особенно предпочтительно, чтобы количество отверстий в каждой фрактальной пластине составляло 4 x (4)ⁿ, где n представляет собой количество соответствующих фрактальных пластин относительно первой крайней фрактальной пластины, при этом первая крайняя фрактальная пластина является фрактальной пластиной 1.

Как указано выше, количество отверстий в каждой задней фрактальной пластине больше, чем количество отверстий в соответствующей смежной передней фрактальной пластине. Подобно этому, предпочтительным является, чтобы количество проходов в каждой задней фрактальной пластине было больше, чем количество проходов в соответствующей смежной передней фрактальной пластине. Более конкретно, предпочтительно, чтобы каждая фрактальная пластина содержала множество проходов, при этом количество проходов составляет между 0,1% и 200%, предпочтительно, между 0,5% и 50%, более предпочтительно, между 1% и 20%, еще более предпочтительно, между 3% и 10%, и наиболее предпочтительно, примерно 6,25% от количества отверстий в той же фрактальной пластине.

Как изложено выше, в соответствии со вторым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается за счет увеличения количества проходов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню. Это может быть достигнуто посредством использования, по меньшей мере, одной распределительной пластины.

Распределительная пластина определяется в соответствии с настоящим изобретением как пластина, имеющая, если она расположена (если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине) позади (т.е. в обратном направлении) другой пластины, такое же количество отверстий, чем другая пластина (т.е. расположенная перед, т.е. которая впереди), и, если она является первой крайней пластиной распределительного или коллекторного элемента, такое же количество отверстий, чем смежная пластина.

Количество распределительных пластин распределительного или коллекторного элемента в соответствии с настоящим изобретением зависит от конкретного применения. Однако, в целом, предпочтительно, чтобы распределительный или коллекторный элемент содержали, по меньшей мере, две, предпочтительно, по меньшей мере, три, более предпочтительно от 3 до 15, но более предпочтительно от 3 до 12, еще более предпочтительно от 3 до 10, и наиболее предпочтительно, от 3 до 5 распределительных пластин, при этом каждая из распределительных пластин имеет большее количество проходов, чем смежная передняя пластина, если присутствует.

Предпочтительно, каждая, по меньшей мере, из одной распределительной пластины имеет ту же форму, что и смежная передняя пластина, и, если смежная передняя пластина отсутствует, такую же форму, что и смежная задняя пластина, и при этом отверстия образованы, по меньшей мере, в каждой из одной распределительной пластине в тех же местах расположения, что и на смежной передней пластине, и, если отсутствует смежная верхняя пластина, в тех же местах, что и на смежной задней пластине.

В частности, хорошие результаты достигаются, когда все распределительные пластины являются смежными друг к другу, а между ними не имеется нераспределительной пластины. Если распределительный или коллекторный элемент содержит, по меньшей мере, одну фрактальную пластину, предпочтительно, что все распределительные пластины являются смежными друг с другом, без какой-либо нераспределительной пластины между ними, и расположены - если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине - позади всех из, по меньшей мере, одной фрактальной пластины.

Чтобы легко и надежно достичь, по меньшей мере, по существу, одинаковой длины путей для текучей среды уровня, дополнительно предлагается, что отверстия каждой из распределительных пластин являются, по меньшей мере, по существу, подобными сетке, расположенными в соответствующей пластине. Это является легко достижимым, когда отверстия каждой из распределительных пластин являются, по меньшей мере, по существу, прямоугольными или квадратными.

Как изложено выше, в соответствии с третьим конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, приращение количества путей для текучей среды от уровня к уровню достигается посредством увеличения количества каналов, если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента, от уровня к уровню, и посредством увеличения количества проходов пластины в том же направлении, от уровня к уровню. В этом варианте выполнения, распределительный или коллекторный элемент, предпочтительно, содержит, по меньшей мере, два, предпочтительно, по меньшей мере, три, более предпочтительно от 2 до 15, еще более предпочтительно, от 3 до 12, еще более предпочтительно, от 3 до 10 и наиболее предпочтительно, от 3 до 5 фрактальных пластин, и от 1 до 3, а предпочтительно, 2 или 3 распределительные пластины. Предпочтительно, что все фрактальные пластины являются смежными друг другу, не имея никакой не фрактальной пластины между ними, и все распределительные пластины являются смежными друг другу, не имея никакой нераспределительной пластины между ними. Еще более предпочтительно, все распределительные пластины расположены - если смотреть в направлении от первой крайней пластины к противоположной крайней пластине - позади, по меньшей мере, одной фрактальной пластины.

В соответствии с четвертым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, распределительный или коллекторный элемент содержит только фрактальные пластины, и предпочтительно, от 2 до 15, более предпочтительно, от 3 до 12, еще более предпочтительно, от 3 до 10, и наиболее предпочтительно, от 3 до 5 фрактальных пластин.

В соответствии с пятым конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, распределительный или коллекторный элемент содержит только распределительные пластины, и предпочтительно, от 3 до 15, более предпочтительно, от 3 до 12, еще более предпочтительно, от 3 до 10 и наиболее предпочтительно, от 3 до 5 распределительных пластин.

В дополнительном варианте третьего конкретного предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения, предполагается, что распределительный или коллекторный элемент соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, две фрактальные пластины, включающие первую крайнюю фрактальную пластину и смежную вторую фрактальную пластину, при этом первая крайняя фрактальная пластина имеет, по меньшей мере, по существу, прямоугольную или квадратную форму и содержит 16 расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, прямоугольных или квадратных отверстий, каждое из которых имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер и форму, при этом 16 отверстий расположены в первой крайней фрактальной пластине на равном расстоянии в 4 ряда и 4 колонн отверстий. Предпочтительно, каждое из 16 отверстий первой крайней фрактальной пластины окружено стенкой, продолжающейся, по меньшей мере, по существу, перпендикулярно от нижней поверхности от первой крайней фрактальной пластины к верхней поверхности смежной второй фрактальной пластины, таким образом, образуя на первом уровне между первой и второй пластиной 16 замкнутых каналов, через которые должна протекать вторая основная текучая среда.

Отверстия, имеющие одинаковый размер, означают, что площадь одного из этих отверстий отличается не более чем на 20%, предпочтительно, не более чем на 10%, более предпочтительно, не более чем на 5%, и наиболее предпочтительно, не более чем на 2% от площади каждого из этих отверстий.

Хорошие результаты достигаются в этом варианте, когда вторая фрактальная пластина, расположенная прилегающей к первой крайней фрактальной пластине, имеет, по меньшей мере, по существу, прямоугольную или квадратную форму и содержит 64 расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, прямоугольных или квадратных отверстия, каждое из которых имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер и форму, при этом 64 отверстия расположены во второй фрактальной пластине на равном расстоянии друг от друга в 8 рядов и 8 колонн отверстий, причем каждое из 64 отверстий второй фрактальной пластины окружено стенкой, продолжающейся, по меньшей мере, по существу, перпендикулярно от нижней поверхности второй фрактальной пластины к верхней поверхности задней третьей пластины, таким образом, образуя на втором уровне (который образован между второй и смежной сзади третьей пластиной) 64 закрытых каналов, через которые должна протекать вторая основная текучая среда.

Предпочтительно, вторая фрактальная пластина содержит 4 прохода, соединяющие полое пространство, содержащее пути для текучей среды первого уровня, с путями второго уровня, при этом один проход образован в точке пересечения между четырьмя каналами первой и второй колонн первого и второго рядов, один проход образован в точке пересечения между четырьмя каналами третьей и четвертой колонн первого и второго рядов, один проход образован в точке пересечения между четырьмя каналами первой и второй колонн третьего и четвертого рядов, и один проход образован в точке пересечения между четырьмя каналами третьей и четвертой колонн третьего и четвертого рядов.

Возможно, один или несколько путь (путей) для текучей среды могут быть образованы разделительными стенками, которые должным образом размещены в полом пространстве (пространствах) между стенками канала. Альтернативно, единственный путь (пути) для текучей среды, могут быть образованы путем заполнения частей зазоров, образованных между каналами, через которые должна протекать вторая основная текучая среда, тогда как другие зазоры, образованные между каналами, через которые должен протекать поток второй основной текучей среды остаются открытыми, образуя, таким образом, путь (пути) для текучей среды.

Более того, предпочтительным является в этом варианте настоящего изобретения, что распределительный или коллекторный элемент содержит, по меньшей мере, третью фрактальную пластину, расположенную позади второй фрактальной пластины, при этом третья фрактальная пластина имеет, по меньшей мере, по существу, прямоугольную или квадратную форму и содержит 256 расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, прямоугольных или квадратных отверстия, каждое из которых имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер и форму, при этом 256 отверстий расположены в третьей фрактальной пластине на равном расстоянии в 16 рядов и 16 колонн отверстий. Каждое из 256 отверстий третьей фрактальной пластины окружено стенкой, продолжающейся, по меньшей мере, по существу, перпендикулярно от нижней поверхности от третьей фрактальной пластины к верхней поверхности пластины позади, таким образом, образуя на третьем уровне (который образован между третьей и смежной позади четвертой пластиной) 256 замкнутых каналов, через которые должна протекать вторая основная текучая среда. Под каждым из отверстий второй фрактальной пластины расположены 4 отверстия третьей фрактальной пластины.

В дополнительном развитии идеи настоящего изобретения предполагается, что в этом варианте третья фрактальная пластина содержит 16 проходов, соединяющих полые пространства, содержащие пути для текучей среды второго уровня, с путями третьего уровня, причем проходы образованы в путях для текучей среды в точках пересечения между колоннами 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 15 рядами 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 15. Предпочтительно, распределительный или коллекторный элемент в этом варианте содержит позади третьей фрактальной пластины, четвертую фрактальную пластину, имеющую, по меньшей мере, по существу, прямоугольную или квадратную форму, и содержащую 1.024 расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, прямоугольных или квадратных отверстий, каждое из которых имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер и форму, при этом 1.024 отверстия расположены в четвертой фрактальной пластине на равном расстоянии в 32 ряда и 32 колонны отверстий.

Особенно хорошие результаты достигаются, когда в приведенном выше варианте за последней фрактальной пластиной расположена распределительная пластина, которая имеет такую же форму, такое же количество и размеры отверстий, как и последняя фрактальная пластина, при этом распределительная пластина не имеет проходов в путях для текучей среды в точках пересечения ниже тех, в которых расположены проходы последней фрактальной пластины, но при этом распределительная пластина имеет проходы в любой точке пересечения, смежной с теми, в которых расположены проходы последней фрактальной пластины. Предпочтительно, позади распределительной пластины расположены от одной до пяти, более предпочтительно, от одной до четырех, и наиболее предпочтительно, две, три или четыре дополнительных распределительных пластины, которые имеют такую же форму и такое же количество и размеры отверстий, что и последняя фрактальная пластина и распределительная пластина, при этом каждая из дополнительных распределительных пластин имеет большее количество проходов, чем ее смежная передняя пластина.

В дополнительном развитии идеи этого изобретения, предлагается, чтобы распределительный или коллекторный элемент этого варианта содержал от одной до шести, предпочтительно, от одной до пяти и, более предпочтительно, две, три, четыре или пять распределительных пластин, которые все имеют одинаковую форму и одинаковое количество и размеры отверстий, при этом каждая из распределительных пластин имеет большее количество проходов, чем смежная с ней верхняя распределительная пластина.

Как указано выше, между каждыми двумя пластинами образован уровень, через который продолжаются каналы и в котором расположены пути для текучей среды. Высота каждого уровня, т.е. расстояние между его верхней и нижней пластинами, может быть постоянной. Однако, в соответствии с дополнительным конкретным предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, расстояние между уровнями варьируется, тогда, как более предпочтительно, высота каждого уровня уменьшается от уровня, смежного к первой крайней пластине, до уровня, смежного к противоположной крайней пластине распределительного или коллекторного элемента. Это имеет то преимущество, что сопротивление потоку на каждом уровне является не слишком высоким. Высота каждого уровня или, по меньшей мере, первого уровня может составлять между 0,2 и 250 мм, более предпочтительно, между 1 и 100 мм и наиболее предпочтительно, между 2 и 50 мм.

Отверстия каждой из пластин могут иметь диаметр от 1 до 500 мм, более предпочтительно, от 1,5 до 100 мм, и наиболее предпочтительно, от 2 до 50 мм. Как указано выше, предпочтительно, чтобы размер или диаметр, соответственно, отверстий уменьшался от первой фрактальной пластины к последней фрактальной пластине, если какая либо фрактальная пластина присутствует. Предпочтительно, чтобы все отверстия каждой пластины имели, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер или диаметр, соответственно.

Проходы каждой из пластин могут иметь размер или диаметр, соответственно, от 0,1 до 100 мм, более предпочтительно, от 0,2 до 50 мм, и наиболее предпочтительно, от 0,4 до 20 мм. Предпочтительно, все проходы каждой пластины имеют, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер, например, диаметр.

Каждый из проходов, предпочтительно, имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковый размер, что означает, что площадь одного из этих проходов отличается не более чем на 20%, предпочтительно, не более чем на 10%, более предпочтительно, не более чем на 5%, и наиболее предпочтительно, не более чем на 2% от площади каждого из этих проходов.

Предпочтительно самая нижняя пластина распределительного элемента или самая верхняя пластина коллекторного элемента имеет от 1.000 до 1.500.000, и более предпочтительно, от 20.000 до 200.000 выпусков для текучей среды на квадратный метр.

Распределительный или коллекторный элемент, то есть каждая из пластин, стенок каналов и, если они имеются, перегородок, могут быть изготовлены из любого подходящего материала, такого как керамический материал, пластик, металл, сплав, композитный материал или подобного. Особенно предпочтительными материалами являются техническая керамика, такая как карбид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия, муллит и кордиерит, или металлические материалы, но не ограничиваясь ими, такие как алюминиевые сплавы или нержавеющая сталь, или широкий ряд пластиковых материалов.

Особое преимущество распределительного элемента в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что его можно легко изготовить генеративным способом, таким как трафаретная печать, например, способом, описанным в публикации WO 2016/095059 A1.

Согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к устройству, которое содержит один или несколько вышеупомянутых распределительных элементов и/или один или несколько вышеупомянутых коллекторных элементов.

Например, устройство может представлять собой массообменную колонну, смеситель, диспергатор, пенообразователь, химический реактор, кристаллизатор или испаритель.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, устройство представляет собой массообменную колонну и содержит ниже одного или нескольких распределительных элементов и/или выше одного или нескольких коллекторных элементов массообменную структуру, выбранную из группы, состоящей из контактных тарелок, неупорядоченных насадок и структурированных насадок.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, устройство представляет собой массообменную колонну и содержит ниже одного или нескольких распределительных элементов и/или выше одного или нескольких коллекторных элементов массообменную структуру, которая имеет сотовую форму, включающая капилляры, при этом стенки, образующие каналы, имеют ступенчатую форму или выполнены из ткани или представляют собой пенопласты с открытыми порами произвольной формы. Такие массообменные структуры более подробно описаны в публикациях WO 2014/043823 A1 и WO 2017/167591 A1.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, устройство содержит ниже одного или нескольких распределительных элементов и/или выше одного или нескольких коллекторных элементов массообменную структуру, которая включает зону контакта, причем зона контакта предназначена для проведения второй текучей среды, и при этом в зоне контакта, первая текучая среда может быть приведена в контакт со второй текучей средой, причем в зоне контакта предусмотрен, по меньшей мере, один прерыватель потока для прерывания потока второй текучей среды.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, устройство содержит ниже одного или нескольких распределительных элементов и/или выше одного или нескольких коллекторных элементов массообменную структуру, которая выбрана из группы, состоящей из тканей, материалов с открытыми порами, капилляров, ступенчатых структур и произвольных комбинаций двух или более вышеупомянутых структур.

Другим аспектом настоящего изобретения является применение вышеупомянутого распределительного элемента для равномерного распределения первой текучей среды по плоскости сечения и/или вышеупомянутого коллекторного элемента в соответствии с любым из предшествующих пунктов для сбора первой текучей среды, распределяемой по поверхности плоскости сечения, включающий этап протекания первой текучей среды, по меньшей мере, в одно из одного или более полых пространств, образующих пути для текучей среды, и протекания второй текучей среды через каналы распределительного элемента, при этом распределительный элемент, предпочтительно, используется в массообменной колонне, смесителе, диспергаторе, пенообразователе или химическом реакторе.

Впоследствии, настоящее изобретение описывается посредством иллюстративных, но не ограничивающих фигур.

Фиг.1 показывает вид сбоку в перспективе распределительного элемента согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.2 показывает вид сверху распределительного элемента по фиг.1.

Фиг.3а показывает вид сечения первого уровня ниже первой фрактальной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.3b показывает схематичный вид по фиг.3а.

Фиг.4а показывает вид сечения второго уровня ниже второй фрактальной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.4b показывает схематичный вид по фиг.4а.

Фиг.5а показывает вид сечения третьего уровня ниже третьей фрактальной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.5b показывает схематичный вид по фиг.5а.

Фиг.6а показывает вид сечения четвертого уровня ниже первой распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.6b показывает схематичный вид по фиг.6а.

Фиг.6с показывает схематично часть фиг.6b, увеличенной.

Фиг.7а показывает схематичный вид пятого уровня ниже второй распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.7b показывает схематично часть фиг.7а увеличенной.

Фиг.7с показывает схематичный вид шестого уровня ниже третьей распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.7d показывает схематично часть фиг.7с, увеличенной.

Фиг.7е показывает схематичный вид седьмого уровня ниже четвертой распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.1.

Фиг.7f показывает схематично часть фиг.7е, увеличенной.

Фиг.8 показывает вид сбоку в перспективе внутренней части массообменной колонны, включающей распределительный элемент, структурированную насадку и коллекторный элемент согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.9 показывает вид сбоку в перспективе внутренней части массообменной колонны, включающей в себя множество распределительных элементов, множество структурированных насадок и множество коллекторных элементов согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.10 показывает фрактальную пластину согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.11 показывает распределительный элемент, включающий первую фрактальную пластину согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.12 показывает вид сбоку в перспективе распределительного элемента согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.13 показывает вид сверху распределительного элемента, показанного на фиг.12.

Фиг.14а показывает вид сечения первого уровня ниже первой распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.12.

Фиг.14b показывает схематичный вид по фиг.14а.

Фиг.15а показывает вид сечения второго уровня ниже второй распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.12.

Фиг.15b показывает схематичный вид по фиг.15а.

Фиг.16а показывает вид сечения третьего уровня ниже третьей распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.12.

Фиг.6b показывает схематичный вид по фиг.16а.

Фиг.17а показывает вид сечения четвертого уровня ниже четвертой распределительной пластины распределительного элемента, показанного на фиг.12.

Фиг.17b показывает схематичный вид по фиг.17а.

Фиг.1 показывает вид сбоку в перспективе распределительного элемента 10 согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения. Распределительный элемент 10 содержит три фрактальные пластины 12, 12’, 12’’ и ниже третьей фрактальной пластины 12’’’ пять распределительных пластин 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v. Между каждыми двумя смежными пластинами 12, 12’, 12’’, 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v образован уровень 18. Каждая пластина 12, 12’, 12’’, 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v содержит отверстия 20, при этом каждое отверстие 20 имеет квадратное сечение с закругленными краями. Каждое отверстие 20 окружено стенкой 22, образующей на каждом уровне 18 ниже каждой пластины 12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16'''16’^v канал 24, через который должна протекать вторая основная текучая среда. Над центром первой фрактальной пластины 12 расположен впуск 26 в виде трубы, по существу, с крестообразным сечением.

Фиг.2 показывает вид сверху распределительного элемента 10, показанного на фиг.1. Самая верхняя фрактальная пластина 12 содержит шестнадцать расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, квадратных отверстий 20 имеющих закругленные края. Каждое из отверстий 20 имеет одинаковый размер и форму, при этом 16 отверстий расположены в первой самой верхней фрактальной пластине 12 на равном расстоянии в 4 ряда и 4 колонны отверстий 20. По существу, крестообразный проход 28 расположен в центре первой фрактальной пластины 12 и окружен впуском 26, имеющим соответствующую форму.

Фиг.3а показывает вид сечения первого уровня 18 ниже первой фрактальной пластины 12 и выше второй фрактальной пластины 12' распределительного элемента 10, показанного на фиг.1, а фиг.3b показывает схематичный вид по фиг.3а.

Ниже отверстий 20 самой верхней фрактальной пластины 12 расположены шестнадцать каналов 24, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, продолжающейся от нижней поверхности самой верхней первой фрактальной пластины 12 на верхнюю поверхность второй фрактальной пластины 12'. Окружностью 28 на фиг.3b схематично показано расположение прохода 28, образованного в самой верхней фрактальной пластине 12, через который первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 в первый уровень 18. Даже если проход 28, образованный в самой верхней фрактальной пластине 12, имеет, как показано на фиг.2, по существу, крестообразную форму, проход пластины 12, расположенный выше уровня 18, показанного на фиг.3b, показан на фиг.3b и на последующих схематичных фигурах 4b и 5b кружком, чтобы показать, что он является «входным проходом», т.е. проходом, через который жидкость протекает в уровень 18. В отличие от этого, проходы 28', 28'', 28''', 28’^v пластины 12', расположенные ниже уровня 18, показанного на фиг.3b, показаны на фиг.3b и на последующих дополнительных схематичных фигурах 4b, 5b, 6b, 7a, 7c и 7e прямоугольными, чтобы показать, что они являются «выпускными проходами», т.е. проходами, через которые жидкость протекает на следующий нижний уровень.

Между некоторыми из стенок 22 канала расположены перегородки 32 стенок, которые образуют полое пространство, образующее восемь путей 33 для текучей среды между четырьмя центральными каналами 20 первого уровня 18 и вокруг них. Каждый из восьми путей 33 для текучей среды первого уровня 18 имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковую длину. Направление потока первой текучей среды во время работы распределительного элемента 10 в восьми путях 33 для текучей среды, образованных полым пространством, схематично показано стрелками 34. Те части каналов 24, через которые первая текучая среда не может проходить из-за разделительных стенок 32, показаны на фиг.3b затененными или заштрихованными, соответственно.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая в полое пространство первого уровня 18 через впуск 26 и центральный проход 28 первой самой верхней фрактальной пластины 12, течет по восьми путям 33 для текучей среды, образованным в полом пространстве между четырьмя центральными каналами 24, при котором первая текучая среда отклоняется на перегородках 32 стенок и направляется к четырем проходам 28', 28'', 28''', 28’^v второй фрактальной пластины 12', из которой она течет вниз на второй уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется на первом уровне из одной центральной точки 28 по восьми путям 33 для текучей среды, образованным каналами 24 и перегородками 32, и собирается в четырех проходах 28', 28'', 28''', 28’^v.

Фиг.4а показывает вид сечения второго уровня ниже второй фрактальной пластины 12’ и выше третьей фрактальной пластины 12’’ распределительного элемента 10, показанного на фиг.1, а фиг.4b показывает схематичный вид по фиг.4а. Шестьдесят четыре канала 24 расположены ниже отверстий 20 второй фрактальной пластины 12’, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности второй фрактальной пластины 12’ на верхнюю поверхность третьей фрактальной пластины 12’’. Четыре окружности 28 схематично показывают расположение проходов 28, образованных во второй фрактальной пластине 12’, через который первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 во второй уровень 18.

Опять же, проходы 28 пластины 12’’, расположенные выше уровня, показанного на фиг.4b, показаны на фиг.4b в виде круга, даже если проходы 28', 28'', 28''', 28’^v образованные в верхней фрактальной пластине 12’’, имеют, как показано на фиг.3а, по существу, крестообразную форму, чтобы показать, что они являются «входными проходами» 28, т.е. проходами 28, через которые жидкость протекает в уровень. В отличие от этого, проходы 28', 28'', 28''', 28’^v пластины 12'', расположенные ниже уровня, показанного на фиг.4b, показаны на фиг.4b прямоугольными, чтобы показать, что они являются «выходными проходами» 28', 28'', 28''', 28’^v, т.е. проходами 28', 28'', 28''', 28’^v, через которые жидкость протекает на следующий нижний уровень.

Между некоторыми из стенок 22 канала расположены перегородки 32, которые образуют 32 пути 33 для текучей среды, причем каждый путь для текучей среды образовывается, соответственно, полыми пространствами между четырьмя каналами 20 и вокруг них, окружающими проход 28' второй фрактальной пластины 12'. Направление потока первой текучей среды при работе распределительного элемента 10 схематично показано стрелками 34.

Опять же, те части каналов 24, через которые первая текучая среда не может проходить из-за разделительных стенок 32, показаны на фиг.4b затененными или заштрихованными, соответственно. Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая на второй уровень через проходы 28, течет по 32 путям 33 для текучей среды, образованным в полых пространствах между соответствующими каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется на перегородках 32 и направляется к шестнадцати проходам 28', 28'', 28''', 28’^v третьей фрактальной пластины 12'', из которой течет вниз на третий уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется на втором уровне от четырех проходов 28 до шестнадцати проходов 28’, 28’’, 28’’’, 28’^v.

Фиг.5а показывает вид сечения третьего уровня 18 ниже третьей фрактальной пластины 12’’ и выше первой распределительной пластины 16 распределительного элемента 10, показанного на фиг.1, а фиг.5b показывает схематичный вид по фиг.5а. Сто пятьдесят шесть каналов 24 расположены ниже отверстий 20 третьей фрактальной пластины 12’’, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности третьей фрактальной пластины 12’’ на верхнюю поверхность первой распределительной пластины 16. Шестнадцать окружностей 28 схематично показывают расположение проходов 28’, 28’’, 28’’’, 28’^v , образованных в третьей фрактальной пластине 12’’, через которые первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 в третий уровень 18.

Опять же, проходы 28 пластины 12’’, расположенные выше уровня, показанного на фиг.5b, показаны на фиг.5b в виде круга, даже если проходы 28', 28'', 28''', 28’^v образованные в верхней фрактальной пластине 12’’ имеют, как показано на фиг.4а, по существу, крестообразную форму, чтобы показать, что они являются «входными проходами» 28, т.е. проходами 28, через которые жидкость протекает в уровень. В отличие от этого, проходы 38 распределительной пластины 16, расположенные ниже уровня, показанного на фиг.5b, показаны на фиг.5b прямоугольными, чтобы показать, что они являются «выходными проходами» 38, т.е. проходами 38, через которые жидкость протекает на следующий нижний уровень. Однако на самом деле, как показано на фиг.5а, проходы 38 распределительной пластины 16, а также проходы всех нижних распределительных пластин 16', 16'', 16''', 16’^v являются не круглыми, как в верхних фрактальных пластинах 12, 12', 12''', а, по существу, крестообразными.

Между некоторыми из стенок канала 22 расположены перегородки (не показаны на фиг.5а и фиг.5b), которые образуют 128 путей 33 для текучей среды, причем каждый путь 33 для текучей среды определен или образован, соответственно, в полых пространствах третьего уровня. Направление потока первой текучей среды при работе распределительного элемента 10 схематично показано стрелками 34. Опять же, те части каналов 24, через которые первая текучая среда не может проходить из-за перегородок 32, показаны на фиг.5b затененными или заштрихованными, соответственно.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая на третий уровень через проходы 28, течет по 128 путям 33 для текучей среды, образованным в полых пространствах между соответствующими каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется на перегородках стенок и направляется к шестидесяти четырем проходам 38 первой распределительной пластины 16, из которой течет вниз на четвертый уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется в третьем уровне от шестнадцати проходов 28 до шестидесяти четырем проходам 38.

Фиг.6а показывает вид сечения четвертого уровня ниже первой распределительной пластины и выше второй распределительной пластины 16’ распределительного элемента, показанного на фиг.1. Фиг.6b показывает схематичный вид по фиг.6а, а фиг.6с показывает часть фиг.6b, увеличенной.

Первая распределительная пластина 16 имеет такую же форму и такое же количество и размеры отверстий 20, как и третья фрактальная пластина 12'', при этом первая распределительная пластина 16 не имеет проходы 38 в точках пересечения ниже тех, в которых расположены проходы 28' , 28'', 28''', 28’^v третьей фрактальной пластины 12'', но при этом первая распределительная пластина 16 имеет проходы 38 в любой точке пересечения, смежной к тем, в которых расположены проходы 28' , 28'', 28''', 28’^v третьей фрактальной пластины 12''. Таким образом, во время работы распределительного элемента 10 достигается дополнительное распределение первой текучей среды в путях 33 для текучей среды, образованных полым пространством (пространствами), как показано на фигурах 6b и 6c.

Как показано на фигурах 7a-7e, между каждой смежной из четырех дополнительных распределительных пластин 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v образован уровень. Каждая из четырех дополнительных распределительных пластин 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v имеет ту же форму и такое же количество и размеры отверстий 20, что и третья фрактальная пластина 12’’ и первая распределительная пластина 16. Однако, каждая из дополнительных распределительных пластин 16', 16'', 16''', 16’^v имеет большее количество проходов 38, 38', 38'', чем смежная с ней верхняя пластина 16, 16', 16'', 16'''. Это позволяет заполнить любую часть полого пространства (пространств), образующего пути 33 для текучей среды, во время работы распределительного элемента, первой текучей средой и, таким образом, через большое количество проходов 38, 38', 38'' в самой нижней из распределительных пластин 16’^v достигается особенно высокая плотность распределения.

Фиг.8 показывает вид сбоку в перспективе внутренней части 40 массообменной колонны 8, включающей распределительный элемент 10, структурированную насадку 42 и коллекторный элемент 44. Массообменная колонна 8 может быть ректификационной колонной 8. Распределительный элемент 10 составлен, как описано выше и как показано на фигурах 1-7. Коллекторный элемент 44 составлен как распределительный элемент 10, но просто перевернут, так что первая фрактальная пластина является самой нижней пластиной, а пятая распределительная пластина является самой верхней пластиной. При работе массообменной колонны 8 жидкость поступает в распределительный элемент 10 через впуск 16 и распределяется по плоскости сечения, как описано выше со ссылкой на фигуры 1-7. Распределенная жидкость затем стекает вниз на поверхность структурированной насадки 42 и далее вниз. Газ непрерывно течет во встречном направлении, т.е. снизу массообменной колонны 8 вверх. В структурированной насадке происходит интенсивный перенос массы и энергии между жидкостью и газом, так как и то, и другое распределено по большой удельной поверхности структурированной насадки 42. Затем жидкость стекает на поверхность коллекторного элемента 44, в котором она собирается и концентрируется в одной точке, откуда выходит во внутреннюю часть через выпуск 46.

Фиг.9 показывает вид сбоку в перспективе внутренней части массообменной колонны 8, включающей в себя множество распределительных элементов 10, множество структурированных насадок 42 и множество коллекторных элементов 44, каждый из которых составлен, как описано выше и как показано на фиг.8. Для распределения первой текучей среды на все из множества распределительных элементов 10, над множеством распределительных элементов 10 расположена распределительная магистраль 48. Аналогичным образом коллекторная магистраль 50 расположена ниже множества коллекторных элементов 44.

Фиг.10 показывает фрактальную пластину 12’’ согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения. Фрактальная пластина 12’’ является аналогичной третьей фрактальной пластине 12’’ варианта выполнения, показанного на фигурах 1, 2 и 4, за исключением того, что размеры проходов 28, имеющих, по существу, крестообразное сечение, немного отличаются.

Фиг.11 показывает распределительный элемент, включающий первую фрактальную пластину 12 согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения. Первая фрактальная пластина 12 является аналогичной первой фрактальной пластине 12 варианта выполнения, показанного на фигурах 1 и 2, за исключением того, что в каналах 24 расположены статические смесители 52 для перемешивания смешивания второй основной текучей среды, протекающей через них при работе распределительного элемента 10.

Фиг.12 показывает вид сбоку в перспективе распределительного элемента 10 согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения. Распределительный элемент 10 содержит пять распределительных пластин 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v. Между каждыми двумя смежными пластинами 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v образован уровень 18. Каждая пластина 16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v содержит отверстия 20, при этом каждое отверстие 20 имеет квадратное сечение с закругленными краями. Каждое отверстие 20 окружено стенкой 22, образующей на каждом уровне 18 ниже каждой пластины 16, 16', 16'', 16''', 16^’v канал 24, через который должна протекать вторая основная текучая среда. Над центром распределительной пластины 16 расположен впуск 26 в виде трубы, по существу, с крестообразным сечением.

Фиг.13 показывает вид сверху распределительного элемента 10, показанного на фиг.12. Самая верхняя распределительная пластина 16 содержит шестнадцать расположенных в виде сетки, по меньшей мере, по существу, квадратных отверстий 20 имеющих закругленные края. Каждое из отверстий 20 имеет одинаковый размер и форму, при этом 16 отверстий расположены в первой самой верхней распределительной пластине 16 на равном расстоянии в 4 ряда и 4 колонны отверстий 20. По существу, крестообразный проход 38 расположен в центре первой распределительной пластины 16 и окружен впуском 26, имеющим соответствующую форму.

Фиг.14а показывает вид сечения первого уровня 18 ниже первой распределительной пластины 16 и выше второй распределительной пластины 16' распределительного элемента 10, показанного на фиг.12, а фиг.14b показывает схематичный вид по фиг.14а.

Ниже отверстий 20 самой верхней распределительной пластины 16 расположены шестнадцать каналов 24, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности самой верхней первой распределительной пластины 16 на верхнюю поверхность второй распределительной пластины 16'. Окружностью 38 на фиг.14b схематично показано расположение прохода 28, образованного в самой верхней распределительной пластине 16, через который первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 в первый уровень 18.

Даже если проход 38, образованный в самой верхней распределительной пластине 16, имеет, как показано на фиг.13, по существу, крестообразную форму, проход пластины 16, расположенный выше уровня 18, показанного на фиг.14b, показан на фиг.14b кружком, чтобы показать, что он является «входным проходом», т.е. проходом, через который жидкость протекает в уровень 18.

В отличие от этого, проходы 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v пластины 16, расположенные ниже уровня, показанного на фиг.14b, показаны на фиг.14b прямоугольными, чтобы показать, что они являются «выходными проходами», т.е. проходами, через которые жидкость протекает на следующий нижний уровень. Фактически, проходы 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v пластины 16’ имеют, по существу, крестообразное сечение.

Некоторые из полых пространств 54, образованных между стенками 22 канала, которые показаны на фиг.14b затененными или заштрихованными, соответственно, заполнены и, таким образом, первая текучая среда не может протекать через них. Таким образом, в оставшемся пустом пространстве образованы восемь проходов 33 для текучей среды между четырьмя центральными каналами 20 первого уровня 18 и вокруг них. Каждый из восьми путей 33 для текучей среды первого уровня 18 имеет, по меньшей мере, по существу, одинаковую длину. Направление потока первой текучей среды во время работы распределительного элемента 10 в восьми путях 33 для текучей среды, образованных полым пространством, схематично показано стрелками 34.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая в полое пространство первого уровня 18 через впуск 26 и центральный проход 38 первой самой верхней распределительной пластины 16, течет по восьми путям 33 для текучей среды, образованным в полом пространстве между четырьмя центральными каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется у стенок заполненных полых пространств 54 и направляется к четырем проходам 38', 38'', 38''', 38’^v второй распределительной пластины 16', из которых она течет вниз во второй уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется на первом уровне 18 из одной центральной точки 38 через восемь путей 33 для текучей среды, образованных каналами 24 и стенками заполненного полого пространства 54, и собирается в четырех проходах 38', 38'', 38''', 38’^v.

Фиг.15а показывает вид сечения второго уровня ниже второй распределительной пластины 16’ и выше третьей распределительной пластины 16’’ распределительного элемента 10, показанного на фиг.12, а фиг.15b показывает схематичный вид по фиг.15а.

Отверстия 20 и каналы 24 второй распределительной пластины 16’ расположены в тех же местах и имеют те же размеры, что и у первой распределительной пластины 16. Таким образом, шестнадцать каналов 24 расположены ниже отверстий 20 второй распределительной пластины 16’, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности второй распределительной пластины 16’ на верхнюю поверхность третьей распределительной пластины 16’’. Четыре окружности 38 схематично показывают расположение проходов 38, образованных во второй распределительной пластине 16’, через которые первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 во второй уровень 18. Даже если проходы 38, образованные во второй распределительной пластине 16’, имеют, как показано на фиг.14а, по существу, крестообразную форму, проходы пластины 16’, расположенные выше уровня, показанного на фиг.15b, показаны на фиг.15b кружком, чтобы показать, что они являются «входными проходами», т.е. проходами, через которые жидкость протекает во второй уровень.

Третья распределительная пластина 16'', расположенная ниже второго уровня, содержит двенадцать проходов 38', 38'', 38''', 38’^v, которые показаны на фиг.15b прямоугольными, чтобы показать, что они являются «выходными проходами». 38', 38'', 38''', 38’^v, т.е. проходами 38', 38'', 38''', 38’^v, через которые жидкость перетекает на следующий нижний уровень. Фактически, двенадцать проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v третьей распределительной пластины 16’’ имеют круглое сечение, как показано на фиг.15а.

Некоторые из полых пространств 54, образованных между стенками 22 канала, которые показаны на фиг.15b затененными или заштрихованными, соответственно, заполнены и, таким образом, первая текучая среда не может протекать через них. Таким образом, в оставшемся пустом пространстве образованы шестнадцать путей 33 для текучей среды между каналами 20 второго уровня и вокруг них. Направление потока первой текучей среды при работе распределительного элемента 10 схематично показано стрелками 34.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая на второй уровень через проходы 38, течет по 16 путям 33 для текучей среды, образованным в полых пространствах между соответствующими каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется на стенках 32 заполненного полого пространства 54 и направляется к двенадцати проходам 38', 38'', 38''', 38’^v третьей распределительной пластины 16'', из которой течет вниз на третий уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется на втором уровне от четырех проходов 38 на двенадцать проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v.

Фиг.16а показывает вид сечения третьего уровня ниже третьей распределительной пластины 16’’ и выше четвертой распределительной пластины 16’’’ распределительного элемента 10, показанного на фиг.12, а фиг.16b показывает схематичный вид по фиг.16а.

Отверстия 20 и каналы 24 четвертой распределительной пластины 16’’’ расположены в тех же местах и имеют те же размеры, что и у первой, второй и третьей распределительных пластин 16, 16’, 16’’. Таким образом, шестнадцать каналов 24 расположены ниже отверстий 20 третьей распределительной пластины 16’’, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности третьей распределительной пластины 16’’ на верхнюю поверхность четвертой распределительной пластины 16’’’. Двенадцать окружностей 28 схематично показывают расположение проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v, образованных в третьей распределительной пластине 16’’, через которые первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 в третий уровень.

Четвертая распределительная пластина 16''', расположенная ниже третьего уровня, содержит сорок проходов 38', 38'', 38''', 38’^v, которые показаны на фиг.16b прямоугольными, чтобы показать, что они являются "выходящими проходами" 38', 38'', 38''', 38’^v, т.е. проходами 38', 38'', 38''', 38’^v, через которые жидкость перетекает на следующий нижний уровень. Фактически, сорок проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v четвертой распределительной пластины 16’’’ имеют форму удлиненного прямоугольника, как показано на фиг.16а. Некоторые из полых пространств 54, образованных между стенками 22 канала, которые показаны на фиг.16b затененными или заштрихованными, соответственно, заполнены и, таким образом, первая текучая среда не может протекать через них. Таким образом, в оставшемся пустом пространстве образованы сорок проходов 33 для текучей среды между каналами 20 третьего уровня и вокруг них. Направление потока первой текучей среды при работе распределительного элемента 10 схематично показано стрелками 34.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая на третий уровень через проходы 38, течет по 40 путям 33 для текучей среды, образованным в полых пространствах между соответствующими каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется на стенках 54 заполненного полого пространства и направляется к сорока проходам 38', 38'', 38''', 38’^v четвертой распределительной пластины 16’’’, из которой течет вниз на четвертый уровень. Таким образом, первая текучая среда распределяется на третьем уровне от двенадцати проходов 38 до сорока проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v.

Фиг.17а показывает вид сечения четвертого уровня ниже четвертой распределительной пластины 16’’’ и выше пятой распределительной пластины 16’^v распределительного элемента 10, показанного на фиг.12, а фиг.17b показывает схематичный вид по фиг.17а.

Отверстия 20 и каналы 24 пятой распределительной пластины 16’^v расположены в тех же местах и имеют те же размеры, что и у первой, второй и третьей распределительных пластин 16, 16’, 16’’, 16’’’. Таким образом, шестнадцать каналов 24 расположены ниже отверстий 20 четвертой распределительной пластины 16’’’, при этом каждый канал 24 окружен стенкой 22 канала, которая продолжается от нижней поверхности четвертой распределительной 16’’’ на верхнюю поверхность пятой распределительной пластины 16’^v. Сорок окружностей 28 схематично показывают расположение проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v, образованных в четвертой распределительной пластине 16’’’, через которые первая текучая среда поступает во время работы распределительного элемента 10 в четвертый уровень. Даже если проходы 38, образованные в четвертой распределительной пластине 16’’’, имеют, как показано на фиг.16а, форму удлиненного прямоугольника, проходы пластины 16’’’, расположенные выше уровня, показанного на фиг.17b, показаны на фиг.17b кружком, для того, чтобы показать, что они являются «входными проходами», т.е. проходами, через который жидкость протекает во второй уровень.

Пятая распределительная пластина 16’^v, расположенная ниже четвертого уровня, содержит 82 прохода 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v, которые показаны на фиг.17b, как прямоугольные, для того, чтобы показать что они являются «выходными проходами» 38', 38'', 38''', 38’^v, т.е. проходами 38', 38'', 38''', 38’^v, через которые жидкость протекает на следующий нижний уровень. Фактически, 82 прохода 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v пятой распределительной пластины 16’^v имеют форму удлиненного прямоугольника, как показано на фиг.17а. Некоторые из полых пространств 54, образованных между стенками 22 канала, которые показаны на фиг.17b затененными или заштрихованными, соответственно, являются заполненными и, таким образом, первая текучая среда не может протекать через них. Тем самым, в оставшемся пустом пространстве образованы 82 прохода 33 для текучей среды между каналами 20 четвертого уровня и вокруг них. Направление потока первой текучей среды при работе распределительного элемента 10 схематично показано стрелками 34.

Соответственно, при работе распределительного элемента 10, первая текучая среда, поступающая на четвертый уровень через проходы 38, течет по 82 путям 33 для текучей среды, образованным в полых пространствах между соответствующими каналами 24, во время чего первая текучая среда отклоняется на стенках 32 заполненного полого пространства 54 и направляется к 82 проходам 38', 38'', 38''', 38’^v пятой распределительной пластины 16’^v, из которой течет вниз. Таким образом, первая текучая среда распределяется на четвертом уровне от сорока проходов 38 до 82 проходов 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v.

ССЫЛОЧНЫЕ ПОЗИЦИИ

8 Массообменная колонна

10 Распределительный элемент

12, 12’, 12’’ Фрактальная пластина

16, 16’, 16’’, 16’’’, 16’^v Распределительная пластина

18 Уровень

20 Отверстие

22 Стенка канала

24 Канал

26 впуск

28, 28’, 28’’, 28’’’, 28’^v Проход фрактальной пластины

32 Перегородка

33 Путь текучей среды

34 Направление потока первой текучей среды по пути текучей среды

38, 38’, 38’’, 38’’’, 38’^v Проход распределительной пластины

40 Внутренняя часть массообменной колонны

42 Структурированная насадка

44 Коллекторный элемент

46 выпуск

48 Распределительная магистраль

50 Коллекторная магистраль

52 Статический смеситель

54 Заполненное полое пространство

Изобретение относится к распределительному элементу для равномерного распределения первой текучей среды по плоскости сечения или коллекторному элементу для сбора первой текучей среды, распределяемой по плоскости сечения, при этом вторая основная текучая среда течет в прямотоке и/или в противотоке относительно первой текучей среды через распределительный элемент, причем распределительный элемент содержит, по меньшей мере, три пластины, расположенные, по меньшей мере, по существу, параллельно друг другу, при этом между каждой из двух смежных пластин образован уровень, причем каждая из пластин содержит ряд отверстий, при этом в каждом из уровней расположены стенки, каждая из которых продолжается с одной стороны пластины на смежную сторону смежной пластины так, что каждая стенка образует канал, через который должна протекать вторая основная текучая среда, причем каналы непроницаемым образом для текучей среды соединяют все отверстия между смежными пластинами, при этом в каждом из уровней между стенками, образующими каналы, образовано одно или несколько полых пространств, через которые может протекать первая текучая среда, причем каждая из пластин содержит, по меньшей мере, один проход, не соединенный непроницаемым образом для текучей среды с одним или несколькими отверстиями смежной пластины каналом, расположенным смежным к одному из одного или нескольких полых пространств смежного уровня (уровней) таким образом, что на каждом уровне между проходами смежных пластин продолжаются, по меньшей мере, два пути для текучей среды в одном или нескольких полых пространствах уровня, при этом все, по меньшей мере, из двух путей для текучей среды каждого уровня имеют, по существу, одинаковую длину, причем количество путей для текучей среды увеличивается, если смотреть в направлении от одной крайней пластины к противоположной крайней пластине, по меньшей мере, для 75% пластин от уровня к уровню. Технический результат: обеспечение равномерного распределения первой текучей среды с высокой плотностью распределения по плоскости сечения или равномерного сбора первой текучей среды, распределяемой по поверхности плоскости сечения, в частности по плоскости сечения массообменной колонны, в то время как она, по существу, не мешает потоку второй текучей среды через эту плоскость, при этом элемент является легким в изготовлении и простым в эксплуатации. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Элемент (10) для равномерного распределения первой текучей среды в плоскости сечения или для сбора первой текучей среды, распределяемой в плоскости сечения, при этом вторая основная текучая среда течет в прямотоке и /или в противотоке по отношению к первой текучей среде через элемент (10), причем элемент (10) содержит, по меньшей мере, три пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), расположенные, по меньшей мере, по существу, параллельно друг другу, при этом уровень (18) определен между каждой из двух смежных пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'' , 16''', 16'^v), причем каждая из пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) содержит ряд отверстий (20), при этом в каждом из уровней (18) расположены стенки (22), каждая из которых проходит от одной стороны пластины (12, 12', 16, 16', 16'', 16''') на смежную сторону смежной пластины (12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) так, что каждая стенка (22) образует канал (24), через который должна протекать вторая основная текучая среда, при этом каналы (24) непроницаемым для текучей среды образом соединяют все отверстия (20) между смежными пластинами (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), причем в каждом из уровней (18) между стенками (22), образующими каналы (24), образовано одно или более полых пространств (33), через которые может протекать первая текучая среда, при этом каждая из пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) содержит, по меньшей мере, один проход (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v), не соединенный непроницаемым образом для текучей среды с одним или более отверстиями (20) смежной пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) каналом (24) и расположен смежно с одним или более полыми пространствами (33) смежного уровня (уровней) (18) таким образом, что в каждом уровне (18) между проходами (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) смежных пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), по меньшей мере, два пути (33) для текучей среды проходят в одном или более полых пространствах (33) уровня (18), при этом все из, по меньшей мере, двух путей (33) для текучей среды каждого уровня (18) имеют, по существу, одинаковую длину, причем количество путей (33) для текучей среды увеличивается, как видно в направлении от одной крайней пластины (12, 16) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10), по меньшей мере, для 75% пластин (12, 12', 12'') от уровня к уровню, и при этом каналы (24), через которые должна протекать вторая основная текучая среда, непроницаемым образом для текучей среды отделены стенками (22) от всех из одного или более полых пространств (33), образующих пути (33) для текучей среды, через которые может протекать первая текучая среда.

2. Элемент (10) по п. 1, в котором количество путей (33) для текучей среды увеличивается, если смотреть в направлении от первой крайней пластины (12, 16) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10), по меньшей мере, для 80%, более предпочтительно, по меньшей мере, для 90%, даже более предпочтительно, по меньшей мере, для 95%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, для 98%, и наиболее предпочтительно, для всех пластин от уровня (18) к уровню.

3. Элемент (10) по п. 1 или 2, в котором, если смотреть в направлении от первой крайней пластины (12, 16) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10), количество каналов (24) увеличивается от уровня (18) к уровню и/или при этом, если смотреть в направлении от первой крайней пластины (12, 16) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10) количество проходов (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) пластины (12') увеличивается от уровня (18) к уровню.

4. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором длины всех путей (33) для текучей среды, проходящих от прохода первой крайней пластины (12, 16) к проходу противоположной крайней пластины (16'^v) элемента (10), являются, по меньшей мере, по существу, одинаковыми.

5. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором все отверстия (20) каждой, по меньшей мере, из трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) расположены, по меньшей мере, по существу, равномерно в каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом каждое из расстояний между центральной точкой одного отверстия (20) и центральной точкой ближайшего смежного отверстия (20), по меньшей мере, одной, а предпочтительно, каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) составляет от 80 до 120% среднего расстояния между центральными точками всех отверстий (20) и ближайших к ним смежных отверстий (20) соответствующей пластины (12 , 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом среднее расстояние от центральной точки всех отверстий (20) до их ближайшего смежного отверстия (20) соответствующей пластины (12, 12', 12'') определяется путем измерения расстояний между центральными точками каждого отверстия (20) и центральной точкой его ближайшего отверстия (20) пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), посредством суммирования всех этих измеренных расстояний пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) и деления суммы на количество отверстий (20) пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v).

6. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором отверстия (20) каждой, по меньшей мере, из трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) расположены, по меньшей мере, по существу, в виде сетки на каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом отверстия (20) каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) расположены в соответствующей пластине (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) в (2)^m ряда и (2)^m колонны, где m равно целому числу от 1 до 10, предпочтительно, от 1 до 8, и более предпочтительно, от 2 до 6.

7. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором все проходы (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) каждой, по меньшей мере, из трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) расположены, по меньшей мере, по существу, равномерно в каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), причем каждое из расстояний между центральной точкой одного прохода (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) и центральной точкой ближайшего смежного прохода (28, 28', 28'', 28''' , 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) каждой из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) составляет от 80 до 120% среднего расстояния между центральными точками всех проходов (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) и ближайших к ним смежных проходов (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) соответствующей пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом среднее расстояние центральных точек всех проходов (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) с их ближайшими смежными проходами (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) соответствующей пластины (12, 12', 12'', 16, 16' , 16'', 16''', 16'^v) определяется путем измерения расстояний между центральной точкой каждого прохода (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'' , 38''', 38'^v) и центральной точкой его ближайшего прохода (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v), посредством суммирования всех этих измеренных расстояний пластины (12, 12', 12'', 16 , 16', 16'', 16''', 16'^v) и деления суммы на количество проходов (28, 28', 28'', 28''', 28'^v, 38, 38', 38'', 38''', 38'^v) пластины (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v).

8. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, содержащий от 2 до 15 фрактальных пластин (12, 12', 12''), при этом каждая из фрактальных пластин (12, 12', 12'') содержит меньшее количество отверстий (20), чем фрактальная пластина (12', 12''), смежная в направлении от первой крайней (12) к противоположной крайней фрактальной пластине (12'') элемента (10), при этом все фрактальные пластины (12, 12', 12'') являются смежными друг с другом, причем первая фрактальная пластина (12) является первой крайней пластиной (12) элемента (10), при этом количество отверстий (20) в каждой фрактальной пластине (12, 12', 12'') равно 4 x (4)ⁿ, где n представляет собой номер соответствующей фрактальной пластины (12, 12', 12'') по отношению к первой крайней фрактальной пластине (12), причем первая крайняя фрактальная пластина (12) является фрактальной пластиной 1.

9. Элемент (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна из, по меньшей мере, трех пластин (12, 12', 12'', 16, 16', 16'', 16''', 16'^v) представляет собой распределительную пластину (16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом каждая из, по меньшей мере, одной распределительной пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v) содержит такое же количество отверстий (20), как пластина (12'', 16, 16', 16'', 16'''), смежная в направлении, противоположном к направлению от первой крайней (12) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10), и, если такая смежная пластина отсутствует, то же количество отверстий (20), что и пластина (16'^v), смежная в направлении от первой крайней (12) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10).

10. Элемент (10) по п. 9, в котором каждая из, по меньшей мере, одной распределительной пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v) имеет ту же форму, что и пластина (12'', 16, 16', 16'', 16'''), смежная в направлении, противоположном направлению от первой крайней (12) к противоположной крайней пластине (16'^v), и, если такая смежная пластина отсутствует, такую же форму, как пластина (16'^v), смежная в направлении от первой крайней (12) к противоположной крайней пластине (16'^v), и при этом отверстия (20) образованы в каждой из, по меньшей мере, одной распределительной пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v) в тех же местах, что и на пластине (12'', 16, 16', 16'', 16'''), смежной в направлении, противоположном к направлению от первой крайней (12) к противоположной крайней внешней пластине (16'^v) и, если такая смежная пластина (12'', 16, 16', 16'', 16''') отсутствует, в тех же местах, как на пластине (12'', 16', 16'', 16'', 16'''), смежной в направлении от первой крайней (12) до противоположной крайней пластины (16'^v).

11. Элемент (10) по п. 9 или 10, который содержит от 1 до 3, а предпочтительно 2 или 3 распределительных пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом каждая из распределительных пластин (16, 16', 16'', 16''', 16'^v) имеет большее количество проходов (38, 38', 38'', 38''', 38'^v), чем пластина (12'', 16, 16', 16'', 16'''), смежная в направлении, противоположном направлению от первой крайней (12) к противоположной крайней пластине (16'^v), если она присутствует.

12. Элемент (10) по любому из пп. 1-8, который содержит только фрактальные пластины (12, 12', 12''), а именно от 3 до 15 фрактальных пластин (12, 12', 12'').

13. Элемент (10) по любому из пп. 1-7 и 9-12, который содержит только распределительные пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v), а именно от 3 до 10 распределительных пластин (16, 16', 16'', 16''', 16'^v).

14. Элемент (10) по любому из пп. 1-11, который содержит, по меньшей мере, одну фрактальную пластину (11, 12', 12'') и, по меньшей мере, одну распределительную пластину (16, 16', 16'', 16''', 16'^v), при этом все из, по меньшей мере, одной распределительной пластины (16, 16', 16'', 16''', 16'^v) расположены, если смотреть в направлении от первой крайней (12, 16) к противоположной крайней пластине (16'^v) элемента (10), позади всех из, по меньшей мере, одной фрактальной пластины (12, 12', 12'').

15. Устройство, содержащее один или более элементов (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором:

i) устройство представляет собой массообменную колонну (8), смеситель, диспергатор, пенообразователь, химический реактор, кристаллизатор или испаритель, или

ii) устройство представляет собой массообменную колонну (8) и содержит ниже одного или более элементов (10) и/или выше одного или более элементов (10) массообменную структуру, которая выбрана из группы, состоящей из контактных тарелок, неупорядоченных насадок и структурированных насадок (42), или

iii) устройство представляет собой массообменную колонну (8) и содержит ниже одного или более элементов (10) и/или выше одного или более элементов (10) массообменную структуру, которая имеет сотовую форму, включающую в себя капилляры, при этом стенки (22), образующие каналы (24), имеют ступенчатую форму, или выполнены из ткани, или представляют собой пенопласты с открытыми порами произвольной формы, или

iv) устройство содержит ниже одного или более элементов (10) и/или выше одного или более элементов (10) массообменную структуру, которая содержит зону контакта, при этом зона контакта предназначена для проведения второй текучей среды, и при этом в зоне контакта первая текучая среда может быть приведена в контакт со второй текучей средой, причем в зоне контакта предусмотрен, по меньшей мере, один прерыватель потока для прерывания потока второй текучей среды, или

v) устройство содержит ниже одного или более элементов (10) и/или выше одного или более элементов (10) массообменную структуру, которая выбрана из группы, состоящей из тканей, материалов с открытыми порами, капилляров, ступенчатых структур и произвольных комбинаций двух или более вышеупомянутых структур.

16. Применение элемента (10) в соответствии с любым из предшествующих пунктов для равномерного распределения первой текучей среды в плоскости сечения и/или элемента (10) в соответствии с любым из предшествующих пунктов для сбора первой текучей среды, распределенной в плоскости сечения, включающее этап обеспечения протекания первой текучей среды в, по меньшей мере, одно из одного или более полых пространств, образующих пути для текучей среды, и протекания второй текучей среды через каналы упомянутого элемента, при этом, предпочтительно, упомянутый элемент используется в массообменной колонне (8), смесителе, диспергаторе, устройстве пенообразования или химическом реакторе.