專利名稱：陶瓷填料件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的是填料件，一種經(jīng)常稱之為“不規(guī)則”或“拋填式”填料件。這類填料件用于填充發(fā)生物質(zhì)或熱量傳遞的塔式單元。這類陶瓷填料件的一個(gè)特別重要的用途就是在熱量回收作業(yè)中的應(yīng)用，在該作業(yè)中它必須為流經(jīng)反應(yīng)器的熱流體提供最為有效的接觸。發(fā)揮最大效率的另一個(gè)關(guān)鍵因素就是盡可能將塔頂與塔底的壓差維持在低水平。為了確保這一點(diǎn)，填料件的流阻應(yīng)該最小。它靠的是非常松散的結(jié)構(gòu)，但是如果當(dāng)塔內(nèi)填料件疊壘在一起使得一部分填料件滲透到第二元件空間的話，單靠松散結(jié)構(gòu)還會(huì)受到使用上的限制。因此，重要的是填料件的設(shè)計(jì)要減少這種填料件的疊壘。
本發(fā)明具體涉及陶瓷填料件，這種填料件是由擠出法或干壓法生產(chǎn)，因此沿一個(gè)軸向的橫截面基本上均勻一致，使這種填料件具有對(duì)稱軸。該技術(shù)領(lǐng)域曾描述過幾種從非常簡(jiǎn)單到復(fù)雜的形狀。所有形狀基本上呈圓柱體狀，不同之處僅在圓柱體的內(nèi)部構(gòu)造。最簡(jiǎn)單的構(gòu)造就是基本圓柱體，內(nèi)部無(wú)任何構(gòu)造。這類構(gòu)造常稱之為臘希(Raschig)環(huán)，并已經(jīng)已知多年。而另一種復(fù)雜構(gòu)造在美國(guó)設(shè)計(jì)專利455,029和USP 6,007,915中有描述。這兩極端之間有簡(jiǎn)單的車輪形構(gòu)造，在USPP 3,907,710和4,510,263中描述過這類結(jié)構(gòu)。
如今發(fā)現(xiàn)這類形狀的尺寸對(duì)獲得最佳性能是至關(guān)重要的?，F(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域并未提及獲得最佳性能的尺寸范圍。美國(guó)專利4,510,263提到L∶D之比為0.5-5，但指出較佳比率為0.5-2。美國(guó)專利3,907,710未提及長(zhǎng)徑比，但在其實(shí)施例中所用填料件的長(zhǎng)徑比為1。美國(guó)專利4,337,178提及圓柱狀陶瓷填料件用作催化劑的載體，文中也未提及具體的優(yōu)選長(zhǎng)徑比，但在其實(shí)施例中采用的填料件的長(zhǎng)徑比為2.11。
發(fā)明概述本發(fā)明一個(gè)方面提供一種陶瓷填料件。該填料件包含基本上呈圓柱狀的構(gòu)造，沿填料件長(zhǎng)度方向(L)有一對(duì)稱軸，與填料件長(zhǎng)度垂直的最大直徑方向(D)，其中直徑與長(zhǎng)度之比在2.7-4.5之間。
在一個(gè)實(shí)施方式中，直徑與長(zhǎng)度之比在3.0-4.4之間。
附1是本發(fā)明一種填料件的透視圖，在一個(gè)角上從下面一點(diǎn)到一側(cè)直接觀察。
圖2是如

圖1所示同一填料件的俯視圖。
圖3是熱量回收百分率與填料件長(zhǎng)徑比的關(guān)系圖。
圖4是熱量回收百分率與氣體流率的關(guān)系圖。
圖5是軸上通道較大的填料件的俯視圖。
較佳實(shí)施方式的說明本發(fā)明現(xiàn)在參照附圖所述實(shí)施方式進(jìn)行更具體說明。這種說明并不意味對(duì)本發(fā)明范圍的任何一種必要的限止，因?yàn)榭梢悦靼字灰黄x本發(fā)明的基本精神，可以對(duì)本發(fā)明作出各種細(xì)微改變。
陶瓷填料件定義為具有容納結(jié)構(gòu)，基本上呈圓柱狀，并且可以理解成這種圓柱狀可以包括那些稍壓扁而使橫截面呈橢圓形的圓柱形，以及至少五條邊的多棱柱狀。容納構(gòu)造的內(nèi)部空間可以具有多個(gè)隔片或無(wú)隔片，但是由于這種填料件的主要用途用于熱量傳遞，其中表面積是非常重要的，因此最好提供內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜的填料件。本文所述“隔片”(多隔片)一詞用于描述結(jié)構(gòu)件，它將容納圓柱體一個(gè)內(nèi)部構(gòu)件與另一構(gòu)件相連。因此所述構(gòu)件的長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)和等于它的直徑。
本發(fā)明的陶瓷填料件可以由任何一種合適的陶瓷材料制成，諸如天然的或人造的粘土，沸石，堇青石，礬土，氧化鋯，氧化硅及其混合物。此配方經(jīng)與粘結(jié)劑，擠壓助劑，微孔生成劑，潤(rùn)滑劑一類試劑混合，有助于它的擠出和/或產(chǎn)生所需的孔隙度或表面積，使其適合所需用途。
該填料件可以用于熱量與物質(zhì)傳遞，或作為載體，在其上沉積催化劑成份。此填料件特別適用于從熱氣流中回收熱時(shí)的熱量傳遞。這類應(yīng)用可以在工廠用的換熱器上找到例子，這種工廠的功能是燃燒廢氣流中任何可燃燒的物質(zhì)。這類換熱器對(duì)于有效利用排放廢氣流中熱值用以加熱進(jìn)入進(jìn)行處理的廢氣，進(jìn)而降低燃燒可燃性物質(zhì)所需燃料的成本是極為重要的。本發(fā)明揭示一種最佳填料件的設(shè)計(jì)而達(dá)到此目的的方法。
物質(zhì)傳遞用途包括在流體與陶瓷填料件之間呈一個(gè)或多個(gè)組分形式的物質(zhì)傳遞，例如從氣流中脫除像二氧化硫一類氣體組分。陶瓷填料件的一個(gè)重要的物質(zhì)傳遞應(yīng)用就是用在硫酸制造廠的吸收塔。
然而，此填料件有利于各種用途，其中表面積是一個(gè)重要因素，它決定了該填料件在完成其指定任務(wù)中的效率。
在有些場(chǎng)合下，此填料件具有內(nèi)隔片，將它的內(nèi)部空間分隔成數(shù)個(gè)通道，有利的是所述填料件在軸上有開孔。該開孔可以為任何所需形狀，但要避免隔片構(gòu)造過多而折斷，如拆除某些通道的隔片而形成一個(gè)較大的復(fù)合通道造成折斷。
本發(fā)明一個(gè)極佳構(gòu)造包括容納結(jié)構(gòu)，截面呈六角形，它的每一對(duì)對(duì)角靠隔片相連，各邊的平行隔片與對(duì)角處相交的邊相連?？傮w效果是提供了多個(gè)三角形通道，貫通填料件，每個(gè)通道的尺寸基本相同。這種設(shè)計(jì)的填料件在附圖中的圖1-2敘述。
圖5敘述的是較佳的填料件，它具有位于軸心的較大通道。這種填料件基于圖1與圖2的設(shè)計(jì)。圍繞軸的六個(gè)三角形通道組合成較大的軸通道5。附圖所示填料件1，具有六邊形容納結(jié)構(gòu)2。多個(gè)隔片3將內(nèi)部空間分隔成多個(gè)相同的貫通填料件的三角形通道4。該填料件具有沿對(duì)稱軸方向的長(zhǎng)度(L)，以及與對(duì)稱軸垂直的最大尺寸(D)。附圖中D∶L之比約為4。對(duì)稱軸可以是此結(jié)構(gòu)件的擠出方向。
為了證實(shí)D∶L之比的重要性，將陶瓷填料件制成直徑D相同，但具有不同長(zhǎng)度L。然后將這些填料件置于管內(nèi)，在1500℃(815.6℃)時(shí)管內(nèi)通氣流，氣流流速為207英尺/秒(74.8米/秒)，測(cè)量氣流中通過與該填料件接觸而回收的熱能百分率，并對(duì)應(yīng)它的長(zhǎng)徑比繪制成圖。測(cè)量結(jié)果示于圖3。
然后熱能回收百分率作為氣體流速的函數(shù)對(duì)三個(gè)填料件各自進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果示于圖4。從這些關(guān)系圖清晰可見當(dāng)長(zhǎng)徑比在約2.7-4.5之間時(shí)，特別在約3.0-4.4之間時(shí)，熱能回收百分率呈峰值，并且在所有被測(cè)試氣體流速時(shí)均保持這個(gè)優(yōu)勢(shì)。
測(cè)試結(jié)果完全出乎意料之外，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域并未指出這種趨勢(shì)。另外，極具優(yōu)勢(shì)的是盡可能多的熱能被填料件的每個(gè)通道回收。
D∶L之比的優(yōu)點(diǎn)還見諸于物質(zhì)傳遞應(yīng)用之中。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷填料件(1)，其特征在于，所述陶瓷填料件基本呈圓柱狀結(jié)構(gòu)(2)；沿填料件長(zhǎng)度方向(L)呈軸對(duì)稱，且垂直于所述長(zhǎng)度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中所述直徑與長(zhǎng)度之比在2.7-4.5之間。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述直徑與長(zhǎng)度之比在3.0-4.4之間。
3.如權(quán)利要求2所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述直徑與長(zhǎng)度之比在3.5-4.0之間。
4.如上述權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的陶瓷填料件，其特征在于，圓柱狀結(jié)構(gòu)包圍多個(gè)隔片(3)，由此形成多個(gè)貫通填料件的通道(4)，每個(gè)通道長(zhǎng)度基本相同。
5.如權(quán)利要求4所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷填料件至少有二十條通道(4)。
6.如權(quán)利要求5所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷填料件至少有五十條通道(4)。
7.如上述權(quán)利要求4-7中任何一項(xiàng)所述的陶瓷填料件，其特征在于，多個(gè)隔片中的每一個(gè)隔片在沿所述隔片長(zhǎng)度的分隔位置處與至少其它兩個(gè)隔片相交。
8.如上述權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述圓柱狀構(gòu)造具有至少五條邊的多邊形截面。
9.如權(quán)利要求8所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述多邊形截面為六邊形，其中所提供的填料件具有多個(gè)內(nèi)隔片(3)，它形成了多個(gè)相同的貫通填料件的通道(4)，每個(gè)通道的截面呈三角形。
10.如權(quán)利要求9所述的陶瓷填料件，其特征在于，較大的軸通道(5)是通過組合圍繞對(duì)稱軸的隔片所形成的多個(gè)通道來提供的。
11.如權(quán)利要求10所述的陶瓷填料件，其特征在于，較大的軸通道的體積至少是其它通道的兩倍。
12.如權(quán)利要求11所述的陶瓷填料件，其特征在于，較大的軸通道的體積至少是其它通道的四倍。
13.如上述權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)所述的陶瓷填料件，其特征在于，所述陶瓷由一種選自天然粘土、人造粘土、礬土、沸石、堇青石、氧化鋯、氧化硅及其混合物的材料制成。
14.如上述權(quán)利要求4-13中任何一項(xiàng)所述的陶瓷填料件，其特征在于，填料件的所有隔片具有第一端和第二端，所述隔片至少與鄰近第一端的基本上呈圓柱狀的構(gòu)造相連。
15.一種從蒸汽流中取走熱量的方法，該方法特征在于，流體流經(jīng)多個(gè)陶瓷填料件，所述填料件從流體中吸取熱量，每個(gè)填料件包括基本上呈圓柱狀的構(gòu)造(2)，沿填料件長(zhǎng)度方向(L)有一對(duì)稱軸，垂直于所述長(zhǎng)度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中該填料件直徑與長(zhǎng)度之比在2.7-4.5之間。
16.一種物質(zhì)傳遞的方法，其特征在于，流體流經(jīng)多個(gè)陶瓷填料件，所述填料件從流體中吸收一種或多種組分，每個(gè)填料件包括基本上呈圓柱狀構(gòu)造(2)，沿填料件長(zhǎng)度方向(L)有一對(duì)稱軸，垂直于所述長(zhǎng)度的最大尺寸為所述填料件的直徑(D)，其中該填料件直徑與長(zhǎng)度之比在2.7-4.5之間。
17.如權(quán)利要求16所述的物質(zhì)傳遞方法，其特征在于，所述組分包括二氧化硫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的陶瓷填料件，它具有圓柱體的基本形狀，它的長(zhǎng)徑比，即直徑與長(zhǎng)度尺寸之比在2.7－4.5之間。
文檔編號(hào)B01D53/04GK1688388SQ03804848
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者H·S·尼克納弗斯, R·L·米勒 申請(qǐng)人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司