專(zhuān)利名稱(chēng)：具有較小潤(rùn)濕面積的交叉波紋裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交叉波紋填料的制造方法。
背景技術(shù)：
通常使用的填料由波紋條帶形成，這些條帶包括交替的平行的波紋，每一條波紋 都位于一豎直的總體平面內(nèi)且彼此相靠。這些波紋是傾斜的并且從一條帶到相鄰條帶沿相 反的方向下降。這些交叉波紋填料的開(kāi)孔度約為10%。GB-A-1004046公開(kāi)了交叉波紋類(lèi)型的填料。CA-A-1095827提供了對(duì)這種類(lèi)型的填料的改進(jìn)，其通過(guò)增加包括小直徑孔的密集 開(kāi)孔使得液體能在交叉波紋條帶的兩側(cè)中的任一側(cè)流動(dòng)。如圖1所示，這種填料通常由扁平件一條帶狀的金屬板一制造。首先折疊(或 彎曲)條帶以形成一種條帶狀的波紋板，該波紋板的波紋相對(duì)于條帶的軸線(xiàn)傾斜。然后將 折疊后的條帶切割成部分并隨后進(jìn)行堆疊，每隔一個(gè)條帶交替地顛倒/反相布置。由此得到的填料部分被稱(chēng)為模塊。對(duì)于如圖2所示的簡(jiǎn)單的波紋，用于描述交叉波紋填料的各個(gè)參數(shù)有波紋的高 度(H)、折疊角度(P )、曲率半徑(r)和波紋的傾斜度(δ )。本發(fā)明的目的是改進(jìn)結(jié)構(gòu)/規(guī)整填料的技術(shù)。填料的結(jié)構(gòu)特征本質(zhì)上確保了在所謂的“跨度(spanning)，，區(qū)域中存在對(duì)于功能 的良好的反應(yīng)。在具有改良/修改界面的填料(MELLAPACK+de SULZERCHEMTECH填料)的發(fā)展中 已經(jīng)證明了模塊之間的界面區(qū)域的重要性。模塊間界面的略微改良已經(jīng)延緩了溢流的發(fā)生，并由此已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在幾乎不降低 (與“維持氣/液接觸表面”功能相關(guān)的)質(zhì)交換性能的情況下對(duì)蒸餾塔容量的顯著增加 (與“確保與氣體逆流的液體流動(dòng)”的功能相關(guān))。在文獻(xiàn)中，這種略微的界面改良的聲稱(chēng)的目的是為了減小界面處的氣體壓降。在常規(guī)的交叉波紋填料中，當(dāng)氣體從一個(gè)模塊流向另一個(gè)模塊時(shí)，氣體被限制以 大約90°的角度改變方向，從而在該“界面”區(qū)域產(chǎn)生特別大的壓降。在MELLAPACK+類(lèi)型 的“界面”改良的填料中，這種特別的壓降由跨度區(qū)域提供氣體不在“界面”處改變方向， 而是在界面之前或者之后改變方向。在文獻(xiàn)中，通常從接近“界面”的模塊底部中的液體保持力這一角度分析這種現(xiàn) 象氣體在改變方向時(shí)經(jīng)歷的壓降使得液體積聚在鄰近區(qū)域中。液體的積聚導(dǎo)致塔過(guò)早溢 流。為了增加塔的容量，已經(jīng)想出了用于限制模塊之間的界面處的氣體壓降的其它方
法/裝置-US-A-5 013 492公開(kāi)了使模塊中每隔一個(gè)填料條帶豎直地偏置以減小界面附近 的密度；
-FR-A-2 686 271公開(kāi)了在模塊之間插置的間隔件；-JP-A-6 312 101公開(kāi)了在蒸餾模塊之間插置的密度較低的模塊；-US-A-5 632 934公開(kāi)了減小波紋高度、改變通道的傾斜度和在模塊基部附近制 作開(kāi)口 ；和-W0-A-97/16247公開(kāi)了在條帶邊緣處逐漸地改變通道的傾斜度直到豎向和在模 塊之間安裝格柵。這些現(xiàn)象的另一個(gè)可能的解釋是，在模塊之間的“界面”處，在液體膜離開(kāi)上模塊 和到達(dá)下模塊的時(shí)刻之間，為了抵擋上升氣體的強(qiáng)行推進(jìn)/穿透，所述膜不再受益于通過(guò) 填料表面的毛細(xì)效應(yīng)提供的保持力。因此，液體膜由于不再被保持而可能更易于被干擾，其破裂成大的液滴，引起局部 溢流。因此，在模塊之間的“界面”區(qū)域較不容易實(shí)現(xiàn)“確保與氣體逆流的液體流動(dòng)”的功 能。將常規(guī)填料與通過(guò)在模塊之間添加間隔件而改良的“界面，，填料進(jìn)行比較的其它 試驗(yàn)已經(jīng)表明了對(duì)液體進(jìn)行引導(dǎo)的重要性。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)添加間隔件，在兩個(gè)模塊之間自 由降落的液體的路徑被延長(zhǎng)(并且因此具有更長(zhǎng)的時(shí)間，這期間液體可更加容易被干擾)。 這可以解釋試驗(yàn)中觀(guān)察到的容量降低的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種質(zhì)傳遞和/或熱傳遞模塊的處理方法，該裝置包括 一疊交叉波紋板，其中在模塊的至少一個(gè)區(qū)域中減少對(duì)于所述板的表面的潤(rùn)濕，其特征在 于，僅在模塊的底部和頂部的界面區(qū)域中的至少其中之一中減少潤(rùn)濕。根據(jù)其它可選方面-通過(guò)在模塊的至少一個(gè)界面區(qū)域中對(duì)所述板的表面進(jìn)行拋光來(lái)減少潤(rùn)濕；-通過(guò)在模塊的至少一個(gè)界面區(qū)域中對(duì)板的表面進(jìn)行化學(xué)處理來(lái)減少潤(rùn)濕；-將所述區(qū)域浸漬在化學(xué)浴中或者用溶液噴涂所述區(qū)域；-通過(guò)使用由放電、特別是大氣壓下的放電激勵(lì)的活性氣體氛圍提供物理和/或 化學(xué)處理來(lái)減少潤(rùn)濕；_所述放電的類(lèi)型是電暈放電、介質(zhì)阻擋放電(DBD)或者微波放電；-在折疊之前或者之后減少對(duì)于所述板的至少一個(gè)界面區(qū)域的潤(rùn)濕；-在模塊的中心區(qū)域增加對(duì)于模塊的所述板的表面的潤(rùn)濕；-通過(guò)將所述板浸漬在液體浴中或者使用溶液噴涂所述板來(lái)增加潤(rùn)濕；-通過(guò)使用由放電、特別是大氣壓下的放電激勵(lì)的活性氣體氛圍提供物理和/或 化學(xué)處理來(lái)增加潤(rùn)濕；_所述放電的類(lèi)型是電暈放電、介質(zhì)阻擋放電(DBD)或者微波放電；-根據(jù)通過(guò)模塊的等離子氛圍的特性梯度減少對(duì)于模塊的至少一個(gè)區(qū)域的潤(rùn)濕；-注射氣體的濃度和/或等離子的電子密度和電子溫度沿著模塊改變；-潤(rùn)濕性質(zhì)在兩個(gè)相鄰的區(qū)域之間逐漸地改變；-潤(rùn)濕改變與所述區(qū)域的幾何形狀、密度或材料方面的至少一個(gè)改變相結(jié)合；-所述板由鋁制成；
-所述板由銅制成。根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種經(jīng)過(guò)上述處理的填料模塊。對(duì)于具有中心區(qū)域和兩個(gè)外側(cè)區(qū)域的模塊，至少一個(gè)外側(cè)區(qū)域經(jīng)過(guò)其中一個(gè)上述 方法的處理；根據(jù)本發(fā)明，提供了一種裝配有至少一個(gè)上述填料模塊的塔，特別是空氣氣體蒸 (air gas distillation column)。本發(fā)明通過(guò)作用在模塊的各區(qū)域中的低溫液體來(lái)調(diào)節(jié)填料表面的可濕性。為此， 在填料板的制造過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行表面處理，在(生產(chǎn))線(xiàn)中在沖壓之前或者之后進(jìn)行這種處理。因此，在模塊頂部的跨度區(qū)域或者界面區(qū)域中，目標(biāo)是首先保留較多的液體以便 提供ο與氣體較長(zhǎng)時(shí)間的接觸；ο更好的“潤(rùn)濕”，以及因此更大的氣體/液體接觸面積，并且由此改進(jìn)質(zhì)傳遞。在模塊底部的界面區(qū)域，目標(biāo)是盡可能地排出液體，以便防止液體積聚在模塊的 邊緣并且促使作為液體流的流動(dòng)以限制液體分離。在蒸餾塔中也可以獲得這種優(yōu)化選擇>流體的物理性質(zhì)可根據(jù)塔內(nèi)溫度而改變。因此，它們的粘滯性可較大或者較小 (具有不同的粘度)或者它們可較潤(rùn)濕或較不潤(rùn)濕(具有不同的表面張力)。為了平衡這種物理性質(zhì)的變化，表面可由此被功能化從而使得其ο在液體粘度較大或較不潤(rùn)濕的情況下較潤(rùn)濕；ο在液體粘度較小或較潤(rùn)濕的情況下較不潤(rùn)濕；>填料每單位面積的液體流率/流量可根據(jù)塔內(nèi)位置而改變。某些區(qū)域可比其它 區(qū)域具有更高的液體負(fù)載或者更低的液體負(fù)載。為了平衡液體負(fù)載的這些變化，可因此使 表面功能化從而使得其ο在液體負(fù)載小的情況下較潤(rùn)濕；ο在液體負(fù)載大的情況下較不潤(rùn)濕；>填料模塊在塔內(nèi)按部分進(jìn)行組織/布置。一部分位于底部的氣體進(jìn)口和總體上 的頂部的液體歧管(集管，manifold)之間。在一部分的頂部，表面可因此被功能化以使得填料表面被從歧管滴落的液體快速 潤(rùn)濕。在一部分的底部，表面可因此被功能化以減少潤(rùn)濕，從而減少與來(lái)流氣體的相互 作用和限制液體的毛細(xì)作用。為了根據(jù)需求調(diào)整最初由本有的氧化鋁層覆蓋的鋁表面的可濕性，對(duì)該表面進(jìn)行 的物理_化學(xué)改進(jìn)可特別地包括1.蝕刻和酸洗；2.改變粗糙度；3.形成顯微質(zhì)地；4.化學(xué)功能的移植；
5.填充材料的薄膜的沉積，等。對(duì)于改進(jìn)類(lèi)型1、2和3，現(xiàn)有技術(shù)、特別是專(zhuān)利US-A-4 604 247、US-A-4296 050 和EP-A-O 190 435已經(jīng)說(shuō)明對(duì)填料的機(jī)械處理。該現(xiàn)有技術(shù)清楚地描述了對(duì)填料的整個(gè) 表面進(jìn)行這些處理，而不是如本專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的對(duì)要被功能化的特定區(qū)域進(jìn)行處理。也可以通過(guò)其它方法實(shí)現(xiàn)期望的改進(jìn)。優(yōu)選地，使用氣態(tài)相、特別是冷的等離子進(jìn)行表面處理，這特別是因?yàn)閷?duì)薄鋁板進(jìn) 行處理的容許溫度非常有限。最后，大氣壓力下的等離子方法似乎最適于具有低成本要求 的、產(chǎn)量高的連續(xù)處理。相應(yīng)的裝置可以容易地與用于填料的連續(xù)制造的設(shè)備相結(jié)合。沉積材料的薄膜是改進(jìn)鋁表面的可濕性的最有利的方法。這是因?yàn)轱@微質(zhì)地方法 通常需要鹵化氣體，這導(dǎo)致安全和環(huán)境問(wèn)題并且由此涉及其它限制和花費(fèi)。并且，顯微質(zhì)地 化的表面在意外的燃燒初始條件下可具有與氧氣的不易理解并且無(wú)論如何都較不易復(fù)現(xiàn) 的反應(yīng)性。簡(jiǎn)單的化學(xué)功能的移植可被證明是不夠的。這是因?yàn)樘盍媳仨氃诤芏嗄甑氖褂弥?都維持在制造過(guò)程中已經(jīng)賦予填料的、非常特定的可濕性程度，然而與液體或者兩相氧氣 的永久接觸必然會(huì)對(duì)被移植的功能產(chǎn)生影響(應(yīng)想起，這些被移植的功能包括表面上的少 量的材料)，從而隨著時(shí)間而改變潤(rùn)濕性質(zhì)。但是，可以通過(guò)使用化學(xué)活性等離子而沉積為薄膜的各種材料是已知的，這些材 料的可濕性的范圍包括從極不親水的到極親水的。至少目前為止，這種性質(zhì)是相對(duì)于水來(lái) 說(shuō)的，并且因此有必要在模塊或者塔的給定區(qū)域中的主導(dǎo)的條件下通過(guò)低溫液體“重新校 準(zhǔn)”這些材料的可濕性。PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)的原理在于，在基底附近的或者與基底接觸的 放電等離子中激勵(lì)要作為薄膜被結(jié)合到材料中的各種元素的前體的化學(xué)蒸汽。例如，為了 沉積硅，使用甲硅烷SiH4和氧的混合物。在等離子中，最初的化學(xué)分子被分解成更小的部 分，特別是相對(duì)于表面具有非常高的化學(xué)能量的原子團(tuán)，這些原子團(tuán)將在所述表面上凝結(jié) 并然后在增長(zhǎng)的過(guò)程中結(jié)合到材料的膜內(nèi)，不可逆地形成強(qiáng)的結(jié)合體。PECVD方法的優(yōu)點(diǎn) 是，由于電激勵(lì)而賦予的非常高的原子團(tuán)活性，可在無(wú)需略微加熱表面、甚至可幾乎在環(huán)境 溫度的情況下在基底的表面上形成材料的薄膜。作為具有可控性質(zhì)的材料的例子，薄的氮化硅膜通常為非親水性的，如同碳氟聚 合物膜那樣。還可以獲得由氣態(tài)的有機(jī)硅前體制備的材料的非親水性的膜。相比之下，例如硅石SiOx和氧化鈦TiO2膜為親水性的。所有這些材料都是不定形的，并且可以通過(guò)組合多種要在PECVD過(guò)程中被結(jié)合的 各種不同的元素的氣態(tài)前體得到任何“中間的”合金合成物。因此，通過(guò)連續(xù)地改變親水材 料和非親水材料之間的組成，原則上可以獲得任何可濕性值。在PECVD過(guò)程中調(diào)節(jié)所述組 成特別簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍韪淖兏鞣N氣態(tài)化學(xué)前體的流速/流率的比值即可。還可以在對(duì)填料 條帶進(jìn)行連續(xù)處理的過(guò)程中、在空間上沿著垂直于填料條帶運(yùn)行方向的方向改變(即，沿 模塊的整個(gè)高度改變)材料的組成并且由此改變材料的可濕性。為此，注入組成沿所述方 向合適地改變的氣體混合物即可，當(dāng)在大氣壓力下進(jìn)行操作時(shí)不會(huì)引起太大問(wèn)題。為了進(jìn)行在大氣下的PECVD過(guò)程，需要用于激勵(lì)等離子的合適的裝置。存在兩族 /兩類(lèi)非熱的大氣下的“等離子源”(即，與例如焊弧相對(duì))。第一族是介質(zhì)阻擋放電(的等離子源)，其可以以絲狀的或均勻的(光的)模式存在。只有這種模式適于執(zhí)行PECVD過(guò) 程，但是其操作條件很?chē)?yán)格，尤其是不能進(jìn)行對(duì)導(dǎo)電基底的直接處理。這意味著填料條帶不 可能在兩個(gè)電極之間運(yùn)行。第二族是大氣微波放電(的等離子源)，其具有電子密度高的優(yōu)點(diǎn)，并且因此具有 氣態(tài)前體轉(zhuǎn)化產(chǎn)量高和沉積速率高的優(yōu)點(diǎn)，這在存在高成本限制的應(yīng)用中是非常重要的方 面。使用流線(xiàn)型的等離子源一即，產(chǎn)生入射到填料條帶表面上的、且垂直于運(yùn)行方向延伸 的等離子“簾”的等離子源一特別有利。2007年9月20日的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R 07/57719描 述了這種等離子源，2007年9月20目的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R 07/57720描述了使用這種等離子 源來(lái)制造一裝置和執(zhí)行PECVD過(guò)程的方法，這兩個(gè)申請(qǐng)的申請(qǐng)人都是本發(fā)明的申請(qǐng)人。稀 釋氣體可以是氮、氬或者兩者的混合物。密封室用于將反應(yīng)氣體限制在沉積區(qū)域，以便防止 污染性的排放物/散發(fā)物進(jìn)入制造場(chǎng)所的大氣中。所述系統(tǒng)還具有在將廢氣排放到大氣之 前凈化廢氣的裝置。自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)用于根據(jù)每一生產(chǎn)批次在模塊或者塔內(nèi)的用途而確保每 一生產(chǎn)批次的潤(rùn)濕特征的可追溯性。可以在沖壓之前在光滑的鋁板上沉積薄膜，這造成了在后續(xù)操作中保持其整體性 的問(wèn)題，但是也可以在沖壓的下游進(jìn)行。在這種情況下，在實(shí)際沉積之前可能需要清潔表 面，從而確保將在使用中承受差別較大的熱應(yīng)力的膜的良好的附著性。這種處理可以有利 地涉及使用包括氫或者水蒸汽的初始?xì)怏w來(lái)施加減少的等離子。


圖4A和4B示出了通過(guò)本發(fā)明的方法處理的各種不同的填料板。
具體實(shí)施例方式在圖4A中，波紋以常規(guī)方式沿著板延伸，與板的邊緣形成不變的角度。在這種情 況下，上部區(qū)域B或者下部區(qū)域B’或者兩者都通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理，以減小其 表面的潤(rùn)濕。也可以使用上述方法對(duì)中心區(qū)域A進(jìn)行處理以便增加其潤(rùn)濕。圖4B示出了具有改進(jìn)的邊緣的填料元件，在所述邊緣中，波紋的角度接近垂直于 模塊的下部和上部邊緣。因此，在區(qū)域B、B’中，波紋的角度相對(duì)于水平方向接近90°，而 在區(qū)域A中該角度大約為45°。在這種情況下，上部區(qū)域B或者下部區(qū)域B’或者兩者都 通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理，以減小其表面的潤(rùn)濕。也可以使用上述方法對(duì)中心區(qū)域 A進(jìn)行處理以便增加其潤(rùn)濕。對(duì)于潤(rùn)濕增加的區(qū)域，還可以通過(guò)其它已知的方法/裝置增加在這些區(qū)域中的氣 /液接觸時(shí)間。對(duì)于潤(rùn)濕減少的區(qū)域，還可以通過(guò)其它已知的方法/裝置減少在這些區(qū)域中的氣 /液接觸時(shí)間。區(qū)域A、B、B’的相對(duì)高度可以改變，但是總體來(lái)說(shuō)區(qū)域B和B’占板的高度的2% 到20 %，中心區(qū)域A占板的高度的60 %到96 %。
權(quán)利要求
1.質(zhì)傳遞和/或熱傳遞模塊的處理方法，該裝置包括一疊交叉波紋板，其中至少在模 塊的一個(gè)區(qū)域(A，B，B’ )中減少對(duì)于所述板的表面的潤(rùn)濕，所述方法的特征在于，僅在模塊 的底部和頂部的界面區(qū)域(B，B’ )中的至少其中之一中減少潤(rùn)濕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)下述方式減少所述潤(rùn)濕 i)在模塊的至少一個(gè)界面區(qū)域(B，B’ )中對(duì)板的表面進(jìn)行拋光，或 )在模塊的至少一個(gè)界面區(qū)域(B，B’ )中對(duì)板的表面進(jìn)行化學(xué)處理，或iii)使用由放電、尤其是大氣壓下的放電激勵(lì)的活性氣體氛圍提供物理和/或化學(xué)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述區(qū)域(B，B’)浸漬在化學(xué)浴中或者 用溶液噴涂所述區(qū)域(B，B’)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述放電的類(lèi)型為電暈放電、介質(zhì)阻擋放 電(DBD)或者微波放電。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在折疊之前或之后減少對(duì)于板的 至少一個(gè)界面區(qū)域(B，B’ )的潤(rùn)濕。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在模塊的中心區(qū)域(A)增加對(duì)于 模塊的板的表面的潤(rùn)濕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過(guò)下述方式增加所述潤(rùn)濕 i)將板浸漬在液體浴中或者使用溶液噴涂所述板，或 )使用由放電、尤其是大氣壓下的放電激勵(lì)的活性氣體氛圍提供物理和/或化學(xué)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述放電的類(lèi)型為電暈放電、介質(zhì)阻擋放 電(DBD)或者微波放電。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)通過(guò)模塊的等離子氛圍的特 性梯度減少對(duì)于模塊的至少一個(gè)區(qū)域(A，b，B’ )的潤(rùn)濕。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，注射氣體的濃度和/或等離子的電子密 度和電子溫度沿著模塊改變。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，潤(rùn)濕性質(zhì)在兩個(gè)相鄰區(qū)域(A，B， B’ )之間逐漸地改變。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，潤(rùn)濕改變與區(qū)域(A，B，B’)的幾 何形狀、密度或材料方面的至少一個(gè)改變相結(jié)合。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述板由鋁或銅制成。
14.通過(guò)上述權(quán)利要求之一所述的方法進(jìn)行處理的填料模塊。
15.一種塔，特別是空氣氣體蒸餾塔，其裝備有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求14所述的填料 模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料和/或熱傳遞模塊的處理方法，該裝置包括一疊交叉波紋板，其中至少在模塊的一個(gè)區(qū)域(A，B，B’)中減少對(duì)于所述板的表面的潤(rùn)濕。本發(fā)明的特征在于，僅在模塊的底部和頂部的界面區(qū)域(B，B’)中的至少其中之一中減少潤(rùn)濕。
文檔編號(hào)B01J19/32GK102083528SQ200980111289
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者F·勒克萊爾, F·德?tīng)枎?kù)索, J·阿爾封斯, J-C·羅斯坦 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司