用于流體交換柱的填充結構制造技術

本發明專利技術涉及一種用于流體交換柱的填充結構（１），所述結構為將與至少一個向上流動的氣相發生密切接觸的至少一個向下流動的液相限定出交換表面，該結構的特征在于，其包括通過多排由管（１０）構成的管束形成的容體，每個管束包括四個管（１０ａ－１０ｄ），該四個管（１０ａ－１０ｄ）分別沿著四個與該結構的軸線形成一角度的方向（Ｄ１０ａ－Ｄ１０ｄ）取向，所述多個管形成多個通向該結構（１）的外表面的通道。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術大體上涉及流體交換設備領域。這種眾所周知的設備一般包 括在其中實現至少兩種流體的交換的圓柱形外殼或交換柱。通常所述交換為進行向下流動的液相與向上流動的氣相之間的(物質、熱量等等) 交換。交換柱被用于特別是執行例如蒸餾(蒸餾柱)、冷凝、精餾、吸 附、脫附、分離、萃取、沉淀、化學反應等操作。
技術介紹
為促進流體之間的交換，已知可以向交換柱內引入填充元件，以增 大流體之間的接觸面積。這種元件例如可以由板、環(如拉希格環)、 螺旋形件等構成。已知還可以利用堆疊的格柵或架子、纖維填料等等。 然而，對交換柱內的交換面積可以增大的程度存在限制流量。通 過增大交換柱內的交換面積，由于促進了流體之間的密切接觸而提高了 處理效率。然而，如果交換面積的這種增大的獲得有損于通過交換柱的 流量，例如使用過于致密的填充物，則處理效率將通過減小了流體流動 的速率(被更新)而降低，由此部分抵消了由增大交換面積所獲得的效 果。
技術實現思路
本專利技術試圖提出一種用于流體交換柱的填充物的新設計，它能夠在不降低沿交換柱的流量的情況下使流體之間的交換面積最優化。根據本專利技術，該目的通過這樣的填充結構實現，該填充結構包括通過多排由管構成的管束形成的容體(volume)或組件，每個管束包括四 個管，該四個管分別沿著四個與該結構的軸線形成一角度的方向取向， 所述多個管形成多個通向該結構的外表面的通道。由此，本專利技術的填充結構在保持流量的同時提供了大的交換面積。 流過該結構的流體之間的交換既在該管的內部、又在該管的外部進行， 其中所述管本身構成多個促進流體流過交換柱的流動通道。該結構的容體(或容腔)可以進一步包括多個位于管之間的孔，以 便為流過該結構的液相和氣相限定出附加通道。所述管可以由碳-碳或陶瓷復合材料、金屬、熱塑性材料或熱固性材 料制成。還可以通過使管具有在管的內部和外部之間提供通道的大孔 (macropore)或開口來增大交換面積。 管的表面還可以載有化學催化劑。本專利技術還提供一種用于流體交換柱的填充結構的制造方法，該方法 的特征在于，其包括a) 形成管；b) 以多排由管構成的管束構造所述管的有序組件，每個管束包括四 個分別沿四個方向取向的管；c) 將所述管通過其接觸部分接合在一起；以及d) 對該有序組件進行機加工，以形成與其將要插入的流體交換柱的 形狀和內部尺寸相匹配的填充結構。在本專利技術的一個方面，在步驟a)中，所述管由碳或陶瓷復合材料制 成。在這種情況下，該方法可以進一步包括通過熱處理使管碳化的步驟 并繼之以碳的化學氣相沉積(CVD)的步驟。根據本專利技術的另一方面，所述管由碳復合材料制成，該方法進一步 包括使管氧化從而使其表面親水(即變成親水表面)的步驟。在該步驟 的末尾，可通過利用含有催化劑的溶液浸漬管和通過蒸發干燥該溶液以 僅將催化劑留在管的表面上而使管的表面覆蓋有催化劑。附圖說明從以下參照附圖作為非限制性例子給出的本專利技術的特定實施例的說明中，本專利技術的其它特征和優點將變得顯而易見，其中圖l是在根據本專利技術的填充結構的制造方法的實施過程中各順序步 驟的流程圖2A-2D是示出根據本專利技術的有序管組件的構造的透視圖； 圖3A-3B是根據本專利技術制造的有序管組件的照片；圖4是根據本專利技術的填充結構的一實施例的透視圖5A和5B是本專利技術的填充結構的一實施例的照片；圖6是在流體交換柱中結合有圖3的填充結構的一例子； 圖7是示出正被沉積在疏水表面上的催化劑溶液的高度圖解視圖；以及圖8是示出正被沉積在親水表面上的催化劑溶液的高度圖解視圖。具體實施例方式該說明從參照圖l-4描述的根據本專利技術的一實施例的填充結構的制造方法開始。該結構由空心管組件構成。因此，第一步驟(步驟S1)是形成空心 管。該管可以由復合材料例如碳或陶瓷(SiC)、或實際上由金屬、熱塑性或熱固性材料制成。該管優選具有盡可能薄的壁厚，以使該結構的空 洞部分最優化。對于由復合材料(例如碳管或SiC管)制成的管，該管可以例如由編織物、細絲繞組、繞帶形成，或者由可選地通過拉擠成型制造并在支撐桿上保持外形和通過液體技術固結、即通過可以被燒焦(cokefied)和滲 透的樹脂例如酚醛樹脂浸漬編織物并通過熱處理使樹脂交聯的管形成。該管優選地由以其抗酸和抗腐蝕能力著稱的碳/碳復合材料制成。然后，利用前述步驟中形成的管構造有序組件。沿四個不同方向布 置管(步驟S2)。圖2A示出了由四個管10a-10d構成的管束，其中每個管 沿四個組裝方向D10a-D10d之一延伸。除了這些管在立方體的中心的對角 線相交點處并不相交、而是在該點附近彼此交叉(或交迭)以外，這些 管在組裝時所沿的四個方向D10a-D10d在該例子中分別與立方體的四個 對角線(或正四面體的四個高/邊)相對應。有序組件的構造例如可以從重復圖2A的排列開始，即沿構造軸線XX' 放置一個由管10a-10d構成的新管束，該新管束以前一管束在其四個管的 交叉點處的相同順序組織，等等。如圖2B所示，這樣便產生出由沿軸線 XX'排列的第一排100a的通過管10a-10d構成的管束形成的有序組件的開 端。這形成四片管11-14的交叉結構，其中各片在沿管束中的管的四個組 裝方向之一取向的平面中延伸。每個片內的管彼此之間以允許其它片中 的管通過(交叉穿過)的距離隔開。一旦在排100a中達到期望的管束數，便沿著與XX'軸線平行的軸疊置 多個系列成排管束，以填充排100a周圍的空容腔。圖2C示出了在一個平 行于構造軸線XX'的新軸線XbX'b上的另一排100b的管束的布置情況。排 100a的任一側的空容腔隨后均被填滿，通常直到排100a的管的末端，以 在所述容腔內獲得由沿四個相應方向延伸的管構成的三維結構。圖3A和3B示出了通過工具支撐的這種由管10制成的組件。由此制造出如圖2D所示的基本上呈長方體形式的有序組件。所形成 的有序組件具有多個通向(或開口到)組件的所有面的管io。美國專利No. 4 168 337詳細描述了一種利用沿四個方向布置的線性 元件制造有序組件的方法。之后，將管接合/粘接在一起(步驟S3)。接合僅在管接觸的地方進 行，以保留管之間的孔或通道，從而為管外的流體提供附加的流動路徑。 管之間的接合例如可以利用樹脂完成，同時注意監視沉積的樹脂量，以 避免阻塞管之間的孔。之后，對組件進行(機)加工，以形成與將要放置它的流體交換柱 的尺寸和形狀相匹配的填充結構(步驟S4)。流體交換柱、例如蒸餾柱通常包括圓柱形的外殼。在這種情形下， 有序組件被機加工，以獲得同樣為圓柱形的填充結構，以便占據最大的 交換柱內空間并由此提供盡可能多的交換表面(圖4)。然而，本專利技術的 填充結構也可以具有一些其它形狀。該組件可以通過使用加壓噴水切割或使用超聲、激光、銑床等進行 機加工，以形成該填充結構。而且，可選地，當管由復合材料例如碳或陶瓷(SiC)制成時，可以 施加熱處理，以使管的塊段碳化，且可以可選地接著進行或繼之以碳的 化學氣相沉積(CVD)，以增強管之間的接合并改善其抗腐蝕能力。根據上述方法和如圖4所示，獲得一填充結構l，其包括管10的壓實 塊段，所有管10均沿著相對于該結構的軸線AA'的四個方向D10a-D10d之 一傾斜，其中軸線AA'與要放入該結構的交換柱的軸線相對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于流體交換柱的填充結構（１），所述結構為將與至少一個向上流動的氣相發生密切接觸的至少一個向下流動的液相限定出交換表面，該結構的特征在于，其包括通過多排由管（１０）構成的管束形成的容體，每個管束包括四個管（１０ａ－１０ｄ），該四個管（１０ａ－１０ｄ）分別沿著四個與該結構的軸線形成一角度的方向（Ｄ１０ａ－Ｄ１０ｄ）取向，所述多個管形成多個通向該結構（１）的外表面的通道。

【技術特征摘要】
1.一種用于流體交換柱的填充結構(1)，所述結構為將與至少一個向上流動的氣相發生密切接觸的至少一個向下流動的液相限定出交換表面，該結構的特征在于，其包括通過多排由管(10)構成的管束形成的容體，每個管束包括四個管(10a-10d)，該四個管(10a-10d)分別沿著四個與該結構的軸線形成一角度的方向(D10a-D10d)取向，所述多個管形成多個通向該結構(1)的外表面的通道。2. 根據權利要求l所述的結構，其特征在于， 一個管束的四個管 (10a-10d)沿著立方體的四個對角線取向。3. 根據權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述管(10)通過 其接觸部分彼此相連。4. 根據權利要求l-3中任意一項所述的結構，其特征在于，所述容體 包括多個位于所述管(10)之間的孔，從而為流過該結構的液相和氣相 限定出附加通道。5. 根據權利要求l-4中任意一項所述的結構，其特征在于，該結構呈 圓柱形，每個管(10)相對于該圓柱形結構的軸線(AA')傾斜。6. 根據權利要求l-5中任意一項所述的結構，其特征在于，所述管(10) 由復合材料、金屬、熱塑性材料或熱固性材料制成。7. 根據權利要求l-6中任意一項所述的結構，其特征在于，所述管(10) 由碳-碳或陶瓷復合材料制成。8. 根據權利要求7所述的結構，其特征在于，所述管(10)具有在 所述管的內部和外部之間提供通道的大孔。9. 根據權利要求7或8所述的結構，其特征在于，所述管(10)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷米貝塞特，讓皮埃爾莫米，
申請(專利權)人：SNECMA固體燃料推進器公司，
類型：發明
國別省市：FR[法國]