专利名称：改进的填充物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于填充塔的填充构件，更具体的讲，本发明涉及制造具有复杂外形的填充构件的简单方法，这种外形不受脱模条件的限制。
填充塔用于物质的各种转移工序，例如吸附、萃取、清洗等。填充物的类型需根据机械强度，抗腐蚀性能，成本，容量以及效率来选定。填充物的作用是便于两股通常为相向运动的流体之间的物质的转移。通过在填充物内部提供大的表面积，使流体便于接触，以及通过将液体破碎成细小的颗粒来加速物质转变成气相，从而使物质转移的效率和速度得以提高。
填充物可以是塔盘，或者是无规则地填入各种塔内的填充物。最初，填充构件是陶瓷或碳素环，鞍状物、十字环、或者滴液瓦。较为先进的填充构件采用空隙均匀分布的泡沫构件，具有较高的效率和性能。这种构件具有良好的可湿润的表面区域及较低的流体通过阻力，并且在任何方向都有效。这种高效率的填充物倾倒入各种塔内，就能使填充物均匀分布而不会有阻塞区和空白区。这些填充物使流体能以高的容积效率进行处理，提高了效率，降低了处理费用。高效填充物具有复杂的空间型状，通常带有许多大小不同的，以不同的角度和位置布置在整个填充物内的支杆和突起物。
但是，这种要求具有均匀的几何形状，复杂的结构的高效填充物，需要用铸造，注塑模压，冲压或挤压(都是昂贵的加工过程)来制造。由于挤压加工通常只能制造轴对称形状的物体，因此其应用受到限制。模制成形法则不允许采用有侧凹、重叠等形状的构件，这是因为这些形状的构件无法从一般的模具中脱模，而多件组合模具费用又很高。这样，构件内部的许多容积都是敞开的空间，减少了有效面积。同时，垂直于填充物长轴的挡流构件也少于最佳数量。
对于处理温度相当高的，或有化学腐蚀性质的流体，需要用金属填充物或金属填充构件。大多数金属填充物由卷绕成管状或球状的金属坯料制成。突片或突舌可以切出而且向内折翻形成突起，从而增大表面积，提高混合与形成液滴的效果。然而，仍然有相当大的开放空间，并且效率低于要求。
美国专利文献US4，724，393描述了一种制造高性能、形状对称、敞开的成卷填充物的经过改进的方法。这种填充物具有均匀的几何形状，可用范围很广的材料加工成多种多样的形式和几何形状。它的加工过程简单而且经济。一条用薄板料做的带状物具有由许多薄板料做的带状中介片连接的平板。这些平板可以打孔或具有突起，并且沿垂直于带状物的长轴方向折弯。然后把中介片折弯，使折弯了的平板的长轴线互相靠得很近，并且基本上平行对齐。
高性能填充物的性能好，因此占有了很大的市场份额。这些填充物由塑料或金属材料制成，其压力损失小，物质转移量大，填充效率高。这些填充物由于表面元件分布均匀，所以每单位容积的滴点密度高。这种开放的，不引起阻塞的结构，在纵向和横向分布和分配流体的同时，压降很小。
虽然这种填充物内部结构的空白容积小于现有技术中的高效填充物，但垂直于长轴的结构仍然难以制作，而且，为把薄带制成构件，需要多次折弯，卷曲工序。
根据本发明，可用更简便的方法制得具有结构更复杂的填充物。这种填充物可使流体高效混合，并搅乱流经或环绕在其周围流动的流体。本发明的加工方法同样从挠性带状材料开始。但并不折弯材料，而是把带状材料卷绕起来，使第一卷曲端部置于包含第二端部的外层卷曲部分内。用锁扣装置把第二端部固定于外卷曲部分上。
孔洞使带状物上有大量开放空间，至少有30%左右，最好有大约50%-90%为开放空间。挡流突片固定于带板上，这些突片增大了流体接触面积。若突片与卷曲的填充物的长轴成一定角度，它们将位于液体流经的通路上，并能够将液体破碎成更细小的液滴。突片可以是任何形状，如弧形的、矩形的、三角形的、正方形的等等。突片可以通过从薄板上切断一部分周边，留下一条可翻折的折页边而形成。然后折弯可折的折页边，使突片翘离薄板。带状物也可以模制成，带有从带状物的表面上突起的突片。翘离的突片同时在带板上形成许多孔洞。另外，突片可用作卷绕成的带状物相邻的弧形部分之间的隔板。突片可以向上或向下翻，突片可布置成与带板表面垂直或者呈较大或较小的角度，一般从20--160度。
把带状物的第一端嵌入一根棒的槽中，转动这根棒，就能把带状物卷绕成如下结构的填充物，在这种结构中，包含带状物第二端的卷曲部分围在包含带状物第一端的卷曲部分的外面。突片可以部分地从带状物上向外折翻，当带状物滚过一块压形板时，这块压形板就把突片弯曲到要求的位置。
带状物用具有挠性和可弯曲性的原始状态的材料制成，如金属，乙阶热凝树脂，热塑性树脂，或者象金属氧化物散布于有机胶合树脂中的混合物那样的陶瓷的前期制品。金属带或某些塑料带可以通过冲压、切割、折弯工序成形。其它的带状物可以通过陶瓷材料或树脂材料的铸造、模制或挤压来成形。在带状物最后卷绕成形后，卷绕好的带状物可通过烧制来固化树脂，或者把前期制品转变成最终陶瓷状态。
本发明的填充物可以用简单得多的许多种初级材料制造。即使带状物要用模具来制造，这些模具也要比制造前面所述的高性能填充物便宜和简单得多。本发明的方法可用于制造形状复杂的填充物，而这样的形状实际上不能用其它工艺方法制造。本发明的填充物的制造成本很低，可以用塑料，金属或陶瓷原料制造。
随着参照附图阅读下面的详细说明，加深了对本发明的理解，上面所述的以及其它许多本发明的特点及优点将变得更加明显。
图1是根据本发明用以形成填充物的带状物的第一实施例的立体图;
图2是图1中带状卷绕成螺旋形填充物的侧视图;
图3是带有预先切出的可弯曲突片的布置方式的梯形带状物的视图;
图4为图3的梯形带状物卷成的螺旋填充物的正视图;
图5为带状物的一个实施例的俯视图，该带状物用来形成具有若干同心圈的填充物;
图6为带状物的另一实施例的俯视图，该带状物用来形成具有几个同心构件的填充物;
图7为带状物的又一个实施例的俯视图，该带状物用来形成具有几个同心环的填充物;
图8为图9所示的填充物的俯视图;
图9为图7所示带状物卷成的填充物的侧视图;
图10为图5所示带状物的侧视图。
请参照图1、2，经改进的填充物10由带状物12形成，带状物上至少具有30%由孔14造成的开放空间。带状物12还可以包括挡流元件16，它象支杆那样突出在带状物12的表面18上。该带状物从第一端壁20到第二端壁22是连续的。将该带状物的任何一个端壁嵌入开有槽的棒上，转动这根棒，就形成由含有第一端壁20的内圈24和含有第二端壁22的外圈26组成的填充物10。
带状物10有两个侧壁28、30及纵向桁条32和横向桁条34。每根桁条32都与端壁20、22及各横向桁条34在相交点36处联结。每根横向桁条也同样与各侧壁28、30联结。支杆16固定于相交点36上，和/或固定于横向桁条34或桁条32上各交点的中间。如果带状物用弹性材料制成，扣锁装置，例如钩子38可固定于第二端壁22上。当钩子38钩住连接在外圈26上的横向桁条时，就可以防止填充物10松开。
带状物12的长度与宽度决定于填充物10所需要的直径与高度，各圈之间的间隔和表面积。填充物直径一般为1-5英寸，高度为1-4英寸。通常直径与高度是相同的。通常，一个填充物的填充因子为每英尺5-65，表面积大约为10-80ft2/cu.ft。
带状物的最大宽度要依填充物的高度而定。一般，带状物的长从至少5英寸到50英寸或更长。各圈之间的间隔大小决定于挡流元件的高度。一般，挡流元件的高度为1/16-3/8英寸。填充物至少有两圈最好是3-15圈。
带状物可以制成具有平行侧壁的矩形，或具有成形的侧壁，如凹入的，凸出的，带花样的，或逐渐收缩的。如果带状物的边是平行的，它就卷成圆筒状的填充物。如果带状物具有梯形的侧壁，若其小头置于内部，就卷成一个圆筒，若大头置于填充物10的内部，则如图2所示，卷成一六边形体。
图1、2所示的带状物具有很空旷的结构，象一张网或者筛子。在图3、4中所示的实施例中，带状物40由薄板材料制成。挡流元件42和孔44可用经冲压和折弯金属，某些塑料，某些陶瓷的前期制品等而制成，或者，在简单的模腔中模制或铸造出来。最好用薄板材料沿连接线46从表面折起挡流元件42而形成孔44。如果是可弯曲的材料，则把挡流元件42沿着线46折起来形成孔44。
图3中表示挡流元件42上带有三条边的切断线48，这三条边与和带40的长轴线平行的折弯线46相连。图4中，表示挡流元件已从带40表面50上折起。这种梯形的带40卷起来后，较宽的第一端52形成位于填充物56内部的第一圈54，而较窄的第二端58在填充物外部形成外圈。
图5、10所示的带状物60是矩形的，卷成后成为圆筒状填充物。带状物60上打有均匀分布的孔眼(未表示)，由沿着线64从表面上翻折起挡流元件62而形成。卷绕时不是形成连续的螺旋形。带状物60上具有连接带段66和68的间隔连接段65，以及连接带段68和72的间隔连接段70。这些间隔连接段可如图10所示，在模制或折弯工序中预先折弯，使带段66、68、72错开，处于三个不同的高度。第一段较短的带段66最先卷绕起来。间隔连接段65沿折线74从第一圈上折起成一个角度，同时沿折线76折翻成第二个角度。然后把第二带段68卷绕成第二圈。而沿折线80、82折翻的间隔连接段70使第二圈与最后卷绕成第三道外圈的最长的第三段72隔开一个距离。第一端壁84位于内部，第二端壁位于成品填充物的外周边。每段带段可以卷曲成单独的螺旋形，也可以卷曲成单独一个多边形，例如象图8、9中所示的填充物200那样的圆筒形。若为圆筒，则其直径是长度被π除。槽88位于间隔连接段64、70上，用来提供开放空间或用于接受突片(未标出)，以便使每一带段保持圆筒形。也可以用其它的固定装置把圆筒封闭住。如果需要，可用螺栓，粘合剂，金属热粘合剂或热塑性树脂。
图6所示的带90是梯形的，其上同样有带折线96、98的把带段100、102、104分开的间隔连接段92、94。挡流元件106是矩形的。其各边与带状物90的长轴成45度角。挡流元件的四边沿线108切开，留下最上面或最下面的角110不切，使它在挡流元件106从带90的表面112折翻起来时起固定件的作用。
图7-9描述了另一实施例，即具有许多带段204、206、208的带状物202。每段带段都为矩形，且每段的宽度从带段204的第一端壁210到带段208的第二端壁212逐渐缩小。带状物202上有间隔连接段214、216，每段具有第一折线218和第二折线220，把带段204、206、208分隔开。每一间隔连接段都含有一条槽222。
挡流元件224可以在高起的位置上模制成形，或沿折线228从表面226上折起，形成孔眼(图中未示出)。带段204卷绕成最内层圆筒230，它的第一端壁210搭住第一折线218，把圆筒封闭住。第二层较宽的圆筒232始于折线220，终于折线218'。第三层最宽的圆筒234，起始于折线220'，终止于第二端壁212，折线220’形成封闭柱体。
本发明提供了一种用简单的，制造成本低的技术生产的，而形状复杂，性能很高的填充物。它的复杂形状很容易用平板材料经铸造，模制，冲压或挤压加工来制作，最终用卷绕工序完成产品。
需要指出的是我们只对本发明的最佳实施例进行了描述，在不脱离权利要求书所限定的本发明的范围和要点的条件下，可以对本发明进行各种替换，改进和变化。
权利要求
1.一种用于流体接触的填充物，其特征在于，它包括如下结构一条具有第一端壁和第二端壁的带状物；并且上述带状物为带的形状，具有若干圈，上述第一端壁为带状物位于带卷内圈的第一圈带卷部分的一部分，上述第二端壁为形成带卷外圈的第二圈带卷的一部分。
2.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，它还包括位于各圈之间的间隔连接装置。
3.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，它还包括从带状物表面突起的突片元件。
4.如权利要求3所述的填充物，其特征在于，其中的突片元件由从带状物的表面切开，并向上翻起的带体材料形成。
5.如权利要求3所述的填充物，其特征在于，上述突片元件模制于带状物上。
6.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，上述带状物具有至少提供30%开放空间的孔。
7.如权利要求3所述的填充物，其特征在于，上述突片中至少有一些突片垂直于带卷的轴线。
8.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，上述带卷为螺旋状。
9.如权利要求2所述的填充物，其特征在于，上述带卷的各圈由上述间隔连接装置连接成为若干同轴线的多边形。
10.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，上述带状物的宽度从第一端壁到第二端壁增大或减小。
11.如权利要求1所述的填充物，其特征在于，它还包括锁定第二端壁与下一相邻圈的装置。
12.一种用于流体接触的填充物的成形方法，它包括把具有一个第一端壁和一个第二端壁的带状物沿垂直于带状物长轴线的方向卷绕成许多圈，使上述第一端壁配置在卷绕好的带状物的由上述其它许多圈包围着的内圈里，并使上述第二端壁处在卷绕好的带状物的最外圈。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，它还包括把上述第二端壁锁定在邻近的圈上。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，它还包括在带状物表面上形成高起的突片构件的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述带状物的第一端壁插入设置在一根轴上的夹紧器内，以便把带状物卷绕成上述的许多圈。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述带状物卷绕成螺旋状。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，它还包括把带状物卷绕成多边形的许多圈，并且在各圈之间弯曲带状物，以便在各圈之间形成间隔连接段。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述带状物的宽度从上述第一端壁到上述第二端壁增大或减小。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，上述多边形的圈是圆筒形。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述带状物用金属、合成树脂或陶瓷制成。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，上述带状物由陶瓷制成，并且还包括把呈前期制品状态的陶瓷的带状物卷绕起来，然后再烧制绕好的带状，把前期制品转变成陶瓷的步骤。
全文摘要
一种改进的填充物，它将带孔的带状物的第一端壁卷在内圈里，而该内圈由包含带状物的第二端壁的外圈包围。这许多圈可以是螺旋状，或者是由一些连接段连起来的同心的多边形，例如圆筒形。挡流构件从带状物的表面突出，与填充物的长轴线成一角度。把大的端壁配置在内圈的梯形带状物可以弯卷成接近圆球的形状。
文档编号B01J19/30GK1102358SQ9410785
公开日1995年5月10日 申请日期1994年7月29日 优先权日1993年11月3日
发明者丹尼尔·M·圣路易斯, 考·C·朗 申请人:兰泰克实业公司