CN101380562A - 开窗导流式规整填料片及填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及开窗导流式规整填料片及填料，规整填料片是在波纹填料片的波峰和波谷出开设导流窗口，导流窗口的方向与波峰和波谷的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗体在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻波谷的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上。规整填料由10～100片开窗导流式填料片组合的圆柱体。本发明的优点在于：当沿波谷向下流动的液膜流经开窗部位时，液膜的流动发生变化，即原先在波谷处的流体经过导流窗的导流作用流向填料片另一侧表面的波峰部位，从而有效增加气液传质面积；另外当液体流过导流窗时，原先在层流底层的液体变为液膜表面的液体，有效促进了液膜的更新和湍动，提高了气液传质速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液膜导流规整填料，属于气液传质分离装置的填料技术创新。
背景技术
规整填料从20世纪70年代提出以来，经过30多年的发展，已在石油化工、化肥工业、天然气净化、空气分离等领域获得了广泛应用。目前比较典型的规整填料多为金属板波纹规整填料，当这种填料用于精馏或吸收等气液传质操作时，填料内气液两相一般为逆流接触传质或传热，液相沿填料表面呈膜状向下流动，液膜在流动时，大部分液体均沿填料片的波谷流动，即填料表面波谷的液膜较厚而波峰及其它表面的液膜覆盖较差，而且当填料对液体的润湿性能较差时，部分填料表面可能无液体覆盖，降低了气液传质面积，造成传质效果较差。另外当液膜沿填料表面流动时，一般为层流流动，而层流状态的液膜其表面更新较差，进而影响气液传质效率。因此，如何通过改变液膜的微观流动状态提高规整填料的传质效率，从而开发新型高效规整填料成为一个重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液膜导流规整填料，使得填料表面液膜的分布更为均匀，而且液膜在填料片的两侧表面交替流动，增强液膜的湍动作用，提高有效传质面积的同时提高气液传质速率，另外该规整填料具有压降低，处理量大，分离效率高的特点。
本发明通过下述技术方案加以实现：
本发明的开窗导流式规整填料片，是在波纹填料片的波峰和波谷出开设导流窗口，导流窗口的方向与波峰和波谷的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗体在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻波谷的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上。
所述的导流窗口水平方向的窗口宽度为1mm～50mm，竖直方向的窗口高度为4mm～40mm。
所述的相邻的波峰与波谷的导流窗体之间间距为5mm～50mm。
所述的导流窗口是在垂直于波峰与波谷位置切口，导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状。
所述的规整填料片为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料的一种。
本发明的开窗导流式规整填料片组成的规整填料，规整填料由10～100片开窗导流式填料片组合的圆柱体。
所述的规整填料中相邻填料片之间波峰的方向于填料塔的轴线对称。
所述的规整填的料波纹方向与填料塔轴线呈15°～75°夹角。
本发明的优点在于：当沿波谷向下流动的液膜流经开窗部位时，液膜的流动发生变化，即原先在波谷处的流体经过导流窗的导流作用流向填料片另一侧表面的波峰部位，从而有效增加气液传质面积；另外当液体流过导流窗时，原先在层流底层的液体变为液膜表面的液体，有效促进了液膜的更新和湍动，提高了气液传质速率；第三，在导流窗的作用下，气相的径向混合更为充分，气液两相流体的混合更为均匀，进一步提高传质效率。同时，该填料制作简单，装卸方便。
附图说明
图1开窗导流式规整填料片的主视图；
图2开窗导流式规整填料片的左视图；
图3开窗导流式规整填料片的右视图；
图4开窗导流式规整填料片的俯视图；
图5开窗导流式规整填料片的结构示意图；
图6开窗导流式规整填料的组装示意图。
具体实例方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：如图1所示，
开窗导流式规整填料片的相邻的波峰与波谷的导流窗口1间隔一定的距离交错分布。图2和图3分别为开窗导流式规整填料的右视图和左视图，波峰与波谷上的导流窗体1各自在一水平线上。从俯视图图4可以看出导流窗体1的在波峰与波谷上的开口方向。图5是单个填料片的结构示意图，波谷3与波峰4上反向冲压成的导流窗口交替排列，其中导流窗口2是位于波峰上的。图6为开窗导流规整填料的组装示意图，相邻填料片之间波峰的方向关于填料塔的轴线对称。
上述的开窗导流式填料片是在波纹填料片的波峰和波谷出开设导流窗口，导流窗口的方向与波峰和波谷的方向相对。波纹的波纹方向与填料塔的轴向方向呈45°夹角，相邻填料片之间波纹的方向互相垂直，填料片的峰高为6.6mm；开窗窗口呈倾斜倒金字塔形，倒金字塔形窗口水平方向的高度为5mm，倒金字塔形窗口的“塔顶”到窗口底边的距离为22mm；波峰与波谷上相邻开窗窗口沿波纹板通道方向的距离为22mm。
上述开窗导流式规整填料盘为圆柱体结构，每盘填料高度为120mm，直径为145mm；开窗导流式规整填料盘是由开窗导流式填料片组成，每盘约有22片；
在天津大学热模精馏塔实验装置上，进行了开窗导流式规整填料的传质性能测定，并与生产中常用的板波纹填料进行对比。具体操作如下：液体由于重力的原因，从塔底进入再沸器——压差式换热器，在此与导热油进行热量的交换。液体吸收足够的热量变成气体，通过导气管进入塔体内部，沿塔壁上升。气体经过气体分布器后进入开窗导流式填料层内部，与下降的液体接触。气体沿波纹方向折回上升，与下降的液体在波纹孔道内进行质量与热量的交换；一部分气体通过窗口的导向作用，径向震荡，与后续上升的气体充分混合使得气相分布均匀，液相亦如此进行径向震荡曲折下降。由于开窗导流式填料盘的径向导流作用，改善了气液两相在塔体内的整体分布状况，使得气液两相在填料内部接触时一面进行质量与热量的交换一面在各自相态中进行浓度的重新分布。导流窗体的设计使得填料盘内部空隙大小均匀，气液两相在填料层内不易发生堵塞。气液两相穿过填料层后，气体继续上升经由塔顶冷凝器变成液体返回降液管，经过液体分布器进入填料层循环传质。液体则进入塔釜，由重力作用进入塔底再沸器循环。
根据上面的试验，我们对开窗导流式规整填料在下述的数值范围内进行了试验：
导流窗口垂直于波纹板通道方向的宽度为1mm～50mm，沿波纹板通道方向的高度为4mm～400mm；相邻的波峰与波谷的导流窗体之间沿波纹板通道方向的距距为5mm～500mm；开窗导流式规整填料盘由10～100片开窗导流式填料片组合制成；填料片的波纹方向与填料塔轴线夹角15°～75°；填料片材质分别为不锈钢、碳钢、陶瓷和塑料。
实验表明，开窗导流式规整填料与普通的波纹填料相比，在相同的操作条件下，压降和持液量略有下降，填料内部润湿性能良好。开窗导流式填料与普通波纹板填料相比，传质效率有很大的提高：普通波纹板填料每米理论板数2.5～3块，而开窗导流式填料盘每米理论板数4.8～5.5块。
本发明提出的一种开窗导流式规整填料片及填料，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (8)
1.一种开窗导流式规整填料片，其特征是在波纹填料片的波峰和波谷出开设导流窗口，导流窗口的方向与波峰和波谷的方向相对；相邻波峰与波谷的导流窗体在竖直方向上交错分布，相邻波峰的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上，相邻波谷的导流窗口依相同的斜率位于同一直线上。
2.如权利要求1所述的开窗导流式规整填料片，其特征是所述的导流窗口水平方向的窗口宽度为1mm～50mm，竖直方向的窗口高度为4mm～40mm。
3.如权利要求1所述的开窗导流式规整填料片，其特征是所述的相邻的波峰与波谷的导流窗体之间间距为5mm～50mm。
4.如权利要求1所述的开窗导流式规整填料片，其特征是所述的导流窗口是在垂直于波峰与波谷位置切口，导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状。
5.如权利要求1所述的开窗导流式规整填料片，其特征是所述的规整填料片为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料的一种。
6.一种由权利要求1所述的开窗导流式规整填料片组成的规整填料，其特征是规整填料由10～100片开窗导流式填料片组合的圆柱体。
7.如权利要求6所述的规整填料填料，其特征是所述的规整填料中相邻填料片之间波峰的方向于填料塔的轴线对称。
8.如权利要求6所述的规整填料填料，其特征是所述的规整填的波纹方向与填料塔轴线呈15°～75°夹角。
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