CN101537338B - 方孔型开槽导流式规整填料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够强化液膜湍动的方孔型开槽导流式规整填料。本发明的方孔型开槽导流式规整填料，导流式填料片的波峰与波谷冲切有凹下、凸起的导流窗口，在导流式填料片上设置有方孔型开窗槽口。槽口长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm，开孔率5％，均匀分布在填料片上。槽口长边与液体主体流动方向交错。本发明的液膜流动在开窗、开槽部位发生变化，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，有效促进了液膜的表面更新和湍动；在导流窗的作用下，气相的径向混合更为充分，气液两相流体的分布更为均匀；开槽部位促进液膜表面波动，降低液膜厚度，促使填料片两侧不同浓度的液体混合。

Description

方孔型开槽导流式规整填料

技术领域

本发明涉及一种能够强化液膜湍动的方孔型开槽导流式规整填料，属于气液传质分离装置的填料技术创新。

背景技术

规整填料自问世以来在石油化工、化肥工业、天然气净化、空气分离等领域获得了广泛应用。普通板波纹规整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，大部分液体均沿波纹填料片的波谷流动，即填料表面波谷处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，降低气液传质面积，传质效果较差。通过改进传统板波纹规整填料的结构本实验室提出了开窗导流式规整填料，并且已经申请了专利，申请号为200810152768.5，该填料可使填料片两侧液体交换流动，将原本处于填料片一侧层流底层的液体换至另一侧表面，从而提高传质效率。但是，该规整填料还存在以下问题：对流体的扰动不充分，气液传质效率还是比较低，换热效果不明显。因此，有必要通过改进设备，进一步提高填料的传质、传热效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够起到液膜导流和液膜湍动强化双重作用的新型规整填料，我们经过研究和实验，通过在填料片上开窗，对液膜起到导流作用，通过增加长方形开孔，对液膜起到湍动强化作用。通过反复对面导流及条形孔的强化湍动增强传质效果。该规整填料具有压降低，处理量大，分离效率高的特点，是双面降膜、液膜反转和交叉双尺度波纹板技术的复合强化。

本发明通过下述技术方案加以实现：

本发明的方孔型开槽导流式规整填料，导流式填料片的波峰与波谷冲切有凹下、凸起的导流窗口；其特征是在导流式填料片上设置有方孔型开窗槽口。

所述的槽口长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm，开孔率5％，均匀分布在填料片上。槽口长边与液体主体流动方向交错。

具体说明本发明的液膜导流规整填料的情况如下：

方孔型开窗导流式填料片的波峰与波谷冲切有凹下、凸起的导流窗口。相邻波峰凹下的导流窗口在塔内排布时处于同一水平位置，相邻波谷凸起的导流窗口亦如此；相邻波峰与波谷的导流窗体在竖直方向上间隔一定的距离交错分布。导流窗口是在垂直于波峰(波谷)位置切口，反方向冲压而成。导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状。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，相邻的凹下导流窗口与凸起导流窗口之间间距为5mm～50mm。并且，该方孔型开窗导流式填料片切割有长方型槽口，长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm开孔率5％，槽口长边与液体主体流动方向交错，均匀分布在填料片上。

所述的方孔型开窗导流式规整填料每盘由10～100片方孔型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呈15°～75°夹角，填料片竖直放置，相邻填料片之间的波纹方向交替变化。

所述的方孔型开窗导流式规整填料的材质为不锈钢、碳钢、陶瓷、或塑料的一种。

本发明的优点在于：液膜流动在开窗、开槽部位发生变化，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，有效促进了液膜的表面更新和湍动；在导流窗的作用下，气相的径向混合更为充分，气液两相流体的分布更为均匀；开槽部位促进液膜表面波动，降低液膜厚度，促使填料片两侧不同浓度的液体混合。实验证明上述措施均能有效提高相间传质速率。另外，该填料制作简单，装卸方便。

附图说明

图1方孔型开窗导流式规整填料片的主视图；

图2方孔型开窗导流式规整填料片的左视图；

图3方孔型开窗导流式规整填料片的右视图；

图4方孔型开窗导流式规整填料片的俯视图；

图5方孔型开窗导流式规整填料片的结构示意图；

图6方孔型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，在方孔型开窗导流式规整填料片1上，相邻波谷上的导流窗口2与波峰上的导流窗口3间隔一定的距离交错分布，其中h₁为导流窗口竖直方向的高度，h₂为开窗导流窗口水平方向上的宽度，h₃为长方性槽口4的长度，h₄为长方型槽口的宽度，d为波峰和波谷上的导流窗口竖直方向的间距。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，容易看出波峰与波谷上的导流窗口各自在一水平线上。从俯视图图4可以看出导流窗口在波峰与波谷上的开口方向。

从图5可以看出，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的竖直距离为22mm；长方型槽口，长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm，开孔率5％，槽口长边与液体主体流动方向交错，均匀分布在填料片上。上述方孔型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；方孔型开窗导流式规整填料盘是由方孔型开窗导流式规整填料片1组成，每盘约有22片；方孔型开窗导流式规整填料片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，如图6所示。

在天津大学热模精馏塔实验装置上，进行了方孔型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以及开窗导流式规整填料进行对比。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。由于方孔型开窗导流式规整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。导流窗口和长方型槽口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实验：

导流窗口水平方向的宽度为1mm～50mm，竖直方向的高度为4mm～400mm；相邻的凹下导流窗口与凸起导流窗口之间间距5mm～500mm；长方型槽口长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm，开孔率5％，槽口长边与液体主体流动方向交错，均匀分布在金属填料片上。方孔型开窗导流式规整填料盘由10～100片方孔型开窗导流式规整填料片组合制成；填料片的波纹方向与填料塔轴线夹角15°～75°。

实验表明，方孔型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。方孔型开窗导流式规整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，开窗导流式规整填料每米理论板数4.8～5.5块，而方孔型开窗导流式规整填料盘每米理论板数6.5～7.2块。

本发明提出的一种方孔型开窗导流式规整填料，已通过实例进行了描述，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 (2)

1.一种方孔型开槽导流式规整填料，导流式填料片的波峰与波谷冲切有凹下、凸起的导流窗口；其特征是在导流式填料片上设置有方孔型开窗槽口；槽口长为30mm～50mm，宽为2mm～3mm，开孔率5％，均匀分布在填料片上。

2.如权利要求1所述的方孔型开槽导流式规整填料，其特征是槽口长边与液体主体流动方向交错。

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