CN101979134B

CN101979134B - 窗、孔组合式导流规整填料片及填料

Info

Publication number: CN101979134B
Application number: CN201010530832.6A
Authority: CN
Inventors: 刘春江; 李雪; 袁希钢
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: CN101979134A

Abstract

本发明涉及一窗、孔组合式导流规整填料片及填料，在波纹填料片的波峰和波谷处设置有开孔和开窗，开孔与开窗相连通形成窗孔组合式结构。波纹填料片的波纹方向与竖直方向有倾角。窗、孔组合式导流规整填料片组成的规整填料，填料片平行，波纹方向交错排列放置。在塔径较大时，放置多块规整填料，上下两盘填料的波纹片旋转15°～90°安装。在流体速度及重力的作用下，由于开孔结构的存在，流动的液体可以更为有效的聚集。而与此相连的开窗结构刚好位于开孔结构的下方，流下的液体导流到填料片另一侧波峰位置，增加相邻开窗窗体间气液相的液膜湍动程度，降低压降，增加气液通量，更为有效地实现了液膜更新和增加气液传质面积。

Description

窗、孔组合式导流规整填料片及填料

技术领域

本发明涉及一种用于精馏吸收等气液传质过程的窗、孔组合式导流规整填料，特别是一种能够有效加速液膜更新与湍动的新型规整填料。

背景技术

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形规则、整齐地堆砌的填料，这种填料人为地规定了填料层中的气、液流路，减少了沟流和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热和传质的效果。目前比较经典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，液相沿填料表面成膜状向下流动，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。由此，为了促进液膜湍动，提高传质效果，本实验室(化学工程联合国家重点实验室)提出了一种新型开窗导流式规整填料(CN101380562A)，该填料通过在填料片上开设能够引导液体流动的窗口，使得同一填料片两侧的液体能够交换流动，将原本处于填料片一侧的流动的液体导流至另外一侧表面，而且使原在层流底层的液体变为液膜表面的液体，提高气液有效传质面积，从而提高传质效率。在实验过程中发现，当液体流量较大时，受开窗大小的限制，液体很容易封死窗口的入口，使得导流窗口的导流作用失效。本实验室通过进一步研究，发现采用窗、孔组合式结构能够解决此问题，为此提出了一种新型填料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更为高效的液膜导流规整填料，对于开窗导流式规整填料及传统板波纹填料的结构加以改进，针对开窗导流规整填料在液膜流动过程中，由于表面张力、粘度等因素的影响下，导流窗口可能会被封死，无法将液体导流至填料片的另一侧，而阻碍液膜更新的实现，影响气液传质速率的缺点，进行了进一步的开发。而且开窗导流规整填料在加工时，开窗的结构需要完成剪切工序，由于模具受力不均匀，会给加工带来困难，也会造成填料片无法与理论尺寸相吻合。本发明有效的解决这个问题。在开孔结构的基础上开设开窗结构更有利于加工的进行及保证填料片的质量。

本发明通过下述技术方案加以实现：

本发明的窗、孔组合式导流规整填料片，是在波纹填料片的基础上开设了一种窗、孔组合导流结构。窗、孔组合结构包括在波纹填料片的波峰波谷位置处所开设的开窗结构和开孔结构，开窗与开孔结构相连形成窗、孔组合式结构。

该规整填料片的开孔结构开设于波纹填料片的波峰波谷处，波纹填料片的波纹方向与竖直方向有一定倾角，相隔一定间距依相同斜率交错均匀分布，开孔结构相邻波峰与波峰之间，波谷与波谷之间间隔10～100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻的开孔间隔10～100mm。开孔形状可以为圆孔状，三角状，方形状或菱形状等有利于流体导流流动的形状。对于圆孔状开孔孔径为4～40mm；三角状开孔底边为4～40mm，高为4～40mm；方形状开孔长边为4～40mm，宽为4～40mm。

与开孔结构相连的是开窗结构，在开孔结构的下方顺流体流动的方向开设导流窗口，其方向与波峰和波谷的方向相对，且每相邻的波峰与波谷处开窗方向相反。导流窗口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。沿波纹方向的窗口宽度为4～40mm，垂直方向的窗口高度为4～40mm。

所述的规整填料片为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料的一种。

窗、孔组合式导流规整填料片组成的规整填料，10～100片窗、孔组合式导流规整填料片组合而成的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相邻填料片间平行放置。规整填料中相邻填料片之间波峰的方向与填料塔的轴线对称。在塔径较大时，放置多块规整填料，上下两盘填料的波纹片旋转15°～90°安装。10～100片窗、孔组合式导流规整填料片组合而成的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相邻填料片间平行放置。

本发明的优点在于：当沿波谷向下流动的液膜流经开孔结构时，在流体速度及重力的作用下，由于开孔结构的存在，流动的液体可以更为有效的聚集。而与此相连的开窗结构刚好位于开孔结构的下方，流下的液体导流到填料片另一侧波峰位置，增加相邻开窗窗体间气液相的液膜湍动程度，降低压降，增加气液通量，更为有效地实现了液膜更新和增加气液传质面积。另外当液体流经导流窗时，层流底层的液体变为液膜表面的液体，提高了气液传质速率。同时，本发明克服了在液膜流动过程中，由于表面张力、粘度等因素的影响下，开窗导流规整填料的导流窗口可能会被封死，而阻碍液膜更新的实现，影响气液传质速率的缺点。而在加工时，由于模具受力不均匀，开窗的结构需要完成剪切工序会给加工带来困难。但是本发明有效的解决这个问题。在开孔结构的基础上开设开窗结构更有利于加工的进行，制作简单，装卸方便，有利于保证填料片的质量。

附图说明

图1本发明窗、孔组合式导流规整填料圆孔形的主视图；

图2本发明窗、孔组合式导流规整填料三角形的主视图；

图3本发明窗、孔组合式导流规整填料方形的主视图；

图4本发明窗、孔组合式导流规整填料圆孔形的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明窗、孔组合式导流规整填料的技术特征做更详细的说明：

本发明的一种窗、孔组合式导流规整填料片，在波纹填料片的波峰和波谷处设置有开孔和开窗，开孔与开窗相连通形成窗孔组合式结构。波纹填料片的波纹方向与竖直方向有倾角。相邻波峰与波峰之间，波谷与波谷之间间隔10mm～100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻开孔结构间隔10mm～100mm。规整填料片开孔结构形状为圆孔状，三角状，方形状或菱形状的形状。对于圆孔状开孔孔径为4mm～40mm，三角状开孔底边为4mm～40mm，高为4mm～40mm；方形状开孔长边为4mm～40mm，宽为4mm～40mm。

开设的导流窗口与开孔结构相连通，位于开孔结构的下方，波峰波谷处导流窗口的开口方向与波峰波谷突出方向相反。

规整填料片的导流窗口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，沿波纹方向的窗口宽度为4mm～40mm，垂直方向的窗口高度为4mm～40mm。

规整填料片为不锈钢、碳钢、陶瓷或塑料的一种。

由窗、孔组合式导流规整填料片组成的规整填料，由10～100片窗、孔组合式导流规整填料片组合而成的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相邻填料片间平行放置。

规整填料在塔内放置多块规整填料时，上下两盘填料的波纹片位置旋转15°～90°。详细说明如下：

窗、孔导流式规整填料(圆孔形)示意图如图4所示，该规整填料的波峰3与相邻波谷4间隔相同距离分布，开孔1和开窗2组合成窗孔组合式结构。由图4可以看出，填料波峰与波谷上的窗、孔组合结构在同一斜率方向上交错均匀分布。用此窗、孔组合式导流规整填料片组合成填料时，相邻两个填料片之间沿波纹的方向垂直交错放置，相邻填料片波峰的方向关于填料塔的轴线对称。同样，窗、孔导流式规整填料(方孔形)，窗、孔导流式规整填料(三角形)将孔的形状分别改变为方形，三角形，其他分布情况类似。

上述的窗、孔组合式导流规整填料片是在波纹填料片的波峰和波谷处开设窗、孔组合结构，开窗结构的导流窗口方向与波峰和波谷的方向相对。波纹的方向与填料塔的轴向方向呈30°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10mm；波峰与波谷上相邻的窗、孔组合结构沿波纹板通道方向的距离为40mm。开孔孔径为8mm，窗孔组合结构整体长度为17mm。三角状开孔结构底边为4～40mm，高为4～40mm；方形状开孔结构长边为4～40mm，宽为4～40mm。

上述窗、孔组合式导流规整填料盘为圆柱形结构，每盘填料高度为120mm，直径为145mm；窗、孔组合式导流规整填料是由窗、孔组合式导流规整填料片组成，每盘约有22片。填料片流道与水平方向夹角为15°～75°，相邻两块填料片相对组装，流道方向相反，可以促进流体在整个塔盘内部均匀分布。

上述窗、孔组合式导流规整填料盘在塔内安装时波纹形成的通道与垂直方向成45°，相邻两波纹片流道成90°，上下两盘波纹填料旋转90°叠放，在塔内，规整填料做成一个个圆盘，直径略小于塔的内径，使流体在塔内充分混合。

本填料在塔内应用时，在塔内，气相经过气体分布器进入窗、孔组合式导流规整填料层内部，与下降的液相接触，气相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；一部分气体通过窗孔的导向作用，径向震荡，与后续上升的气相充分混合使得气相分布均匀，液相亦如此进行径向曲折下降。由于窗孔组合结构的径向导流作用，改善了气液两相在塔内的整体分布状况，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。窗孔组合结构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。在窗孔组合式导流规整填料的作用下，提高了气液两相的传质面积和传质效率。

同时，本填料在加工时，首先加工填料片的开孔结构，再在开孔结构的基础上，进行开窗结构的加工，以此保证加工简单，尺寸规范的要求。

Claims

1.一种窗、孔组合式导流规整填料片，其特征是在波纹填料片的波峰和波谷处设置有开孔和开窗，开孔与开窗相连通形成窗孔组合式结构；其中开设的导流窗口位于开孔结构的下方，波峰波谷处导流窗口的开口方向与波峰波谷突出方向相反；在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻开孔结构间隔10mm～100mm；开孔结构形状为圆孔状，三角状，方形状或菱形状的形状；圆孔状开孔孔径为4mm～40mm，三角状开孔底边为4mm～40mm，高为4mm～40mm，方形状开孔长边为4mm～40mm，宽为4mm～40mm；相邻波峰与波峰之间，波谷与波谷之间间隔10mm～100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处。

2.如权利要求1所述的规整填料片，其特征是开设的导流窗口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，沿波纹方向的窗口宽度为4mm～40mm，垂直方向的窗口高度为4mm～40mm。