CN102008935B - 一种锯齿形波纹填料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锯齿形波纹填料及其应用，Zigzag-pak。其特征是金属板状材料用磨具滚压成锯齿状波纹形状，锯齿一边与填料片伸展方向垂直，波纹轴线与垂直方向成一定夹角，波纹板经切割成长度不同、宽度相同的长方形状填料片，每相邻两片填料交错排列，多片填料包扎成圆盘。锯齿波纹峰高(h)1.5-8mm、齿形角(α)15-75°、波纹倾角(β)15-60°。与现有技术相比，本发明具有分离效果高、成本低等优点。

Description

一种锯齿形波纹填料及其应用

技术领域

本发明涉及一种化工精馏用新型波纹填料，尤其是同位素分离等难分离体系精馏填料技术。

背景技术

波纹填料由于具备阻力小、通量大、持液小、处理量大、放大容易等优点，在工业上得到了广泛的应用。现有波纹填料的结构特点是波形呈等腰三角形，每两片填料交错叠放，汽液两相在填料孔道内规则流动，较之传统散堆填料有极大的优点。然而，随着对分离要求的提高，现有波纹填料的传递效率仍有待提高。比如日本Sanso公司低温精馏分离¹⁸O的生产装置，采用他们自己开发的规整填料，由13座高60米的塔组成庞大的级联(KAMBE Takashi，KIHARA Hitoshi，HAYASHIDAShigeru，et al.，Development of oxygen-18 separation unit by oxygen distillation，大阳日酸季报，No.23，2004，20-25)。其生产装置建设费用及日常运行成本都高于理想的级联装置。美国Los Alamos实验室曾经建立的一座生产¹³C同位素的装置，由200米高的主塔级联及50米高的副塔组成(B.B.Mclnteer.Isotope separation bydistillation：design of a carbon-13 plant，Separation Science and Technology，1980，15(3)：491-508)。这些超高设备的设计，都是因为受制于填料的传递效率。如果能够提高填料的汽液分布效率，生产装置将大大减小，从而降低投资。可见，开发高效的新型填料，具有巨大的工程及经济需求。于是人们不断通过增加填料比表面积的手段来提高波纹填料的分离效率。目前最高比表面积达到了1700m²/m³，几乎达到了制造设备的极限！而且，一味地依靠增加比表面积来提高传递过程，也遇到了瓶颈：当填料比表面积进一步增加时，分离效果反而变差！同时，由于波纹填料内汽液通道当量直径仅有1.5-8mm，实际测量两相流动流场分布具有很大难度，导致人们对填料表面两相流的微观现象了解甚少。对于制约波纹填料效率这一瓶颈，如何进一步提高只能从其它途径实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分离效果高、成本低的锯齿形波纹填料及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锯齿形波纹填料，其特征在于，该填料由金属板滚压成锯齿状波纹填料片结构，锯齿一边与填料片伸展方向垂直，波纹轴线与填料片伸展方向成一夹角，锯齿波纹峰高h1.5-8mm、齿形角α15-75°、波纹倾角β15-60°。

所述的金属板为不锈钢板、青铜板、铝合金板或塑料板。

所述的金属板为不锈钢丝网。

所述的填料片表面均匀冲孔，孔径为4-8mm，打孔率5-10％。

一种锯齿形波纹填料的应用，其特征在于，将多个填料片包扎成填料盘，使相邻两片填料片交错排列，用于化工精馏塔内填充。

所述的填料盘的直径为30-1000mm，盘高30-300mm。

在精馏过程中，汽液两相在填料表面逆流交换。理想状况是液体在填料表面均匀成膜，实现最大的汽液接触面。然而通过对传统波纹填料的实际测量得出，液体在填料表面并没有成膜，而是在填料一侧边缘以溪流流动，绝大部分填料表面并没有被液体润湿。本发明提出的锯齿形通道结构设计，液体在填料表面以波浪式铺满填料，较之传统等腰三角形结构传递面积提高了数倍，其分离效率也得到质的提高。

本发明正是对传统波纹填料的结构进行创新，提出锯齿形波纹的新结构。在相同比表面积时分离效率大大提高，实现了对现有技术的突破，取得了意想不到的效果。与现有技术相比，具有以下优点：

1.液体在填料表面分布面积是传统波纹填料表面的数倍。由于液体在Zigzag-pak填料表面能够更好地润湿，较之传统波纹填料有效利用率大大提高，有效面积数倍于传统填料。

2.同样比表面积的填料，本发明比传统技术分离效率提高数倍。由于液体分布性能远优于传统填料，所以同样比表面积的填料，本发明的分离效率数倍于传统填料。

3.新的Zigzag-pak填料提高了波纹填料传递效率，便于工程推广应用。Zigzag-pak填料是一种新的波纹填料，其结构的变化带来使用效果质的变化，工业中现有波纹填料均可以用更为高效的Zigzag-pak填料替代。

4.可以有效降低精馏塔高度、降低投资费用。Zigzag-pak填料分离效率的提高，可以大幅度降低填料用量，从而降低精馏塔高度、降低建设费用。

5.降低了塔内持液、利于热敏性物料分离、降低同位素分离浓缩时间。Zigzag-pak填料降低了精馏塔高度，也同样减少了塔内持液量及汽液停留时间，这将极为有利于热敏性物料的分离；对于浓缩时间动则数个月的同位素分离来说，可以显著降低这一平衡时间，节约能耗。

附图说明

图1为传统波纹填料波形结构示意图；

图2为本发明Zigzag-pak填料的锯齿形波纹结构示意图；

图3为本发明波纹填料片结构示意图。

图中：α-齿形角；b-波长；h-峰高；β-波纹倾角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图2-3所示，用厚度为1mm的不锈钢板冲直径5mm的孔，冲孔率为10％，然后滚压成峰高h＝4mm、齿形角α＝60°、波纹倾角β＝30°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径800mm、盘高300mm的填料盘。取代传统的峰高4mm、波距8mm的波纹填料用于二甲苯精馏，分离效率大大提高。

实施例2：

用100目的不锈钢丝网，冲直径5mm的孔，冲孔率为5％，然后滚压成峰高h＝2.5mm、齿形角α＝45°、波纹倾角β＝45°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径30mm、盘高30mm的填料盘。安装在分离同位素¹³C的CO低温精馏塔中。其分离效率高于同样峰高2.5mm、比表面积为1100m²/m³的传统波纹填料。

实施例3：

用厚度为0.8mm的铝合金板，滚压成峰高h＝3mm、齿形角α＝15°、波纹倾角β＝60°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径400mm、盘高200mm的填料盘。安装在分离同位素¹⁸O的O₂低温精馏塔中。其分离效率高于同样峰高3mm的传统Sulzer波纹填料。

实施例4：

用厚度为0.5mm的青铜板，滚压成峰高h＝5mm、齿形角α＝75°、波纹倾角β＝30°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径200mm、盘高50mm的填料盘。安装在提取维生素的精馏塔中。其分离效率高于同样峰高为5mm的传统等腰三角形结构的波纹填料。

实施例5：

用厚度为1mm的不锈钢板冲直径4mm的孔，冲孔率为10％，然后滚压成峰高h＝1.5mm、齿形角α＝75°、波纹倾角β＝60°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径1000mm、盘高30mm的填料盘。取代传统的峰高4mm、波距8mm的波纹填料用于二甲苯精馏，分离效率大大提高。

实施例6：

用厚度为1mm的不锈钢板冲直径8mm的孔，冲孔率为5％，然后滚压成峰高h＝8mm、齿形角α＝15°、波纹倾角β＝15°的锯齿形Zigzag-pak波纹填料，切割组合成直径30mm、盘高300mm的填料盘。取代传统的峰高4mm、波距8mm的波纹填料用于二甲苯精馏，分离效率大大提高。

Claims (6)

1.一种锯齿形波纹填料盘，其特征在于，该填料由金属板滚压成锯齿状波纹填料片结构，锯齿一边与填料片伸展方向垂直，波纹轴线与填料片伸展方向成一夹角，锯齿波纹峰高（h）1.5-8mm、齿形角（α）15-75°、波纹倾角（β）15-60°；

将多个填料片包扎成填料盘，使相邻两片填料片交错排列，用于化工精馏塔内填充。

2.根据权利要求1所述的一种锯齿形波纹填料盘，其特征在于，所述的金属板为不锈钢板、青铜板、铝合金板。

3.根据权利要求1所述的一种锯齿形波纹填料盘，其特征在于，所述的金属板为不锈钢丝网。

4.根据权利要求1所述的一种锯齿形波纹填料盘，其特征在于，所述的填料片表面均匀冲孔，孔径为4-8mm，打孔率5-10%。

5.一种如权利要求1所述的锯齿形波纹填料盘的应用，其特征在于，将多个填料片包扎成填料盘，使相邻两片填料片交错排列，用于化工精馏塔内填充。

6.根据权利要求5所述的一种锯齿形波纹填料盘的应用，其特征在于，所述的填料盘的直径为30-1000mm，盘高30-300mm。