CN102671616A - 一种开窗导流填料片及填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型开窗导流填料片及填料，波纹填料片上设置有多个单向开窗，窗口几何中心的横向间距在2-100mm之间，纵向间距在2-100mm之间。规整填料是由5-100块填料片组合成圆柱体。每片填料片竖直放置，相邻填料片的波峰方向关于塔的轴线对称，与轴线呈15°至75°夹角；塔内放置多块填料时，上下填料盘旋转15°至90°安装。本发明的优点有：改变了开窗导流填料的开窗位置和大小，使气液在填料上传质更频繁；窗口大小形状以及排列方式可灵活改变，适应不同物系的场合；窗口密布，气液流道更多，对于相对挥发度小的物系更具优势。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种化工气液传质过程的规整填料，特别是一种新型开窗导流填料。
背景技术
规整填料起源于20世纪初，到60年代有实质性的突破，规整填料限定填料层中气液的流向，增大了气液传质面积，提高了气液传质效率。金属板波纹填料是一种通用型规整填料，具有通量大、压降低、分离效率高的优点，广泛运用于石化、化肥、冶炼等工业领域。
金属板波纹填料在塔内用于气液传质传热时，气液两相在填料片上逆流接触，液体在填料表面形成液膜向下流动。由于填料片是波纹状有波峰和波谷，液膜流动时大部分液体沿波谷流动，导致波谷处液膜较厚而波峰处无液膜覆盖。当液体对填料润湿性能较差时，液体更倾向于聚集在波谷，增加了波谷液膜厚度，不利于气液传质。此外，塔内液膜流动多为层流，液膜表面更新速度较慢，液膜内部液体不能及时与气相进行传质，当液膜较厚时，会影响气液传质，进而影响塔的分离效果。
为解决上述问题，优化气液传质，提高传质效果，本实验室（化学工程联合国家重点实验室，天津大学分室）首先提出了“开窗导流式规整填料片及填料（申请号：200810151274.5）”，在波纹填料的波峰和波谷开窗，窗口方向与其相反。这样液膜在向下流动时，由于表面张力，位于波谷的液体将通过导流窗流向填料片背面的波峰，打破了液膜的层流状态，比传统金属板波纹填料更快的进行气液传质，提高了气液传质效率；同时由于开窗窗口的存在，填料层的压降比板波纹填料稍高。为了实现更好的分离效果、更大的处理量、更低的压降，本实验室开发了一系列开窗导流填料，发明专利200910068166.6提出在填料片上设置方孔型开窗槽口，实用新型200920307714.1增加余弦导流折板，发明专利201010530832.6将开窗与开孔结合，发明专利201010577155.3提出偏心式窗口，上述新型填料各有特点。
发明内容
本发明的目的在于改进开窗导流填料，使分离效果更佳、塔器处理量更大、填料层压降更低，提出一种新型开窗导流填料。
本发明专利的主要方案是：
一种新型开窗导流填料，其特征是以普通板波纹填料为原型，波纹填料片上有细小的、密布的、对液体有导流作用的有序的单向开窗。
所述填料材料是金属、塑料、陶瓷等，金属材料包括不锈钢、碳钢、钛材、铝材、铝合金等延展性较好的材料，塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等，陶瓷包括氧化钙陶瓷、锆英石陶瓷、氧化锂陶瓷、氧化铈陶瓷、氧化钍陶瓷、碳化硅等。使用金属等延展性较好的材料时，窗口可通过外力冲制；使用塑料、陶瓷等不能冲制的材料时，可先制得模具，再制造成型。
所述填料的填料片开窗窗口的裁剪的位置可以是一条边或弧，也可以是多条边或弧。开一条边或弧时，开窗形状可以是三角形、梯形、矩形、半圆形、多边形。三角形窗口的边长1-50mm；梯形窗口的上底2-80mm，下底1-60mm，高1-100mm；矩形窗口的边长1-50mm；半圆形窗口的直径1-100mm；多边形各边长1-50mm。窗口与填料片的最大夹角在5°至85°之间。开一条边或弧时，由于材料的延展性，通过外力将窗口冲制成所需的形状。开多条边或弧时，开窗形状可以是长条形、弯曲面。长条形窗口裁剪平行的两条边，利用材料的延展性，形成一块薄片向外凸起；长条形窗口长边2-100mm，短边1-80mm。弯曲面是将开窗的窗口片向上弯曲或翻折，弯曲或翻折程度的以窗口的最外边不与填料片重合为限。
所述窗口几何中心的横向间距在2mm-100mm之间，纵向间距在2mm-100mm之间。
所述填料的填料片上窗口以正方形排列、长方形排列、正三角形排列、等腰三角形排列，也可根据需要按其他方式排列；各窗口的开窗方向可一致，也可正反前后交错排列、随机排列。
所述填料的填料片同一波纹片上的窗口大小可相同，也可根据需要设置为大小不同混合开窗；窗口形状可相同，也可根据需要设置为形状不同混合开窗。
所述填料由5-100块填料片组合成圆柱体，每片填料片竖直放置，相邻填料片的波峰方向关于塔的轴线对称，与轴线呈15°至75°夹角；塔内放置多块填料时，上下填料盘旋转15°至90°安装。
本发明专利的优点有：
1.改变了开窗导流填料的开窗位置和大小，使气液在填料上传质更频繁；
2.窗口大小形状以及排列方式可灵活改变，适应不同物系的场合；
3.由于窗口密布，气液流道更多，对于相对挥发度小的物系更具优势。
附图说明
图1是正三角形开窗正三角排布的开窗导流填料的填料片；
图2是图1填料片展开的主视图；
图3是正三角形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片；
图4是图2填料片展开的主视图；
图5是本发明另一种三角形开窗正三角形排布的开窗导流填料的填料片；
图6是本发明梯形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片；
图7是本发明正方形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片；
图8是本发明正方形开窗与三角形开窗混合排布的开窗导流填料的填料片；
图9是本发明半圆形开窗与正五边形开窗混合排布的开窗导流填料的填料片；
图10是本发明半圆形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片；
图11是本发明弯曲面开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片；
图12是本发明长条形开窗三角形排布的开窗导流填料的填料片；
图13是本发明三角形开窗与长条形开窗混合排布、窗口方向正反交错的开窗导流填料的填料片。
具体实施方式
结合附图作进一步描述：
一种新型开窗导流填料，填料片的波纹上开窗。当下降液体和上升气体通过填料片时，气液进行传质，液体穿过窗口流到波纹的背面，气体沿波纹通道和开窗向上流动。
实施例1，正三角形开窗正三角排布的开窗导流填料的填料片，正三角形窗口的边长为2mm，各正三角形的中心按正三角形排布，间距为2mm，形状如图1所示。
实施例2，正三角形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片，正三角形窗口的边长为2mm，各正三角形的中心按正方形排布，间距为2mm，形状如图3所示。
实施例3，正三角形窗口边长4mm，各正三角形的中心按正三角形排布，间距为8mm，形状如图5所示。
实施例4，梯形窗口的上底60mm，下底40mm，高50mm，梯形的中心按正方形排布，间距为100mm，形状如图6所示。
实施例5，正方形窗口的边长35mm，窗口的中心按正方形排布，间距为70mm，形状如图7所示。
实施例6，正方形开窗与三角形开窗混合排布的开窗导流填料的填料片，正方形窗口边长12mm，各窗口间距12mm，正三角形边长6mm，各窗口间距6mm，形状如图8所示。
实施例7，半圆形开窗与正五边形开窗混合排布的开窗导流填料的填料片，半圆形开窗直径10mm，间距10mm，正五边形边长4mm，间距5mm，形状如图9所示。
实施例8，半圆形开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片，窗口裁剪半圆，半圆形开窗直径15mm，间距15mm，形状如图10所示。
实施例9，弯曲面开窗正方形排布的开窗导流填料的填料片，窗口长4mm，宽2mm，弯曲面圆弧半径1.8mm，窗口裁剪三条边，向外凸起的窗口再向上弯曲，间距8mm，形状如图11所示。
实施例10，长条形窗口，长6mm，宽1.5mm，窗口按三角形排布，窗口裁剪长边，通过冲撞向外形成窗口，间距8mm，形状如图12所示。
实施例11，三角形开窗与长条形开窗混合排布、窗口方向正反交错的开窗导流填料的填料片，正三角形窗口的边长为2mm，间距为2mm，长条形窗口，长6mm，宽1.5mm，间距8mm；以8个正三角形窗口和2个长条形窗口为一个单元，相邻单元的开窗方向相反，形状如图13所示。
本填料应用时，上升气体与下降液体接触，气体沿波纹方向曲折上升，经过窗口时，气体在窗口上与液体进行传质，这样填料片和窗口上都能进行传质，气体可以通过窗口向上流动，降低了操作压降。各窗口弯曲或翻折，提供了额外的表面积，有利于气液的传质。
将上述填料片制成直径800mm的填料盘，填料盘由50块填料片组合成，填料片波峰方向与轴线呈45°，上下填料盘旋转90°安装，进行水、乙醇精馏分离。实验表明，新型开窗导流填料与普通开窗导流填料相比，压降降低8％-25％，分离效果提高12％以上。
Claims (9)
1.一种开窗导流填料片，其特征是波纹填料片上设置有多个单向开窗，窗口几何中心的横向间距在2-100mm之间，纵向间距在2-100mm之间。
2.如权利要求1所述的填料片，其制备材料可以是金属或塑料或陶瓷等。
3.如权利要求1所述的填料片，其特征是，填料片开窗窗口的裁剪位置处的形状是一条边或弧，或是多条边或弧。
4.如权利要求1所述的填料片，其特征是，开窗形状是三角形、梯形、矩形、半圆形、多边形、长条形或弯曲面。
5.如权利要求1所述的填料片，其特征是，填料片上窗口以正方形排列、长方形排列、正三角形排列、等腰三角形排列或根据需要按其他方式排列。
6.如权利要求1所述填料片，其特征是，各窗口的开窗方向一致，或正反前后交错排列。
7.如权利要求1所述的填料片，其特征是，同一波纹片上的窗口大小相同，或设置为大小不同混合开窗。
8.如权利要求1所述的填料片，其特征是，同一波纹片上的窗口形状相同，或设置为形状不同混合开窗。
9.由权利要求1所述的填料片组成的规整填料，其特征是规整填料由5-100块填料片组合成圆柱体，每片填料片竖直放置，相邻填料片的波峰方向关于塔的轴线对称，与轴线呈15°至75°夹角；塔内放置多块填料时，上下填料盘旋转15°至90°安装。
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