CN102908976B - 一种锯齿状双层金属丝网波纹填料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，该填料由双层金属丝网材料经过机械滚压成锯齿状波纹填料片结构，波纹填料片的波峰和波谷顶端均由光滑圆弧面相接而成，形成了齿尖光滑的弧形锯齿状波纹结构，形成的波纹棱线与填料的轴向呈一夹角。与现有技术相比，本发明具有制造容易、具有更加优良的流体力学和传质性能，尤其适用于分离系数小的难分离物系，如同位素的分离制取，并可推广应用于传统的香精香料、医药中间体提纯等精密分离领域。

Description

一种锯齿状双层金属丝网波纹填料
技术领域
本发明涉及一种化工领域塔设备所填充的规整填料，尤其是涉及一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，应用于同位素分离、香精香料分离提纯、医药中间体提纯等难分离体系的规整填料技术。
背景技术
波纹填料具有压降低、通量大、分离效率高等优点，在精细化工、香料工业、炼油、化肥、石油化工等领域的众多塔器内得到广泛应用。然而，随着对分离要求的提高，尤其对于同位素分离这类极难分离的物系，现有的波纹填料渐渐显露其不足，波纹填料的结构有待进一步优化设计。比如，日本Tokyo Gas CO.建立的以甲烷为介质制备稳定性同位素13C的低温精馏装置，仅13CH4浓缩段高度就需要3000多块理论板。更甚者，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。这些超高的精馏塔不仅需要高额的成本投资，还给施工安装带来很大困难，严重制约着同位素的工业化发展。可见，开发更加高效的新型填料，具有巨大的工程及经济需求。基于对波纹填料表面气液两相流相互作用的微观机理的认识，波纹填料表面并不能被液膜完全润湿，而是形成沟流、溪流等复杂的流动形式。为了增加该类填料的传质效率，需要对填料结构进行优化设计。
发明专利201010610058.X公开了一种锯齿型波纹填料，有效地改善了精密精馏体系的汽、液传质特性；然而，对于丝网波纹填料，存在波纹压制过程中丝网容易断裂，而且在波峰和波谷处容易形成传质死区的缺点。本发明专利通过对丝网填料波纹形状的改进，解决了现有技术的缺陷。
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通过结构改进，使得液体在该填料表面具有良好的润湿铺展性能，因此其传质效率更高，同时填料制造也变得容易的锯齿状双层金属丝网波纹填料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，该填料由双层金属丝网材料经过机械滚压成锯齿状波纹填料片结构，波纹填料片的波峰和波谷顶端均由光滑圆弧面相接而成，形成了齿尖光滑的弧形锯齿状波纹结构，形成的波纹棱线与填料的轴向呈一定夹角。
锯齿状波纹填料片的截面为直角三角形结构，锯齿的波纹峰高度为1.5-8mm、形成的齿顶角为15-75°，波峰和波谷顶端的曲率半径小于1/4波峰或波谷的高度。
所述的曲率半径为0.5-2mm。
所述的波纹棱线与填料的横向伸展方向的夹角为15-60°。
所述的金属丝网材料选用不锈钢、磷青铜或铝合金制作得到。
所述的金属丝网的孔径为3-6mm。
波纹填料的表面均匀冲孔，增加气液横向混合性能。
冲孔率为5-10％。
相邻的波纹填料交错排列，多个填料捆扎成圆盘，直径为30-1000mm，盘高30-300mm，填充于化工精密精馏塔内。
所述的化工精密精馏塔包括同位素分离、香精香料分离或医药中间体提纯精馏塔。
在精馏过程中，汽、液两相在填料表面进行质量传递。理想状况是液体在填料表面完全润湿，液膜均匀铺展，实现最大的汽、液接触面。然而通过对传统波纹填料的实际运用发现，填料表面液体的流动并不是均匀的降膜流动，而是与填料结构有关的沟流、溪流或其他比较复杂的流动形式。本发明专利提出的类锯齿状通道结构设计，液体在填料表面以波浪式铺满填料，不易在波峰和波谷位置形成溪流积液，同时液体在丝网之间毛细作用下，表面润湿实现最大化，较之传统波纹结构，汽、液相互传递面积提高了数倍，其分离效率也得到显著的提高。
本发明专利正是对传统波纹填料的结构进行创新设计，提出锯齿状双层金属丝网波纹的新结构。在相同比表面积时分离效率大大提高，实现了对现有填料技术的突破，取得了显著的分离效果。与现有技术相比，具有以下优点：
(1)采用双层金属丝网结构，在液-固间的毛细作用下，大大增强了液体在填料面上润湿铺展能力。正因为如此，与现有技术相比，该新型填料的有效传质作用面积增大了数倍，在相同比表面积下，比传统填料技术的分离效率提高30％以上。
(2)该新型丝网波纹填料，Zigzag-pakplus，其结构的优化显著提高了传质效率，可以有效降低塔设备的高度，降低投资费用。该新型填料在同位素分离、香精香料分离提纯、医药中间体提纯等精密精馏领域，采用本发明的新型高效Zigzag-pakplus填料替代可以提高产品质量、降低设备投资成本。
(3)由于金属丝网的毛细作用，该新型填料具有持液量小、压力降小的优良流体力学性能，有利于减压精馏提纯难分离物系及热敏性物系，也能有效降低同位素工业化装置的分离浓缩时间。Zigzag-pakplus填料降低了精馏塔高度，使塔内持液量更少、汽液停留时间更短，这将极为有利于热敏性物料的分离，可解决某些难分离物系的分离技术难题，如对于浓缩时间动则数个月的同位素分离来说，可以显著降低其平衡时间，节约能耗成本，提升产品的市场竞争力。
(4)本发明的金属丝网波纹填料，波峰、波谷处结构为圆弧状，避免了现有锯齿形填料制作过程中丝网容易断裂的缺点，减少了材料消耗；同时汽液流动阻力降低，降低了能耗。
附图说明
图1为传统波纹填料截面波形结构示意图；
图2为本发明的截面波形结构示意图；
图3为本发明的立体结构示意图；
图4为本发明的俯视结构示意图。
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。
对比例
现有的锯齿形波纹填料板的截面如图1所示，其结构为等腰三角形的形状，且一般都是利用金属板材压制得到。
实施例1
一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其结构如图2-4所示，该填料由双层金属丝网材料经过机械滚压成锯齿状波纹填料片结构，所采用的金属材料可以是不锈钢、磷青铜或铝合金，金属丝网的孔径为3-6mm。波纹填料片的波峰和波谷顶端均由光滑圆弧面相接而成，形成了齿尖光滑的弧形锯齿状波纹结构，锯齿状波纹填料片的截面为直角三角形结构，锯齿的波纹峰高度为1.5-8mm、形成的齿顶角为15-75°，波峰和波谷顶端的曲率半径小于1/4波峰或波谷的高度，一般来说，曲率半径为0.5-2mm。形成的波纹棱线与填料的轴向呈30-60°的夹角。在波纹填料的表面均匀冲孔，用以增加气液横向返混性能，冲孔率为5-10％。双层金属丝网结构使得液体在其表面具有良好的润湿铺展性能，改善流体在填料表面的流动，能提供较大的有效润湿面积，因此其传质分离效率较传统填料更高。
实施例2
异丙醇-水精馏分离，减压精馏塔塔径1370mm。将80目双层不锈钢丝网上冲直径5mm的孔，开孔率为10％，将该金属丝网整体滚压成峰高3.5mm、齿顶角α＝60°的锯齿状波纹填料，填料波形截面如图2所示。将波纹板切割组合成直径1300mm、盘高300mm的填料盘，填充于精馏塔内。在达到相同的分离指标下，本发明填料技术的分离效率比传统金属板波纹填料高30％，分离经济性能大大提高。
实施例3
低温精馏分离制取稳定性同位素13C。用100目的双层不锈钢丝网，冲直径3mm的孔，开孔率为5％，将丝网片整体滚压成峰高2.5mm、齿顶角α＝45°的锯齿状波纹填料，填料波形示意如图2所示。波纹板切割组合成直径30mm、盘高30mm的填料盘。填充于CO低温精馏制取13C的填料塔内。与相同峰高2.5mm的传统波纹填料相比，其传质分离效率提高30％。
实施例4
将双层金属丝网滚压成峰高3.5mm、齿顶角α＝15°的锯齿状波纹填料，填料波纹截面如图2所示。波纹板切割组合成直径400mm、盘高200mm的填料盘。安装在减压精馏分离香精香料塔中，其分离效率高于同样峰高的波纹填料。

Claims (9)

1.一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，该填料由双层金属丝网材料经过机械滚压成锯齿状波纹填料片结构，波纹填料片的波峰和波谷顶端均由光滑圆弧面相接而成，形成了齿尖光滑的弧形锯齿状波纹结构，形成的波纹棱线与填料的轴向呈一定夹角；
锯齿状波纹填料片的截面为直角三角形结构，锯齿的波纹峰高度为1.5-8mm、形成的齿顶角为15-75°，波峰和波谷顶端的曲率半径小于1/4波峰或波谷的高度。
2.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，所述的曲率半径为0.5-2mm。
3.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，所述的波纹棱线与填料轴向的夹角为30-60°。
4.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，所述的金属丝网材料选用不锈钢、磷青铜或铝合金制作得到。
5.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，所述的金属丝网的孔径为3-6mm。
6.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，波纹填料的表面均匀冲孔，增加气液横向混合性能。
7.根据权利要求6所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，冲孔率为5-10％。
8.根据权利要求1所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，相邻的波纹填料交错排列，多个填料捆扎成圆盘，直径为30-1000mm，盘高30-300mm，填充于化工精密精馏塔内。
9.根据权利要求8所述的一种锯齿状双层金属丝网波纹填料，其特征在于，所述的化工精密精馏塔包括同位素分离、香精香料分离或医药中间体提纯精馏塔。
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