CN104028206A

CN104028206A - 带有倾角转折的泡沫规整填料

Info

Publication number: CN104028206A
Application number: CN201410299050.4A
Authority: CN
Inventors: 李洪; 李鑫钢; 高鑫; 王辰晨; 张劲松
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明涉及一种带有倾角转折的泡沫规整填料。其泡沫结构为束状、海绵状或不规则多孔泡沫结构，且一个规整填料内存在有一个或多个波纹倾角的转折。倾角转折为规整填料的波峰或波谷存在波纹倾角的变化，比原波纹与水平面夹角的波纹倾角增加5-70°。利用了具有泡沫结构的材料制成规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，提高传质效率；同时，通过在对规整填料倾角转折，局部增大填料倾角与水平面之间的夹角，从而能够抵消或者降低该泡沫填料由于板厚造成气相空间减小而产生的填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。

Description

带有倾角转折的泡沫规整填料

技术领域

本发明涉及一种用于炼油、石化、化学工业等领域中的填料，精馏、吸收等操作中的一种气液接触进行传质传热的重要设备；特别是提出了一种带有倾角转折的泡沫规整填料。

背景技术

规整填料因具有比散堆填料效率高、压降小、通量大等优点被广泛地应用于石油化工、精细化工、环保、医药等众多领域。规整填料是在塔内以均匀几何图形排布，并整齐堆砌的一种精馏塔填料，其优点在于规定了气液相流体的流路，改善了沟流、股流现象，降低了压降，增加了气液接触面积，促进了传热传质的效率。新型高效规整填料更具有优良的性能和明显优势，是蒸馏技术强化与节能设备的代表。

规整填料由于比表面积、结构支撑、安装和液体分布的要求，目前应用的规整填料多是采用波纹板结构，其最主要的结构参数为比表面积和波纹倾角。单位体积填料表面积越高，效率越高，通量越低；波纹与水平面间的夹角越大，通量越高,效率越低。

由于规整填料自身波纹结构的原因，使波纹规整填料在流体力学方面仍存在一些问题。通常波纹规整填料的压降主要由三部分组成：逆向流动的气液在界面处产生的摩擦；气体流动过程中在交叉通道内彼此间产生的摩擦；气体在流经上下两层填料交界处、填料壁面处、填料波纹片的入口、出口时产生的阻力损失。其中后两种阻力占总压降的80％左右，然而这部分压降对传质过程无促进作用。过高的压降值会限制填料塔的操作范围、降低传质效率，因此需对填料进行优化从而进一步降低填料压降。而波纹倾角及通道形状、液体喷淋密度、气体流速等对规整填料的压降有重要影响。

研究表明，填料效率可以通过提高比表面积，即提高气液接触传质面积，从而获得较高的气液传质效率，但同时增大比较面积会带来填料压降的升高和处理负荷的下降。目前也有双层丝网等形式的填料，但也会有压降升高的问题。CN1127675A开发了一种波环填料，利用填料板通道内相同排列或者大小相间的翅片产生气液的局部湍动，一定程度可以提高分离效率，但是同时由于翅片的存在会使得填料压降有所升高。CN102218293A公开了一种碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备方法的和应用，由于采用碳化硅材料，可以提供一种三维网络连通结构，从而提高传质效率，但是由于材料本身具有多孔，故其填料单元板的厚度不能过小，否则强度和制作都存在问题，这样就带来了在与常规规整填料相同结构的前提下，由于填料单元板厚减小了气相流动的通道，从而造成填料压降的升高。

为了满足近代炼油和石油化学工业对塔设备的要求，塔填料应具有下列性能：具有较高的比表面积，气液两相能充分接触，以保证较高的分离效率；流体流动的阻力小，以减小压力降，降低能耗。

发明内容

为了开发一种与传统波纹板规整填料相比，能够提高分离效率且压降降低或者维持不变的规整填料，本发明利用了具有泡沫结构的材料制成波纹板状的规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，另外通过在对该泡沫板波纹规整填料的倾角转折，降低该泡沫填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。

本发明的技术方案如下：

一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，其泡沫结构为束状、海绵状或不规则多孔泡沫结构，且一个规整填料内存在有一个或多个波纹倾角的转折。

所述的倾角转折为规整填料的波峰或波谷存在波纹倾角的变化，比原波纹与水平面夹角的波纹倾角增加5-70°。

所述的倾角转折角度可以相同，也可以不同。

在一个规整填料单元内多个倾角转折的间距可以相同，也可以不同。

所述的多孔泡沫结构的孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-5mm。

所述的填料单元高度为50-500mm。

使用时，对于相同的填料单元高度，可以根据实际操作对于效率和压降的要求，选择不同的倾角转折个数和角度，比如，满足压降要求的前提下追求效率可以适当减少转折的个数和角度。也就是说泡沫结构本身能够增加分离效率，但由于其孔径对厚度的要求，厚度的增加会使得其压降会有所上升，如果要维持高的分离效率且压降不增加的话，就可以适当增加倾角转折的个数和角度。

本发明具有如下优点，利用了具有泡沫结构的材料制成规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，提高传质效率；同时，通过在对规整填料倾角转折，局部增大填料倾角与水平面之间的夹角，从而能够抵消或者降低该泡沫填料由于板厚造成气相空间减小而产生的填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。

附图说明

图1实施列1的高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料的结构示意图；

图2实施列2的高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料的结构示意图；

图3实施列2的高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料的立体结构示意图；

图4实施列3高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料的结构示意图；

图5实施列4高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料的结构示意图。

具体实施方式

一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，其特征在于泡沫结构为束状、海绵状或不规则多孔泡沫结构，且在一个规整填料单元内存在有一个或多个波纹倾角的转折。其中，倾角转折为规整填料的波峰或波谷存在波纹倾角的变化，比原波纹与水平面夹角的波纹倾角增加5-70°。倾角转折角度可以相同，也可以不同。一个规整填料单元内多个倾角转折的间距可以相同，也可以不同。多孔泡沫结构的孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-5mm。填料单元高度为50-500mm。

典型实例如下：

实施例1：

如图1所示，一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，泡沫结构为束状多孔泡沫结构，多孔泡沫结构的孔隙体积分数10％，孔径0.1mm。填料单元高度为50mm。原波纹倾角为75°，在一个规整填料单元内存在一个波纹倾角的转折，倾角转折比与水平面夹角的波纹倾角增加5°，即达到80°。

本发明利用了具有泡沫结构的材料制成规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，提高传质效率；同时，通过在对规整填料倾角转折，局部增大填料倾角与水平面之间的夹角，从而能够抵消或者降低该泡沫填料由于板厚造成气相空间减小而产生的填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。采用空气-水系统进行流体力学实验，乙醇-水进行传质效率测试实验，结果显示与几何结构相同倾角为75°的金属板波纹填料相比，传质效率提高90％，压降基本持平；几何结构相同倾角为75°的金属丝网规整填料相比，传质效率提高约65％，压降降低约5.6％。

实施例2：

如图2所示，一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，泡沫结构为海绵状多孔泡沫结构，多孔泡沫结构的孔隙体积分数70％，孔径1mm。填料单元高度为100mm。原波纹倾角为45°，在一个规整填料单元内存在2个波纹倾角的转折，倾角转折比与水平面夹角的波纹倾角增加45°，即达到90°。其立体结构见图3。

本发明利用了具有泡沫结构的材料制成规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，提高传质效率；同时，通过在对规整填料倾角转折，局部增大填料倾角与水平面之间的夹角，从而能够抵消或者降低该泡沫填料由于板厚造成气相空间减小而产生的填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。采用空气-水系统进行流体力学实验，乙醇-水进行传质效率测试实验，结果显示与几何结构相同倾角为45°的金属板波纹填料相比，传质效率提高170％，压降降低约3.6％；几何结构相同倾角为45°的金属丝网规整填料相比，传质效率提高约110％，压降降低约6.8％。

实施例3：

如图4所示，一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，泡沫结构为不规则多孔泡沫结构，多孔泡沫结构的孔隙体积分数90％，孔径5mm。填料单元高度为500mm。原波纹倾角为10°，在一个规整填料单元内存在5个波纹倾角的转折，倾角转折的间距不同，倾角转折比与水平面夹角的波纹倾角增加70°，即达到80°。

本发明利用了具有泡沫结构的材料制成规整填料，从而提高气液在立体上的接触面积，提高传质效率；同时，通过在对规整填料倾角转折，局部增大填料倾角与水平面之间的夹角，从而能够抵消或者降低该泡沫填料由于板厚造成气相空间减小而产生的填料的压降，从而得到一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，实现在压降降低或保持不变的前提下提高填料塔的效率。采用空气-水系统进行流体力学实验，乙醇-水进行传质效率测试实验，结果显示与几何结构相同倾角为10°的金属板波纹填料相比，传质效率提高105％，压降基本持平；几何结构相同倾角为10°的金属丝网规整填料相比，传质效率提高约70％，压降降低约3.3％。

实施例4：

如图5所示，一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，泡沫结构为海绵状多孔泡沫结构，多孔泡沫结构的孔隙体积分数70％，孔径2mm。填料单元高度为100mm。原波纹倾角为45°，在一个规整填料单元内存在3个波纹倾角的转折，倾角转折的间距不同，倾角转折比与水平面夹角的波纹倾角增加分别增加15°、30°和45°。

本发明提出的一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，已通过较佳实施例子进行了描述，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结构和连接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

1.一种高效低压降的倾角转折的泡沫规整填料，其特征在于泡沫为束状、海绵状或不规则多孔泡沫结构，一个规整填料存在有一个或多个波纹倾角的转折。

2.如权利要求1所述的规整填料，其特征在于所述的倾角转折为规整填料的波峰或波谷处设置有波纹倾角的变化，比原波纹与水平面夹角的波纹倾角增加5-70°。

3.如权利要求1所述的规整填料，其特征在于有多个倾角转折角度时，角度是相同或不同。

4.如权利要求1所述的规整填料，其特征在于一个规整填料内多个倾角转折的间距是相同或不同。

5.如权利要求1所述的规整填料，其特征在于所述的多孔泡沫结构的孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-5mm。

6.如权利要求1所述的规整填料，其特征在于所述的填料单元高度为50-500mm。