CN107952407A

CN107952407A - 一种开窗导流式料片及规整填料

Info

Publication number: CN107952407A
Application number: CN201711065635.XA
Authority: CN
Inventors: 刘春江; 谢省宾; 刘辉; 成洁
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-04-24

Abstract

本发明提出一种开窗导流式料片及规整填料，填料片是由两层丝网中间夹一层薄板组成的复合板，在波纹填料片的波峰和波谷上开窗，填料片的波峰和波谷之间的波面上开孔。所述的填料片在波峰和波谷处的窗由导流窗体和窗口组成；波峰与波谷上的窗分别在一条水平线上，竖直方向上任意一个窗与相邻的上下两个窗的距离相等并且都在一条垂直线上。规整填料由若干块波纹平行排列的填料片和防壁流圈组成；本发明不但继承了现有开窗导流填料的全部优点还具有更高的比表面积和更为有效的润湿性能，强化了液体均布和液膜更新，减小填料中的死角，显著的提高传质效率。

Description

一种开窗导流式料片及规整填料

技术领域

本发明涉及一种化工气液传质过程的规整填料，特别是一种应用于精馏、吸收、萃取等单元操作过程的一种开窗导流式填料片及规整填料。

背景技术

规整填料是一种在填料塔内按均匀集合图形排布，整齐堆砌的填料。它规定了气液流路，改善了沟流和壁流现象，具有低压降，高比表面积优点，在同等容积中可以达到更高的传质传热效果。规整填料种类很多，根据材质的结构分为丝网波纹填料、板波纹填料和网孔波纹填料等。金属丝网波纹填料具有效率高、通量大、压降低、持液量小的特点，特别适用于沸点接近、热敏性难分离的物性真空精馏；板波纹填料是一种通用性填料，具有通量大、阻力小、造价低、抗堵能力强等优点，可以应用在塔径为0.08m～13m，喷淋密度为0.2～200m³/(㎡﹒h)，压力范围可以从真空到高压等不同工况；网孔波纹填料综合了板波纹填料和丝网波纹填料的技术经济优点，其规整的菱形网孔易为液膜覆盖，凹凸不平的表面强化了液膜湍动、混合及表面更新，是一种具有较高效率，又具有较低价格的新型规整填料。

在板波纹填料中，由于液体沿板波纹填料的波谷向下流动，这样波谷处液膜较厚而波峰处于裸露状态，使塔内液体分布不均，当波谷液体形成后，整个塔内液体通道将长时间处于不变的状态，液膜得不到及时的更新，不利于气液的传质，影响板波纹填料的分离效果。

为了解决上述问题，提高板波纹填料的传质效率，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)”，在板波纹填料的波峰和波谷位置开窗，打破液体流动状态，使液膜得到及时更新，提高了传质效率。后来，本实验室又提出了相关专利，如发明专利200910068166.6，实用新型200920307714.1，发明专利201010530832.6，发明专利201010577155.3，发明专利201210258581.X等，从不同角度对开窗导流填料进行改进。但是，这些发明都是在传统波纹板填料片上开窗，传质效率提高有限。

发明内容

本发明的目的在于提出一种开窗导流式填料片及规整填料，使其具有更高的传质效率。

本发明的技术方案如下：

一种开窗导流式填料片，其在波纹填料片的波峰和波谷上开窗，填料片的波峰和波谷之间的波面上开孔。

所述填料片由两层丝网中间夹一层薄板组成的复合板

所述复合板的材质为不锈钢，铝材，钛材以及哈氏合金等的金属；或为PTFE，PP，塑料或者碳纤维的非金属。

所述的复合板中丝网的孔径为0.04～0.25mm，目数为250～40目，薄板的厚度为0.05mm～0.2mm。

所述的填料片在波峰和波谷处的窗由导流窗体和窗口组成；波峰与波谷上的窗分别在一条水平线上，竖直方向上任意一个窗与相邻的上下两个窗的距离相等并且都在一条垂直线上。

所述的导流窗体沿波峰和波谷的方向呈倒金字塔性状，窗口呈菱形，倒金字塔形导流窗体上底边的宽度为1mm～50mm，倒金字塔形导流窗体的塔顶到波峰或波谷上窗口的距离为4mm～40mm。

所述的同一条波峰或波谷上相邻的窗沿波峰或波谷方向上的距离为5mm～50mm。

所述的填料片波峰和波谷之间的波面上开直径2mm～5mm的孔，开孔率不大于20％。

本发明的开窗导流式填料片组成的规整填料，是由若干块波纹平行排列的上述填料片和防壁流圈组成，规整填料中相邻填料片波峰或波谷的方向相对于填料塔轴向对称，填料片的波纹方向与填料塔的轴线呈15°～75°夹角，其外形为圆柱体结构，高度为100mm～300mm，直径为100mm～13000mm。

当直径大于1000mm时，每盘规整填料分成若干块，块的数量和填料片的数量由规整填料的直径确定；当填料塔内放置多盘填料时，上下填料盘旋转15°～90°安装。

本发明提出的一种开窗导流式填料片及规整填料继承了现有开窗导流规整的全部优点，此外还具有如下优点：填料片采用两层丝网中间夹一层薄板的结构，使填料具有更高的比表面积，由于丝网独具的毛细作用，又使填料具有更为有效的润湿性能，由此提高了分离效率；另外填料片的波面上开有小孔，加强了液体均布和液膜更新，减小填料中的死角，增强了气液的横向混合，提高了气液传质效率。

附图说明

图1-复合板剖视图；

图2-开窗导流填料片主视图；

图3-开窗导流填料片轴视图；

图-4开窗导流规整填料轴视图；

其中：1-波峰、2-波谷、3-导流窗体、4-窗口、5-波面、6-孔、7-填料片、8-防壁流圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

图1～图4所示：填料片由两层丝网中间夹一层薄板组成的复合板冲压而成，复合板的材质可以为不锈钢，铝材，钛材以及哈氏合金等金属，也可以为PTFE，PP，塑料或者碳纤维等非金属；在波纹填料片的波峰和波谷上开窗，填料片的波面上开孔。所述的复合板中丝网的孔径为0.04mm～0.25mm，目数为250～40目，薄板的厚度为0.05mm～0.2mm。所述的填料片在波峰和波谷处开窗，窗由导流窗体和窗口组成；波峰与波谷上的窗分别在一条水平线上，竖直方向上任意一个窗与相邻的上下两个窗的距离相等并且都在一条垂直线上。所述的导流窗体沿波峰和波谷的方向呈倒金字塔性状，窗口呈菱形，倒金字塔形导流窗体上底边的宽度为1mm～50mm，倒金字塔形导流窗体的塔顶到波峰或波谷上窗口的距离为4mm～40mm。所述的同一条波峰或波谷上相邻的窗沿波峰或波谷方向上的距离为5mm～50mm。所述的填料片波峰和波谷之间的波面上开直径2mm～5mm的孔，开孔率不大于20％。

本发明的提出的规整填料由若干块波纹平行排列的上述填料片和防壁流圈组成，规整填料中相邻填料片波峰或波谷的方向关于填料塔轴向对称，填料片的波纹方向与填料塔的轴线呈15°～75°夹角，其外形为圆柱体结构，高度为100mm～300mm，直径为100mm～13000mm，当直径大于1000mm时，为了便于搬运和安装，每盘规整填料分成若干块，块的数量和填料片的数量由规整填料的直径确定。当填料塔内放置多盘填料时，上下填料盘旋转15°～90°安装。

举例具体说明如下：

图2、图3分别为开窗导流填料片的主视图和轴视图，开窗导流式填料片的波峰1和波谷2的导流窗体3间隔一定的距离交错布置，波峰1或波谷2的方向与填料塔的轴向方向呈45°夹角，波峰1与波谷2上的导流窗体分别在一条水平线上，竖直方向上任意一个导流窗体与相邻的上下两个导流窗体的距离相等并且都在一条垂直线上，填料片的峰高为6.6mm；导流窗体3沿波峰和波谷的方向呈倾斜倒金字塔形，窗口4呈菱形，倒金字塔形导流窗体3上底边的宽度为4.5mm，倒金字塔形导流窗体3的塔顶到波峰或波谷上窗口的距离为12mm；波峰1和波谷2上相邻开窗窗体3沿波纹板通道方向的距离为50mm。波峰1和波谷2之间的波面上5开有直径为2mm的孔6，开孔率为8％。

图4为开窗导流式填料片组成的规整填料，规整填料由若干块波纹平行排列的上述填料片7和防壁流圈8组成，规整填料中相邻填料片波峰或波谷的方向关于填料塔轴向对称，填料片的波纹方向与填料塔的轴线呈45°夹角，其外形为圆柱体结构，高度为100mm，直径为100mm。

在天津大学热模精馏塔实验装置上，进行了开窗导流式规整填料的传质性能测试，并与板波纹填料以及开窗导流式规整填料进行对比。具体操作如下：液体由于重力的原因，从塔底进入再沸器，在此与导热油进行热量的交换。液体得到足够的热量变成气体，通过导气管进入填料塔内部，并上升。气体经过气体分布器后进入开窗导流式规整填料层内部，与下降的液体接触。气体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和热量的交换，一部分气体通过窗口的导向作用，径向震荡，与后续上升的气体充分混合使得气相分布均匀，液体亦如此进行径向震荡曲折下降。由于开窗导流式规整填料的径向导流作用，改善了气液两相在塔体内的整体分布状况，使得气、液两相在填料内部接触时一面进行质量和热量的交换一面在各自相态中进行重新分布。开窗导流式填料片上两侧的丝网使填料具有更高的比表面积，由于丝网独具的毛细作用，又使填料具有更为有效的润湿性能，由此提高了分离效率；另外填料片的波面上开有小孔，加强了液体均布和液膜更新，减小填料中的死角，增强了气液的横向混合，提高了气液传质效率。气液两相穿过填料层后，气体继续上升经由塔顶冷凝器变成液体返回浆液管，经过液体分布器进入填料层循环传质；液体则进入塔釜，由重力作用进入塔底再沸器循环。

根据上面的试验，我们对开窗导流式规整填料在下述的数值范围内进行了试验：

倒金字塔型导流窗体上底边的宽度为1mm～50mm，倒金字塔形导流窗体的塔顶到波峰或波谷上窗口的距离为4mm～400mm；同一条波峰或波谷上相邻的窗沿波峰或波谷方向上的距离为5mm～500mm；丝网的孔径为0.04mm～0.25mm，目数为250目～40目；波峰和波谷之间的波面上开有直径为2～5mm的孔，开孔率为0～12％；开窗导流式规整填料由10～100片开窗导流式填料片组成；填料片的波纹方向与填料塔轴线夹角15°～75°；填料片材质为不锈钢、碳钢和PP。

实验表明，开窗导流式规整填料与普通的板波纹填料相比，在相同的操作条件下，压降和持液量均有少量升高，填料内部润湿性能良好。开窗导流式规整填料与普通板波纹填料和发明专利200810151274.5提出开窗导流式规整填料相比，传质效率均有很大的提高：普通板波纹填料每米理论板数2.5块～3块，开窗导流式规整填料每米理论板数4.8块～5.5块，本发明提出的开窗导流式规整填料每米理论板数5块～7.2块。

以上所述实例仅是充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种开窗导流式填料片，其特征是在波纹填料片的波峰和波谷上开窗，填料片的波峰和波谷之间的波面上开孔。

2.如权利要求1所述的填料片，其特征是填料片由两层丝网中间夹一层薄板组成的复合板。

3.如权利要求2所述的填料片，其特征是复合板的材质为不锈钢，铝材，钛材以及哈氏合金等的金属；或为PTFE，PP，塑料或者碳纤维的非金属。

4.如权利要求2所述的填料片，其特征是所述的复合板中丝网的孔径为0.04～0.25mm，目数为250～40目，薄板的厚度为0.05mm～0.2mm。

5.如权利要求1所述的填料片，其特征是所述的填料片在波峰和波谷处的窗由导流窗体和窗口组成；波峰与波谷上的窗分别在一条水平线上，竖直方向上任意一个窗与相邻的上下两个窗的距离相等并且都在一条垂直线上。

6.如权利要求5所述的填料片，其特征是所述的导流窗体沿波峰和波谷的方向呈倒金字塔性状，窗口呈菱形，倒金字塔形导流窗体上底边的宽度为1mm～50mm，倒金字塔形导流窗体的塔顶到波峰或波谷上窗口的距离为4mm～40mm。

7.如权利要求5所述的填料片，其特征是所述的同一条波峰或波谷上相邻窗沿波峰或波谷方向上的距离为5mm～50mm。

8.如权利要求1所述的填料片，其特征是所述的填料片波峰和波谷之间的波面上开直径2mm～5mm的孔，开孔率不大于20％。

9.由权利要求1的开窗导流式填料片组成的规整填料，其特征是由若干块波纹平行排列的上述填料片和防壁流圈组成，规整填料中相邻填料片波峰或波谷的方向相对于填料塔轴向对称，填料片的波纹方向与填料塔的轴线呈15°～75°夹角，其外形为圆柱体结构，高度为100mm～300mm，直径为100mm～13000mm。

10.如权利要求9的所述的规整填料，其特征是当直径大于1000mm时，每盘规整填料分成若干块，块的数量和填料片的数量由规整填料的直径确定；当填料塔内放置多盘填料时，上下填料盘旋转15°～90°安装。