CN1124177C - 脉冲规整填料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学工程中的气液传质设备，具体地讲是一种脉冲规整填料，其特征在于在一盘填料内有2～8个弧形波纹倾角转折区，实现气液的多次脉冲，加强规整填料内气液湍动，可大幅度提高分离效率，降低阻力。该填料可作为化工过程中的气液传质、换热设备。该本发明所提供的脉冲填料具有结构简单、效率高、阻力低等特点。

Description

脉冲规整填料

本发明涉及化工分离工程中的气液传质设备，具体地讲是一种脉冲规整填料。

气液传质过程中广泛应用的规整填料(如图1所示)，具有流道规整、压降低、生产能力大等特点，液体呈膜状流沿填料波纹向下流动、气体沿规整流道向上运动，气液在规整流道内的接触为面接触、错流运动，湍动性较差，未充分发挥其应有的效率。

规整填料塔安装时均将相邻两盘填料交错90°(图2)，以加强气液湍动，提高分离效率。但这样一来相邻两盘填料的界面就成了气液流向的转折点(如图2中箭头位置所示)，在提高了效率的同时也产生了很大的压降。这部分界面阻力是填料塔压降的主要构成部分。

如何加强规整填料内部气液传质剧烈程度、进一步提高规整填料的分离效率、降低填料界面阻力，这一直是分离工程中的一个难点。

传统颗粒状脉冲填料(图3)，它可以通过颗粒单体有序堆积排列组合成一个规整填料层结构。气液通过不同大小的填料通道时，必然发生脉冲现象，使得气液高速湍动、接触充分。这种填料虽然具有较高的效率和处理能力，但它仍属于散装颗粒体构成的有规则外形的填料，再填料的组装、应用方面有很大难度，不利于大规模应用。

CN1054018A公开了两种脉冲波纹填料，一种是“带有波形脉冲单元体的脉冲波纹填料”，其特点是：“凹凸脉冲单元体连续而又相同地规则排列于波纹通道的坡面上”。另一种是“带有梭形脉冲单元体的脉冲波纹填料”，其特点是：“梭形脉冲凹单元体间断地排列于波峰的棱线上，梭形脉冲凸单元体间断地排列于波谷的棱线上”。上述第一种填料在靠近填料波纹表面附近利用凹凸单元体实现气液一定程度的收缩扩张运动，但填料的制作过程复杂，填料强度较差，无法消除填料层界面阻力；第二种填料与普通规整填料结构基本相同，仅在填料峰、谷处利用局部变形产生气液的局部湍动，对提高填料效率无实质性作用。

与上述填料相类似，CN1127675A中提供了一种波环填料，它在“填料板片的通道内有相同排列或大小相间的翅片”，利用这些翅片产生气液的局部湍动，一定程度上提高了分离效率，但也存在与CN1054018A提供的脉冲波纹填料相同的缺陷。

本发明的目的是提供一种脉冲规整填料，可以克服了上述各种填料的缺点，它利用自身波纹结构的变化，在一盘填料内实现气液的多次脉冲，加强规整填料内气液湍动，可大幅度提高分离效率，降低阻力。该填料可作为化工过程中的气液传质、换热设备。本发明所提供的脉冲填料具有结构简单、效率高、阻力低等特点。

普通规整填料塔内液体由上向下、气体由下向上，气液主体呈逆流接触运动，具体在一盘填料高度内，液体沿填料波纹面向下流动，气体流动方向如图5所示。由下方上升的气体受到规整填料流道的限制，气体先沿规整流道流动，上升一定高度后，气体穿过填料壁的小孔继续向上运动。气体在规整流道内的这种转向运动增加了床层压降。

本发明提供的脉冲规整填料根据气体在规整流道内的运动特点，在一个填料盘高内设置了2～8个脉冲区，脉冲区采用弧形波纹倾角转折区，脉冲区的气液流向与塔内的气液流向相同。在脉冲区，上升的气流由倾斜上升方向改为垂直上升，阻力突然降低，然后又渐变为斜向上升，这种阻力的由大变小再变大的过程形成了气液两相的一个脉冲运动。在一盘脉冲规整填料内可以根据气液负荷的大小，在一个填料单元内实现气液的多次脉冲运动，降低了填料层压降，并且气液两相在脉冲区湍动传质，提高了分离效率。

本发明参照附图详细描述如下：

图1为规整填料流道示意图；图2规整填料塔示意图；图3(a)为颗粒状脉冲填料单体结构示意图；图3(b)为颗粒状脉冲填料单体截面示意图；图3(c)为颗粒状脉冲填料单体有序堆积结构示意图。图4为I型脉冲规整填料结构示意图；图5普通规整填料内气体流向示意图；图6为脉冲规整填料塔内气体流动方向示意图；图7为II型脉冲规整填料结构示意图；图8是脉冲规整填料局部结构图。

如图所示，图6为脉冲规整填料塔内气体流动方向示意图，图中为两盘I型脉冲规整填料的堆积结构，图中A所示位置即为脉冲区。与图2的普通规整填料塔相比：气液在脉冲规整填料塔内基本是沿填料的规整通道流动的，因此延长了两相的接触时间，分离效率得到有效提高。并且，在脉冲规整填料相邻填料层的接触面，上下两层填料结合在一起正好构成一个完整的脉冲区，其结构与内部脉冲区结构相同，实现填料层内部气液流动的连续性，降低相邻填料层的界面阻力。有效避免了普通规整填料塔内，气液在相邻填料层的接触面存在一个明显的流向转折点，导致一个显著的界面阻力。

图7为II型脉冲规整填料结构示意图，一个填料单元内设置2个脉冲区；图4中一个填料单元内设置3个脉冲区；图4、图7提供了两种典型脉冲规整填料结构，根据具体操作工况，其中的脉冲区可以设置为2～8个弧形波纹倾角转折区。

本发明提供的脉冲规整填料可以采用0.1～2.0mm的塑料或金属薄带或丝网制成，一个填料单元的高度为50～400mm。

本发明提供的脉冲规整填料的脉冲区一般采用弧形结构与填料波纹相连接，也可以采用多边形的折边结构相连接；填料波纹一般采用直边结构，也可以采用多边形或弧形结构。

为进一步增大填料的比表面积，提高分离效率脉冲规整填料的波纹表面可以根据需要压制条形细纹或点状凹凸纹，也可以不压纹。

为增强脉冲规整填料内气液两相的横向混合性能，可以在填料波纹表面冲制φ3～φ8小孔，也可以不冲孔。

本发明提供的脉冲规整填料波纹可采用直边结构，各脉冲区连接的波纹倾角可以相同，也可以不同。如图7所示，脉冲规整填料的波纹的倾角θ可以根据需要在20～60°之间进行调节。

本发明提供的脉冲规整填料通过在一盘填料内实现气液的多次脉冲，加强规整填料内气液湍动，可大幅度提高分离效率、降低阻力，具有效率高、压降低的特点，并且结构简单、适于连续自动化大规模生产，是化工过程中挖潜增效的优良传质、换热设备。

以下通过实施例对本发明作具体说明，但仅作说明而不是限制本发明。

实施例：

在φ300实验塔内，常压下，采用乙醇、水物系全回流操作，2米高脉冲规整填料(TJM250，比表面积250m²，波纹倾角45°)和2米高普通规整填料(250Y，比表面积250m²，波纹倾角42.5°)进行了对比实验。

对比实验一，使填料床层压降保持为0.3kpa/m，分别测两种填料的回流量和等板高度；

对比实验二，固定回流量，分别测两种填料的床层压降和等板高度；

对比实验结果如下表所示：

填料型号	填料高度，m	回流量，kg/h	填料压降，Pa/m	等板高度，m
					250Y	2.0	660	303	0.44
TJM250	2.0	660	211	0.40
					TJM250	2.0	745	301	0.40

由上述对比实验可以看出，在相同的床层压降条件下，脉冲规整填料(TJM250)与普通规整填料(250Y)相比，处理量提高了：

(745-660)/660×100％＝12.9％

在相同的处理量条件下，脉冲规整填料(TJM250)与普通规整填料(250Y)相比，床层压降降低了：

(303-211)/303×100％＝30.3％

并且脉冲规整填料(TJM250)与普通规整填料(250Y)相比，填料效率提高了：，

(0.44-0.40)/0.40＝10％

由此可以得出结论，脉冲规整填料与普通规整填料相比具有效率更高、压降更低的特点，是一种应用前景良好的优秀传质、传热构件。

Claims (7)

1.一种脉冲规整填料，其特征在于它是在一个填料单元高度内有2～8个弧形波纹倾角转折区，实现气液的多次脉冲；所说的填料单元的高度为50～400mm。

2.按照权利要求1所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料可以采用0.1～2.0mm的塑料、金属薄带或丝网制成。

3.按照权利要求1所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料脉冲区采用弧形结构实现填料波纹倾角的变化，也可以采用多边形的折边结构实现填料波纹倾角的变化。

4.按照权利要求1所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料波纹是采用直边结构，也可以采用多边形或弧形结构。

5.按照权利要求4所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料波纹采用直边结构时，各脉冲区连接的波纹倾角可以相同，也可以不同，其波纹倾角θ可以在20～60°之间进行调节。

6.按照权利要求1所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料波纹表面可以压制条形细纹或点状凹凸纹增加表面积，也可以不压纹。

7.按照权利要求1所说的脉冲规整填料，其特征在于所说的填料波纹表面可以冲φ3～φ8小孔，也可以不冲孔。

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