CN1686604A - 一种具有梯型波纹的规整填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有梯型波纹的规整填料，属于化工分离工程领域的填料技术领域，该填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角(即齿顶角)小于60°。本发明与相同比表面积的传统波纹填料相比，本发明有效抑制液相的偏流与沟流，增加气液有效接触面积，提高传质效率，同时可降低压降、提高通量。
Description
技术领域
本发明属于化工分离工程领域的填料技术领域，特别是波纹规整填料的结构改进。
背景技术
波纹规整填料由于其几何结构上的对称性，提供了均匀、规则的气液流通路径，减少了壁流和沟流现象，呈现出低压降、大通量和高效率的良好性能，在石油、化工及环境等领域中得到了广泛的应用。波纹填料由一系列垂直放置、互相平行的波纹片组成，波纹片的结构参数如图1所示，图中每个波纹片上有锯齿状的波峰、波谷，波纹齿顶角θ为90°，波峰的高度为h，波距为2b，波峰(或波谷)的倾斜边为s。波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等方向相反。这种结构改善了气液两相的接触状况，促进了两相间的热、质传递过程。
但是，理论分析和CFD模拟表明，现有的波纹填料存在着如下不足之处：
(1)由于相邻波纹片波纹倾斜方向相反，形成独特的周期性通道结构。气相在通道结构单元内的流动方式是两股不同方向的气体交叉流动，气相压降的主要形成因素是交叉气流的摩擦与碰撞。而且这部分压降是由气相内部动能损耗所致，对传质效果并无促进作用。
(2)波纹倾角与波纹齿顶角决定了波纹面在三维空间上的取向，在重力的作用下，液体容易形成偏流。在迎液面上，液体倾向流向波峰；在背液面上，液体倾向流向波谷。这种沟流作用，增大了液相分布的不均匀程度，减小了两相的有效接触面积，不利于传质。特别是液体负荷较低时，这种情况更为突出。
(3)现有波纹填料的波纹齿顶角通常在90°左右，波纹的波距为峰高的2倍左右。这样的设计导致所述的气相内部动能损耗和液体偏流问题更为显著。
现有的对波纹填料的改进方案，是保持上述整体结构不变的基础上，在波纹片上开设一些切口或孔，以改善流体分布和接触状况，从而促进传质；或者将波纹倾斜方向在填料端部弯成竖直方向，以达到减小阻力、提高通量的目的。实际上，现有方案在压降减小的同时，传质效率或多或少均有所下降。也即是说，通量的提高是以效率的降低为代价的。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有波纹规整填料存在的问题，提出一种改进的波纹规整填料，不仅可以有效降低压降、减小阻力，同时还可以提高传质效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本规整填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；其特征在于：所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角小于60°。
本发明的特点及技术效果：
本发明的规整填料由于减小了波纹的波距，同时为了维持比表面积不变，所以增大峰高，这样波纹齿顶角随之变小。为避免峰高过大，将波纹形状由传统波纹的三角形改进为梯形，增加了波峰、波谷的上底。为了避免相邻波纹片间的面接触方式，同时为了加工方便，在实际制造填料时可将上底加工为弧形。因此传统波纹填料的波纹形状由V型变至U型。
由于波纹波距变小峰高变大，致使交叉气流的接触面积减小，气相交叉接触部分的比例也变小，因此降低了气相内部摩擦碰撞所导致的动能损耗，结果气相压降变小，通量变大，有利于节能和提高处理能力。
而且，波纹齿顶角的减小可以控制液体的偏流与沟流，使液体在波纹面上更好地润湿成膜，增大两相流体互相接触的有效面积，强化传质性能。
总之，本发明提出的具有梯型波纹的规整填料改善了液相的分布，增大了两相的有效传质面积，所以提高了传质效率，而且气相阻力小、压降低、通量大。本发明波纹填料具有良好的流体力学及传质性能。
附图说明
图1是现有波纹填料波纹片形状示意图。
图2是本发明波纹填料波纹片形状示意图。
具体实施方式
本发明提出的梯型波纹规整填料结合附图及实施例详细说明如下：
本发明的梯型波纹规整填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；每个波纹片的形状如图2所示(图中虚线显示的是在实际制造填料时波峰、波谷呈U型状的上底)，波峰的高度为h，梯型波峰(或波谷)上底的宽度为a，波峰(或波谷)下底的宽度为a+2b，波峰及波谷两个倾斜边的延长线(即波纹齿顶角)夹角为θ，波峰(或波谷)的倾斜边为s。
本发明的几个实施例的波纹片结构参数如表1所示：
表1
| 实施例序号 | 比表面 | 波纹倾角α(°) | 波纹齿顶角θ(°) | 波纹峰高h(mm) | a(mm) | a+2b(mm) | s(mm) |
| 积ap(m-1) | |||||||
| 125 | 45 | 60 | 30.0 | 2.5 | 37.1 | 34.6 | |
| 250 | 45 | 50 | 18.0 | 7.5 | 24.3 | 19.9 | |
| 500 | 45 | 40 | 10.0 | 1.0 | 8.3 | 10.6 | |
| 700 | 45 | 30 | 8.0 | 4.6 | 8.9 | 8.3 | |
| 900 | 45 | 20 | 8.0 | 1.0 | 3.8 | 8.1 |
针对实施例5，分别在φ50mm和φ100mm的精馏塔内对本发明波纹填料比表面积为900m2/m3的实施例的性能进行了实验研究，并与现有相同比表面积的传统波纹填料做了比较。
设备参数与实验条件见表2。塔I中所用的填料材质为不锈钢；塔II中所用的填料材质为磷青铜。
表2
| 塔径(mm) | 填料层高度(m) | 实验体系 | 实验条件 | |
| 精馏塔I | 50 | 0.6 | 乙醇-正丙醇 | 常压、全回流 |
| 精馏塔II | 100 | 0.8 | 乙醇-水 | 常压、全回流 |
实验结果表明，与传统波纹填料相比，在φ50mm的塔内，本发明波纹填料的压降平均降低28％，传质效率平均提高16％；在φ100mm的塔内，本发明波纹填料的压降平均降低35％，传质效率平均提高13％。
Claims (5)
1、一种具有梯型波纹的规整填料，由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；其特征在于：所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角小于60°。
2、如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于：波纹齿顶角取值在20°～60°。
3、如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于：波纹齿顶角取值在30°～50°
4、如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于：所述每个梯型波纹片的波峰和波谷的上底呈凸弧形状。
5、如权利要求1、2、3或4所述的波纹规整填料，其特征在于：所述波纹片采用金属或塑料材料制成。
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|---|---|---|---|---|
| CN101947429A (zh) * | 2010-09-25 | 2011-01-19 | 杭州杭氧填料有限公司 | 过渡弧形边缘改进型板波纹规整填料及其制造方法 |
| CN103157428A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-06-19 | 伍昭化 | 一种低阻高效异峰丝网波纹填料 |
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