CN218590550U - 一种扰流型气液接触元件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种扰流型气液接触元件，包括填料单板层，填料单板层上开设有多个通道单元，通道单元呈蜂窝排布，通道单元包括多个通道孔，通道孔上设有凸起扰流件，凸起扰流件与通道孔之间设有间隙，填料单板层的上部和/或下部设有填料夹板层，填料夹板层上设有多排板孔，板孔上设有凸起扰流件一，凸起扰流件一与板孔之间设有间隙，每个板孔的中心对应一个通道单元的中心，板孔与通道孔或通道孔的外切圆相切、板孔的外切圆与通道孔相切、板孔的外切圆与通道孔外切圆相切；本申请采用填料单板和填料夹层板互相堆叠，在多层堆叠后，填料内部可形成多条不规则流体通道，对物料形成更强的扰流效果，从而加强汽液传质效果，显著提升分离效率。

Description

一种扰流型气液接触元件

技术领域

本申请涉及化工设备技术领域，具体涉及一种扰流型气液接触元件。

背景技术

在化工中，填料是指安装在填料塔中的惰性固体材料，如鲍尔环和拉西环，其作用是增加气液接触面，使它们彼此增强汽液传质效果，填料主要分为规整填料与散堆填料，规整填料与散堆填料从19世纪末提出以来，经过100多年的发展，已在石油化工、化肥工业、天然气净化、空气分离等领域获得了广泛应用。

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料，由于具有比表面积大、压降小、流体分散均匀、传质传热效率高等优点，因此得到了广泛的应用，最早开发的是金属规整填料，相继开发的有塑料规整填料、陶瓷规整填料和碳纤维规整填料；目前比较典型的规整填料多为金属板波纹规整填料，当这种填料用于精馏或吸收等气液传质操作时，填料内气液两相一般为逆流接触传质或传热，液相沿填料表面呈膜状向下流动，液膜在流动时，大部分液体均沿填料片的波谷流动，即填料表面波谷的液膜较厚而波峰及其它表面的液膜覆盖较差，而且当填料对液体的润湿性能较差时，部分填料表面可能无液体覆盖，降低了气液传质面积，造成传质效果较差；另外当液膜沿填料表面流动时，一般为层流流动，而层流状态的液膜其表面更新较差，进而影响气液传质效率。

散堆填料是指填料的安装以填料乱堆为主，该类填料是具有一定外形的颗粒体，但是散堆填料会由于立体空间的限制，无法做成比表面积很大的型号，容易产生壁流，持液量太大，且填料层内容易形成积液，导致液体的偏流、沟流、股流较大等缺点。

因此，如何通过改变液膜的微观流动状态提高规整填料的传质效率，同时又兼顾散堆填料的液面更新速度成为亟待解决的技术问题。

申请人在撰写前对现有技术进行了检索，得到接近的现有技术如下：

现有技术1：中国专利申请号为：CN03219680.6的一种大流量圆弧形填料，用于安装在化工蒸馏塔内，增加汽液处理量；其主要采用填料的波纹截面制成半圆弧形，其端面制为直行通道，波纹排列为S形；该发明结构紧凑，合理；在原有波纹填料的基础上去掉三角形之夹角为圆弧形，把尖角棱角处的滞液死角变成普通的液膜通道，改变了其通道方向，减去了滞留带；提高了F因子，提高了液泛点，达到了减少气体阻力；增加了液体的通量，增加了气液的接触表面，达到提高了分离效率，从而使蒸馏塔在同一塔径内增加汽液处理量。

现有技术2：中国申请号为：CN201821451246.0的一种蜂窝保护填料，包括圆柱状的填料本体，填料本体内部设置有七个圆形状的通孔，七个通孔分为上、中、下三排，上排和下排均为两个通孔，中排为三个通孔，每个通孔内部均设置有外侧壁为正六边形状的第一填充块，每个第一填充块的高度均与通孔的高度相同，每个第一填充块外侧壁的边角处均通过第一连接筋与通孔的内壁连接，每个第一填充块内部均设置有正六边形状的空腔，每个空腔内部均填充有环形状的第二填充块，每个第二填充块的高度均与空腔的高度相同，每个第一填充块内侧壁的边角处均通过第二连接筋与第二填充块的外壁连接；该发明能够提高填料的热交换效果。

上述技术方案中对填料进行了创新，能够提高填料的热交换效果，但是上述技术方案均为规整填料，不能够兼顾散堆填料的液面更新速度，主要存在如下缺陷：

1、上述规整填料液体扰流效果较差，液相表面更新速率较慢；规整填料液膜更新速度慢，气液湍动性能差，且在波谷位置布膜厚度较大，无横向传质；

2、常规规整填料结构形式单一，且其当塔径加大时，会引起汽液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即为放大效应；

综上，现有技术中缺少集合规整填料与散堆填料优点的气液接触元件，因此，需要提供一种新的技术方案解决上述技术问题。

实用新型内容

本申请提供了一种扰流型气液接触元件，包括填料单板层，所述填料单板层上开设有多个通道单元，所述通道单元呈蜂窝排布，所述通道单元包括多个通道孔，所述通道孔上设有凸起扰流件，所述凸起扰流件与通道孔之间设有间隙，所述填料单板层的上部和/或下部设有填料夹板层，填料夹板层上设有多排板孔，所述板孔上设有凸起扰流件一，所述凸起扰流件一与板孔之间设有间隙，每个板孔的中心对应一个通道单元的中心，板孔与通道孔为如下任一位置关系：板孔与通道孔相切、或板孔与通道孔的外切圆相切、或板孔的外切圆与通道孔相切、或板孔的外切圆与通道孔相切。

作为一种优选方案，所述通道单元包括至少两个通道孔，通道单元中心距离每个通道孔的中心距离相等；其中，相邻的通道孔上的凸起扰流件分别设置通道孔的上部和下部，或分别设置在通道孔的下部和上部。

作为一种优选方案，两排相邻的板孔上的凸起扰流件一分别设置在板孔的上部和下部，或分别设置在通道孔的下部和上部。

作为一种优选方案，所述填料单板层为波浪板。

作为一种优选方案，所述填料单板层的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路。

作为一种优选方案，所述填料夹板层为波浪板。

作为一种优选方案，所述填料夹板层的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路。

作为一种优选方案，所述通道孔为规则形状或不规则形状，所述板孔为规则形状或不规则形状。

作为一种优选方案，所述通道孔或/和板孔采用规则形状中的三叶草形状，所述三叶草形状包括三个半圆，相邻的半圆之间通过过渡圆弧连接。

作为一种优选方案，所述凸起扰流件和/或凸起扰流件一采用弧形的三叶草形状。

本申请具有如下优点：

(1)本申请加工简单，制作成本下降，可以通过单次冲压成形，制作效率显著提升；

(2)本实用新型采用新型结构，具有比表面积大、孔隙率大、压降低和流体在传质元件表面上分布均匀且再分布性能良好的特点；

(3)本申请采用填料单板和填料夹层板互相堆叠，在多层堆叠后，填料内部可形成多条不规则流体通道，对物料形成更强的扰流效果，从而加强汽液传质效果，显著提升分离效率；即采用规则的填料实现不规则的流体通道，形成更强的扰流效果；

(4)通道单元呈蜂窝排布及填料单板和填料夹层板的堆叠方式，具有更为稳定的结构，生产中可减少填料破损及延长使用寿命。

附图说明

图1是本申请的填料单板层的平面示意图；

图2是本申请的填料夹板层的平面示意图；

图3是本申请的多层堆叠的平面结构示意图；

图4是本申请的填料单板层的角度一的结构示意图；

图5是本申请的填料单板层的角度二的结构示意图；

图6是本申请的填料夹板层的角度一的结构示意图；

图7是本申请的填料夹板层的角度二的结构示意图；

图8是本申请的多层堆叠的前视图；

图9是本申请的多层堆叠的右视图；

图10是本申请的实施例三中板孔的结构示意图；

图11是通道单元与板孔配合的结构示意图；

图12是本申请的填料单板层为波浪板的结构示意图；

图13是本申请的填料单板层上设有凹凸不平的纹路的结构示意图；

1、填料单板层2、通道单元 3、通道孔4、填料夹板层

5、板孔6、通道单元中心7、凸起扰流件 8、间隙

9、凸起扰流件一10、半圆11、过渡圆弧12、通道孔一

13、通道孔二14、通道孔三15、通道孔四16、通道孔五

17、通道孔六。

具体实施方式

以下结合附图1—图11对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

实施例一：

本申请提供了一种扰流型气液接触元件，包括填料单板层1，所述填料单板层1上开设有多个通道单元2，所述通道单元2呈蜂窝排布，所述通道单元2包括多个通道孔3，所述填料单板层1的上部和/或下部设有填料夹板层4，填料夹板层4上设有多排板孔5，每个板孔5的中心对应一个通道单元中心6，即板孔5的中心与通道单元中心6重合，板孔5与通道孔3或通道孔3的外切圆相切；板孔5与通道孔3为规则形状的圆形时，板孔5与通道孔3相切；板孔5为规则形状的圆形，通道孔3为规则形状的方形、三角形、菱形、椭圆形、心型、矩形等，或不规则形状等，板孔5与通道孔3的外切圆相切，填料单板层1与填料夹板层4堆叠设置，二者之间通过点焊等方式提高连接的稳定性。

具体地，所述通道单元2包括至少两个通道孔3，通道单元中心6距离每个通道孔的中心距离相等，即以通道单元中心为圆心，通道单元中心6与通道孔3的中心之间的距离为半径，所有的通道孔3的中心均在圆形的边界上，通道孔3上设有凸起扰流件7，所述凸起扰流件7与通道孔3之间设有间隙8，凸起扰流件7的形状不做限定，如规则形状中的三角形、椭圆形、矩形、三叶草等均可，也可以采用不规则形状，可以为弧状的，如图4、图5、图8、图9中的凸起扰流件7，也可以采用非弧状的，如在通道孔3的周边安装立板，立板的顶部安装平面的三角形、椭圆形、矩形、三叶草形状的凸起扰流件7，凸起扰流件7与通道孔3之间设有间隙8；其中，相邻的通道孔3上的凸起扰流件7分别设置通道孔3的上部和下部，或分别设置在通道孔3的下部和上部，即凸起扰流件7在通道孔3对应的位置上在填料单板层1上呈现上下间隔分布，凸起扰流件7与填料单板层4通过焊接、粘结等方式进行连接，也可以采用一体冲压成型的方式进行成型，具体形式不做限定，技术人员根据具体情况进行选择即可。

具体地：所述板孔5上均设有凸起扰流件一9，所述凸起扰流件一9与板孔5之间设有间隙8，其中，两排相邻的板孔5上的凸起扰流件一9分别设置在板孔5的上部和下部，或分别设置在板孔5的下部和上部；即相邻两排的凸起扰流件一9在板孔5上呈上下交替分布，也即在填料夹板层4的上下表面上下交替分布，凸起扰流件一9的形状与凸起扰流件7相同，在此不做赘述，优选为与凸起扰流件7的形状一致，如凸起扰流件7采用弧形的三角形时，则凸起扰流件一9也采用弧形的三角形；凸起扰流件一9与填料夹板层4通过焊接、粘结等方式进行连接，也可以采用一体冲压成型的方式进行成型，具体形式不做限定，技术人员根据具体情况进行选择即可。

实施例二：

本实施例与实施例一不同的地方在于，本实施例中板孔5的外切圆与通道孔3相切；

具体为通道孔3采用规则形状的圆形孔，所述板孔5采用规则形状的方形、三角形、菱形、椭圆形、心型、矩形等，或者其他不规则形状等，通道孔3与板孔5的外切圆相切。

实施例三：

本实施例与上述实施例不同的地方在于，本实施例中，板孔5的外切圆与通道孔3的外切圆相切；该实施例中的板孔5与通道孔3均不是圆孔，采用规则形状的方形、三角形、菱形、椭圆形、心型、矩形等，也可以采用不规则形状等；

本实施例中的板孔5、通道孔3以三叶草形状为例，板孔5包括三个半圆10，相邻的半圆10之间通过过渡圆弧11连接，通道孔3与板孔5的形状一致，在此不做赘述；所述凸起扰流件7和凸起扰流件一9的形状也优选为三叶草形状；

所述通道单元包括六个通道孔3，六个通道孔3距离通道单元中心6距离相等，通道孔3分别为通道孔一12、通道孔二13、通道孔三14、通道孔四15、通道孔五16、通道孔六17、排布方式如图11所示，道孔一12、通道孔二13、通道孔三14、通道孔四15、通道孔五16、通道孔六17中的其中一个半圆10分别指向通道单元中心6；所述通道孔一12、通道孔三14、通道孔五16的上部设有凸起扰流件7，所述通道孔二13、通道孔四15、通道孔六17的下部设有凸起扰流件7，凸起扰流件7与各个通道3之间设有间隙8。

所述板孔5上均设有凸起扰流件一9，所述凸起扰流件一9与板孔5之间设有间隙，其中，两排相邻的板孔5上的凸起扰流件一9分别设置在板孔的上部和下部，或分别设置在板孔5的下部和上部；如设置9排板孔时，第1、3、5、7、9的凸起扰流件一9设置在板孔5的上部，而第2、4、5、8排的凸起扰流件一9设置在板孔5的下部；或者第1、3、5、7、9的凸起扰流件一9设置在板孔5的下部，而第2、4、5、8排的凸起扰流件一9设置在板孔5的上部；填料单板层1与填料夹板层4堆叠放置的时候，板孔5的中心与通道单元中心6的重合，实现规则的放置，形成多条不规则流体通道，对物料形成更强的扰流效果，从而加强汽液传质效果，显著提升分离效率，集合了规整填料与散堆填料的优点，但是规避了规整填料与散堆填料的缺点。

该实施例中通道孔3和板孔5外切圆的直径为25mm，凸起扰流件7、凸起扰流件一9的峰高为4mm，经过实验计算，比表面积可达500m²/m³，孔隙率可达96.25％，相较于常规500Y型填料孔隙率提高4个多百分点，说明本申请具有更低压降以及通量，能够达到更好的分离效果。

实施例四：

本实施例进一步提高了汽液接触效果，具体为：

所述填料单板层1、填料夹板层4采用波浪板，采用波浪板的时候需要考虑波浪的高度，避免高度过高影响开孔效果，技术人员根据具体情况进行选择即可。

另外一种的，所述填料单板层1的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路；所述填料夹板层4的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路；上述凹凸不平的纹路的截面形状可以为矩形、三角形、梯形、半圆形、不规则的形状等，技术人员根据具体情况进行选择即可，本申请不做具体赘述，通过凹凸不平的纹路实现麻面，使填料单板层1、填料夹板层4填料表面加快液面更新速度的凹凸结构均可视为本申请的保护对象。

本实施例中通过对填料单板层1、填料夹板层4进行设置，能够达到如下技术效果：

填料汽液接触表面强化传质效果的同时，还能够加强填料单板层1、填料夹板层4板面的汽液接触效果，一定程度上能够对物料起到不规则分散作用；

波浪状的填料单板层1和填料夹板层4、设有凹凸不平的纹路的填料单板层1和填料夹板层4能够避免在板面上形成相液膜，从而进一步提高汽液传质效果；

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请具有如下优点：

(1)本申请加工简单，制作成本下降，可以通过单次冲压成形，制作效率显著提升；

(2)本实用新型采用新型结构，具有比表面积大、孔隙率大、压降低和流体在传质元件表面上分布均匀且再分布性能良好的特点；

(3)本申请采用填料单板和填料夹层板互相堆叠，在多层堆叠后，填料内部可形成多条不规则流体通道，对物料形成更强的扰流效果，从而加强汽液传质效果，大大提升分离效率；即采用规则的填料实现不规则的流体通道，形成更强的扰流效果；

(4)通道单元呈蜂窝排布及填料单板和填料夹层板的堆叠方式，具有更为稳定的结构，生产中可减少填料破损及延长使用寿命；

上述未具体描述的装置、连接关系等均属于现有技术，本实用新型在此不做具体的赘述。

以上结合附图详细描述了本申请的优选方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，申请其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (10)

1.一种扰流型气液接触元件，其特征在于，包括填料单板层(1)，所述填料单板层(1)上开设有多个通道单元(2)，所述通道单元(2)呈蜂窝排布，所述通道单元(2)包括多个通道孔(3)，所述通道孔(3)上设有凸起扰流件(7)，所述凸起扰流件(7)与通道孔(3)之间设有间隙(8)，所述填料单板层(1)的上部和/或下部设有填料夹板层(4)，填料夹板层(4)上设有多排板孔(5)，所述板孔(5)上设有凸起扰流件一(9)，所述凸起扰流件一(9)与板孔(5)之间设有间隙(8)，每个板孔(5)的中心对应一个通道单元中心(6)，板孔(5)与通道孔(3)为如下任一位置关系：板孔(5)与通道孔(3)相切、或板孔(5)与通道孔(3)的外切圆相切、或板孔(5)的外切圆与通道孔(3)相切、或板孔(5)的外切圆与通道孔(3)相切。

2.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述通道单元(2)包括至少两个通道孔(3)，通道单元中心(6)距离每个通道孔(3)的中心距离相等；其中，相邻的通道孔(3)上的凸起扰流件(7)分别设置通道孔(3)的上部和下部，或分别设置在通道孔(3)的下部和上部。

3.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，两排相邻的板孔(5)上的凸起扰流件一(9)分别设置在板孔(5)的上部和下部，或分别设置在板孔(5)的下部和上部。

4.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述填料单板层(1)为波浪板。

5.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述填料单板层(1)的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路。

6.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述填料夹板层(4)为波浪板。

7.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述填料夹板层(4)的上表面或/和下表面上设有凹凸不平的纹路。

8.根据权利要求1所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述通道孔(3)为规则形状或不规则形状，所述板孔(5)为规则形状或不规则形状。

9.根据权利要求8所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述通道孔(3)或/和板孔(5)采用规则形状中的三叶草形状，所述三叶草形状包括三个半圆(10)，相邻的半圆(10)之间通过过渡圆弧(11)连接。

10.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的一种扰流型气液接触元件，其特征在于，所述凸起扰流件(7)和/或凸起扰流件一(9)采用弧形的三叶草形状。

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