專利名稱：一種具有梯型波紋的規(guī)整填料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工分離工程領域的填料技術領域，特別是波紋規(guī)整填料的結構改進。
背景技術：
波紋規(guī)整填料由于其幾何結構上的對稱性，提供了均勻、規(guī)則的氣液流通路徑，減少了壁流和溝流現(xiàn)象，呈現(xiàn)出低壓降、大通量和高效率的良好性能，在石油、化工及環(huán)境等領域中得到了廣泛的應用。波紋填料由一系列垂直放置、互相平行的波紋片組成，波紋片的結構參數(shù)如圖1所示，圖中每個波紋片上有鋸齒狀的波峰、波谷，波紋齒頂角θ為90°，波峰的高度為h，波距為2b，波峰(或波谷)的傾斜邊為s。波紋方向與豎直方向有一傾角，相鄰波紋片的波紋傾角大小相等方向相反。這種結構改善了氣液兩相的接觸狀況，促進了兩相間的熱、質(zhì)傳遞過程。
但是，理論分析和CFD模擬表明，現(xiàn)有的波紋填料存在著如下不足之處(1)由于相鄰波紋片波紋傾斜方向相反，形成獨特的周期性通道結構。氣相在通道結構單元內(nèi)的流動方式是兩股不同方向的氣體交叉流動，氣相壓降的主要形成因素是交叉氣流的摩擦與碰撞。而且這部分壓降是由氣相內(nèi)部動能損耗所致，對傳質(zhì)效果并無促進作用。
(2)波紋傾角與波紋齒頂角決定了波紋面在三維空間上的取向，在重力的作用下，液體容易形成偏流。在迎液面上，液體傾向流向波峰；在背液面上，液體傾向流向波谷。這種溝流作用，增大了液相分布的不均勻程度，減小了兩相的有效接觸面積，不利于傳質(zhì)。特別是液體負荷較低時，這種情況更為突出。
(3)現(xiàn)有波紋填料的波紋齒頂角通常在90°左右，波紋的波距為峰高的2倍左右。這樣的設計導致所述的氣相內(nèi)部動能損耗和液體偏流問題更為顯著。
現(xiàn)有的對波紋填料的改進方案，是保持上述整體結構不變的基礎上，在波紋片上開設一些切口或孔，以改善流體分布和接觸狀況，從而促進傳質(zhì)；或者將波紋傾斜方向在填料端部彎成豎直方向，以達到減小阻力、提高通量的目的。實際上，現(xiàn)有方案在壓降減小的同時，傳質(zhì)效率或多或少均有所下降。也即是說，通量的提高是以效率的降低為代價的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有波紋規(guī)整填料存在的問題，提出一種改進的波紋規(guī)整填料，不僅可以有效降低壓降、減小阻力，同時還可以提高傳質(zhì)效率。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是本規(guī)整填料由多個波紋片構成，每個波紋片上有波峰、波谷，各波紋片互相平行豎直放置，波紋方向與豎直方向有一傾角，相鄰波紋片的波紋傾角大小相等，方向相反；其特征在于所述每個波紋片的波峰和波谷形狀為梯型，波峰及波谷兩個邊的延長線夾角小于60°。
本發(fā)明的特點及技術效果本發(fā)明的規(guī)整填料由于減小了波紋的波距，同時為了維持比表面積不變，所以增大峰高，這樣波紋齒頂角隨之變小。為避免峰高過大，將波紋形狀由傳統(tǒng)波紋的三角形改進為梯形，增加了波峰、波谷的上底。為了避免相鄰波紋片間的面接觸方式，同時為了加工方便，在實際制造填料時可將上底加工為弧形。因此傳統(tǒng)波紋填料的波紋形狀由V型變至U型。
由于波紋波距變小峰高變大，致使交叉氣流的接觸面積減小，氣相交叉接觸部分的比例也變小，因此降低了氣相內(nèi)部摩擦碰撞所導致的動能損耗，結果氣相壓降變小，通量變大，有利于節(jié)能和提高處理能力。
而且，波紋齒頂角的減小可以控制液體的偏流與溝流，使液體在波紋面上更好地潤濕成膜，增大兩相流體互相接觸的有效面積，強化傳質(zhì)性能。
總之，本發(fā)明提出的具有梯型波紋的規(guī)整填料改善了液相的分布，增大了兩相的有效傳質(zhì)面積，所以提高了傳質(zhì)效率，而且氣相阻力小、壓降低、通量大。本發(fā)明波紋填料具有良好的流體力學及傳質(zhì)性能。


圖1是現(xiàn)有波紋填料波紋片形狀示意圖。
圖2是本發(fā)明波紋填料波紋片形狀示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的梯型波紋規(guī)整填料結合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明的梯型波紋規(guī)整填料由多個波紋片構成，每個波紋片上有波峰、波谷，各波紋片互相平行豎直放置，波紋方向與豎直方向有一傾角，相鄰波紋片的波紋傾角大小相等，方向相反；每個波紋片的形狀如圖2所示(圖中虛線顯示的是在實際制造填料時波峰、波谷呈U型狀的上底)，波峰的高度為h，梯型波峰(或波谷)上底的寬度為a，波峰(或波谷)下底的寬度為a+2b，波峰及波谷兩個傾斜邊的延長線(即波紋齒頂角)夾角為θ，波峰(或波谷)的傾斜邊為s。
本發(fā)明的幾個實施例的波紋片結構參數(shù)如表1所示表1


針對實施例5，分別在φ50mm和φ100mm的精餾塔內(nèi)對本發(fā)明波紋填料比表面積為900m2/m3的實施例的性能進行了實驗研究，并與現(xiàn)有相同比表面積的傳統(tǒng)波紋填料做了比較。
設備參數(shù)與實驗條件見表2。塔I中所用的填料材質(zhì)為不銹鋼；塔II中所用的填料材質(zhì)為磷青銅。
表2

實驗結果表明，與傳統(tǒng)波紋填料相比，在φ50mm的塔內(nèi)，本發(fā)明波紋填料的壓降平均降低28％，傳質(zhì)效率平均提高16％；在φ100mm的塔內(nèi)，本發(fā)明波紋填料的壓降平均降低35％，傳質(zhì)效率平均提高13％。
權利要求
1.一種具有梯型波紋的規(guī)整填料，由多個波紋片構成，每個波紋片上有波峰、波谷，各波紋片互相平行豎直放置，波紋方向與豎直方向有一傾角，相鄰波紋片的波紋傾角大小相等，方向相反；其特征在于所述每個波紋片的波峰和波谷形狀為梯型，波峰及波谷兩個邊的延長線夾角小于60°。
2.如權利要求1所述的波紋規(guī)整填料，其特征在于波紋齒頂角取值在20°～60°。
3.如權利要求1所述的波紋規(guī)整填料，其特征在于波紋齒頂角取值在30°～50°
4.如權利要求1所述的波紋規(guī)整填料，其特征在于所述每個梯型波紋片的波峰和波谷的上底呈凸弧形狀。
5.如權利要求1、2、3或4所述的波紋規(guī)整填料，其特征在于所述波紋片采用金屬或塑料材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有梯型波紋的規(guī)整填料，屬于化工分離工程領域的填料技術領域，該填料由多個波紋片構成，每個波紋片上有波峰、波谷，各波紋片互相平行豎直放置，波紋方向與豎直方向有一傾角，相鄰波紋片的波紋傾角大小相等，方向相反；所述每個波紋片的波峰和波谷形狀為梯型，波峰及波谷兩個邊的延長線夾角(即齒頂角)小于60°。本發(fā)明與相同比表面積的傳統(tǒng)波紋填料相比，本發(fā)明有效抑制液相的偏流與溝流，增加氣液有效接觸面積，提高傳質(zhì)效率，同時可降低壓降、提高通量。
文檔編號B01J19/32GK1686604SQ20051005565
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權日2005年3月22日
發(fā)明者費維揚, 宋新月 申請人:清華大學