專利名稱：一種超低壓降開窗導流填料片及規(guī)整填料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種化工氣液傳質過程的規(guī)整填料，特別是一種超低壓降開窗導流填料片及規(guī)整填料。
背景技術：
板波紋填料用于精餾、吸收、萃取等単元操作時，氣體通過波紋通道折流向上，液體在填料片表面形成液膜向下流動，氣液兩相逆流接觸進行傳質。波紋填料的填料片有波峰與波谷，大部分液體沿波谷向下流動，這樣波谷處液膜較厚而波峰處于裸露狀態(tài)，使塔內(nèi)液體分布不均。當波谷液體形成后，整個塔內(nèi)液體通道將長時間處于不變的狀態(tài)，不利于氣液的傳質，影響塔的分離效果。

為了解決上述問題，提高板波紋填料的分離效率，本實驗室(化學工程聯(lián)合國家重點實驗室，天津大學分室)首先提出了“開窗導流式規(guī)整填料片及填料(申請?zhí)?00810151274. 5)”，在波紋填料的波峰和波谷位置開窗，窗ロ方向與波峰或波谷相反。液體向下流動時，位于波谷位置的液體繞過窗ロ流到填料背面，打破液體的流動狀態(tài)，能更快的進行氣液傳質。為了實現(xiàn)更好的分離效果、更低的壓降，本實驗室進ー步對開窗導流填料進行改進，如發(fā)明專利200910068166. 6提出在填料片上設置方孔型開窗槽ロ，實用新型200920307714. I增加余弦導流折板，發(fā)明專利201010530832. 6將開窗與開孔結合，發(fā)明專利201010577155. 3提出偏心式窗ロ，上述新型填料各有特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改型進開窗導流規(guī)整填料，使其分離效果、填料層壓降優(yōu)于“開窗導流式規(guī)整填料片及填料”。本發(fā)明的技術方案如下ー種超低壓降開窗導流規(guī)整填料片，如圖10所示，在波紋填料片的波峰和波谷上開窗a.當窗ロ與填料片水平展開，開窗分為窗ロ I與扇葉2，窗ロ面積是扇葉面積的0%-1000%，當窗ロ面積為0時，窗口上邊與下邊重合；b.窗ロ與填料片水平展開時，窗口下邊與窗ロ水平軸線所夾區(qū)域，定義軸線以下部分面積為正，軸線以上部分面積為負，窗ロ面積需大于0 ;c.窗ロ與填料片水平展開時，扇葉與填料片的交線左右對稱，其夾角a為10° -170°，窗ロ水平寬度h是板波紋填料波紋寬度L的10%-190% ；d.窗ロ與扇葉的邊線為直線、折線、曲線或不規(guī)則線；e.將窗口上的豎直軸線和扇葉上的軸線向相反的方向翻折，形成開窗導流填料片；左扇葉與左填料片3的夾角ら為10°到170°，右扇葉與右填料片4的夾角02為10°到170。，左右扇葉的夾角為10°到170。。填料片的ー個窗ロ，水平方向的寬度為lmm-50mm，豎直方向窗ロ高度為Imm-lOOmm,填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距在2mm-100mm之間。本發(fā)明的填料片組成的規(guī)整填料，其規(guī)整填料由5-100塊填料片組成圓柱體，填料片豎直放置，相鄰填料片波紋關于塔軸線對稱，呈15° -75。角，塔內(nèi)放置多盤填料吋，上下填料盤旋轉15° -90°安裝。制得的窗ロ在豎直方向的投影遠小于普通窗ロ，當氣體通過波紋填料向上折流流動時，窗口占用的面積減少，對上升的氣相阻力減少，這樣大大降低了填料層的壓降，且繼承了普通開窗導流填料的所有優(yōu)點。所述填料材料可以是金屬、塑料、陶瓷、石墨等材料，不銹鋼、鋁材、鈦材的金屬材料加工時，由于其良好的可彎曲變形性能，窗ロ可直接裁剪彎曲；PP、PVC、PTFE等塑料以及碳化硅等陶瓷材料和石墨則可通過制造模具再成型。

本發(fā)明繼承了普通開窗導流規(guī)整填料的所有優(yōu)點，當沿波谷向下流動的液膜流經(jīng)開窗部位時，液膜的流動發(fā)生變化，原先在波谷處的流體經(jīng)過導流窗的導流作用流向填料片的另ー側的表面的波峰位置，從而增加了氣液傳質面積；另外當液體流過導流窗時，原先在層流底層的液體變?yōu)橐耗け砻娴囊后w，有效的促進了液膜的更新與湍動，増加了氣液兩相之間的混合，提高了氣液傳質速率；在導流窗的作用下，氣相在徑向的混合更加充分，氣液兩相的混合更為均勻。此外，由于開窗窗ロ豎直方向的投影遠小于普通窗ロ，對于上升氣體的阻カ更小，壓降更低。


圖I是填料上一個窗ロ立體側面示意圖；圖2 : —個窗ロ水平展開的窗ロ邊線為直線示意圖；圖3 : —個窗ロ水平展開的窗ロ邊線為曲線示意圖；圖4 :一個窗ロ水平展開的窗ロ邊線為折線示意圖；圖5 : —個窗ロ水平展開的窗ロ邊線為不規(guī)則線示意圖；圖6 :窗ロ的邊線為直線且窗ロ部分的面積為O，圖7 :窗ロ的邊線為曲線且窗ロ部分的面積為O，圖8 :窗ロ的邊線為折線且窗ロ部分的面積為O，圖9 :窗ロ的邊線為不規(guī)則線且窗ロ部分的面積為O ;圖10 :超低壓降開窗導流規(guī)整填料片；其中1-窗ロ，2-扇葉，3-左填料片，4-右填料片，a為扇葉與填料片的交線，為左扇葉與左填料片的夾角，P2為右扇葉與右填料片的夾角，@3為左右扇葉的夾角。
具體實施例方式結合附圖作進一步描述圖2-圖5中，窗ロ部分的面積大于O，其形狀與大小由窗ロ邊線確定。圖3中，窗ロ下邊與窗ロ水平軸線所夾區(qū)域，可知軸線以下部分面積大于軸線以上部分面積，使窗ロ在豎直方向的投影小于普通開窗導流填料，降低了氣體壓降。圖6-圖9中，窗ロ部分的面積為O，此時窗口上邊與下邊重合。
圖2-圖9均是填料片水平展開的示意圖，填料片在應用時，將窗口上的豎直軸線和扇葉上的軸線向相反的方向翻折，形成超低壓降開窗導流填料。將填料片組成填料應用吋，氣液在窗ロ附近擾動，液膜更新加快，有利于氣液傳質；氣體在波紋中曲折上升，由于窗ロ在流道上的面積減少，對氣體的流動阻カ更小，氣體通道増加，氣體能更順暢的流動，填料層壓降更低。應用實例I :填料片窗ロ部分的面積為0，窗ロ與扇葉各線均為直線，扇葉與填料片的交線夾角為30°，扇葉與填料片夾角為90°，窗ロ水平方向寬度為5_，豎直方面窗ロ高度為10mm，填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距為20mm。所得金屬板波紋開窗導流規(guī)整填料，由26塊填料片組成，波紋傾角30°，上下填料盤旋轉90°安裝。用于三氯氫硅的分離過程，塔頂壓カI. 7atm，實驗結果表明分離效果比普通規(guī)整填料提高5. 3%、t匕普通開窗導流規(guī)整填料提高3. 7%，填料層壓降比普通規(guī)整填料減少19. 5%，比普通開窗導流規(guī)整填料減少11. 7%。 應用實例2 :填料片窗ロ部分面積是扇葉部分面積的103%，組成窗ロ的線為不規(guī)則線，扇葉與填料片的交線為曲線，夾角為10°，扇葉與填料片夾角為60°，窗ロ水平方向寬度為7mm，豎直方面窗ロ高度為16mm，填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距為28mm。所得塑料板波紋開窗導流規(guī)整填料，由50塊填料片組成，波紋傾角45°，上下填料盤旋轉60°安裝。用于こ醇-水的常壓分離過程，實驗結果表明分離效果比普通規(guī)整填料提高8.9%、比普通開窗導流規(guī)整填料提高2. 3%，填料層壓降比普通規(guī)整填料減少16. 1%，比普通開窗導流規(guī)整填料減少9. 3%。應用實例3 :填料片窗ロ部分面積是扇葉部分面積的1000%，組成窗ロ的線為折線，扇葉與填料片的交線為折線，夾角為170°，扇葉與填料片夾角為170°，窗ロ水平方向寬度為1mm，豎直方面窗ロ高度為1mm，填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距為2mm。所得陶瓷板波紋開窗導流規(guī)整填料，由5塊填料片組成，波紋傾角15°，上下填料盤旋轉15°安裝。用于甲醇-丙醇常壓分離，實驗結果表明分離效果比普通規(guī)整填料提高7.7%、比普通開窗導流規(guī)整填料提高4. 1%，填料層壓降比普通規(guī)整填料減少7. 0%，比普通開窗導流規(guī)整填料減少5. 9%。應用實例4 :填料片窗ロ部分面積是扇葉部分面積的350%，組成窗ロ的線為曲線，扇葉與填料片的交線為不規(guī)則線，夾角為10°，扇葉與填料片夾角為10°，窗ロ水平方向寬度為50mm，豎直方面窗ロ高度為100mm，填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距為100mm。所得陶瓷板波紋開窗導流規(guī)整填料，由100塊填料片組成，波紋傾角75°，上下填料盤旋轉45°安裝。用于4-氯-3，5-ニ甲基苯酚與3，5-ニ甲基苯酚減壓精餾實驗，塔頂壓カ0. latm，實驗結果表明分離效果比普通規(guī)整填料提高IL 3%、比普通開窗導流規(guī)整填料提高6. 0%，填料層壓降比普通規(guī)整填料減少10. 3%，比普通開窗導流規(guī)整填料減少7. 5%。
權利要求
1.一種超低壓降開窗導流規(guī)整填料片，其特征是在波紋填料片的波峰和波谷上開窗 a.當窗口與填料片水平展開，開窗分為窗口(I)與扇葉(2)，窗口面積是扇葉面積的0% -1000%，當窗口面積為O時，窗口上邊與下邊重合； b.窗口與填料片水平展開時，窗口下邊與窗口水平軸線所夾區(qū)域，定義軸線以下部分面積為正，軸線以上部分面積為負，窗口面積需大于O ; c.窗口與填料片水平展開時，扇葉與填料片的交線左右對稱，其夾角α為10° -170°，窗口水平寬度h是板波紋填料波紋寬度L的10%-190% ; d.窗口與扇葉的邊線為直線、折線、曲線或不規(guī)則線； e.將窗口上的豎直軸線和扇葉上的軸線向相反的方向翻折，形成開窗導流填料片 ’左扇葉與左填料片(3)的夾角^為10°到170°，右扇葉與右填料片(4)的夾角32為10°到170°，左右扇葉的夾角03為10°到170°。
2.如權利要求I所述填料片，其特征是填料片的一個窗口，水平方向的寬度為lmm-50mm,豎直方向窗口高度為Imm-IOOmm,填料片波紋的波峰和波谷的導流窗口中心間距在 2mm-10Omm 之間。
3.如權利要求I所述的填料片，其特征是填料片材料是金屬、塑料、陶瓷或石墨中的一種。
4.如權利要求1、2或3所述的填料片組成的規(guī)整填料，其特征是規(guī)整填料由5-100塊填料片組成圓柱體，填料片豎直放置，相鄰填料片波紋關于塔軸線對稱，呈15° -75。角，塔內(nèi)放置多盤填料時，上下填料盤旋轉15° -90°安裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超低壓降開窗導流填料片及規(guī)整填料。在波紋填料片的波峰和波谷上開窗當窗口與填料片水平展開，開窗分為窗口與扇葉，窗口面積是扇葉面積的0%-1000%，當窗口面積為0時，窗口上邊與下邊重合；窗口下邊與窗口水平軸線所夾區(qū)域，定義軸線以下部分面積為正，軸線以上部分面積為負，窗口面積需大于0；扇葉與填料片的交線左右對稱，其夾角α為10°-170°。原先在波谷處的流體經(jīng)過導流窗的導流作用流向填料片的另一側的表面的波峰位置，從而增加了氣液傳質面積；另外當液體流過導流窗時，原先在層流底層的液體變?yōu)橐耗け砻娴囊后w，有效的促進了液膜的更新與湍動，增加了氣液兩相之間的混合，提高了氣液傳質速率。
文檔編號B01J19/32GK102764628SQ20121025858
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2012年7月24日
發(fā)明者丁暉殿, 何瀧, 劉春江, 張婷, 袁希鋼, 郭凱 申請人:天津大學