專利名稱：窗、孔組合式導流規整填料片及填料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于精餾吸收等氣液傳質過程的窗、孔組合式導流規整填料，特 別是一種能夠有效加速液膜更新與湍動的新型規整填料。
背景技術：
規整填料是一種在塔內按均勻幾何圖形規則、整齊地堆砌的填料，這種填料人為 地規定了填料層中的氣、液流路，減少了溝流和壁流的現象，大大降低了壓降，提高了傳熱 和傳質的效果。目前比較經典的規整填料多為金屬板波紋規整填料，當這種填料用于精餾 或吸收等氣液傳質操作時，填料內氣液兩相一般為逆流接觸傳質或傳熱，液相沿填料表面 成膜狀向下流動，液膜在流動時，大部分液體均沿填料片的波谷流動，即填料表面波谷的液 膜較厚而波峰及其它表面的液膜覆蓋較差，而且當填料對液體的潤濕性能較差時，部分填 料表面可能無液體覆蓋，降低了氣液傳質面積，造成傳質效果較差。另外當液膜沿填料表面 流動時，一般為層流流動，而層流狀態的液膜其表面更新較差，進而影響氣液傳質效率。因 此，如何通過改變液膜的微觀流動狀態提高規整填料的傳質效率，從而開發新型高效規整 填料成為一個重要的研究方向。由此，為了促進液膜湍動，提高傳質效果，本實驗室(化學 工程聯合國家重點實驗室)提出了一種新型開窗導流式規整填料(CN101380562A)，該填 料通過在填料片上開設能夠引導液體流動的窗口，使得同一填料片兩側的液體能夠交換流 動，將原本處于填料片一側的流動的液體導流至另外一側表面，而且使原在層流底層的液 體變為液膜表面的液體，提高氣液有效傳質面積，從而提高傳質效率。在實驗過程中發現， 當液體流量較大時，受開窗大小的限制，液體很容易封死窗口的入口，使得導流窗口的導流 作用失效。本實驗室通過進一步研究，發現采用窗、孔組合式結構能夠解決此問題，為此提 出了一種新型填料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種更為高效的液膜導流規整填料，對于開窗導流式規整 填料及傳統板波紋填料的結構加以改進，針對開窗導流規整填料在液膜流動過程中，由于 表面張力、粘度等因素的影響下，導流窗口可能會被封死，無法將液體導流至填料片的另一 側，而阻礙液膜更新的實現，影響氣液傳質速率的缺點，進行了進一步的開發。而且開窗導 流規整填料在加工時，開窗的結構需要完成剪切工序，由于模具受力不均勻，會給加工帶來 困難，也會造成填料片無法與理論尺寸相吻合。本發明有效的解決這個問題。在開孔結構 的基礎上開設開窗結構更有利于加工的進行及保證填料片的質量。本發明通過下述技術方案加以實現本發明的窗、孔組合式導流規整填料片，是在波紋填料片的基礎上開設了一種窗、 孔組合導流結構。窗、孔組合結構包括在波紋填料片的波峰波谷位置處所開設的開窗結構 和開孔結構，開窗與開孔結構相連形成窗、孔組合式結構。該規整填料片的開孔結構開設于波紋填料片的波峰波谷處，波紋填料片的波紋方向與豎直方向有一定傾角，相隔一定間距依相同斜率交錯均勻分布，開孔結構相鄰波峰與 波峰之間，波谷與波谷之間間隔10 100mm，在波紋方向上同一波峰或波谷處，相鄰的開孔 間隔10 100mm。開孔形狀可以為圓孔狀，三角狀，方形狀或菱形狀等有利于流體導流流動 的形狀。對于圓孔狀開孔孔徑為4 40mm ；三角狀開孔底邊為4 40mm，高為4 40mm ； 方形狀開孔長邊為4 40mm，寬為4 40mm。與開孔結構相連的是開窗結構，在開孔結構的下方順流體流動的方向開設導流窗 口，其方向與波峰和波谷的方向相對，且每相鄰的波峰與波谷處開窗方向相反。導流窗口在 垂直于波峰與波谷位置切口，導流窗口的開口均向上，呈倒金字塔形狀。沿波紋方向的窗口 寬度為4 40mm，垂直方向的窗口高度為4 40mm。所述的規整填料片為不銹鋼、碳鋼、陶瓷或塑料的一種。窗、孔組合式導流規整填料片組成的規整填料，10 100片窗、孔組合式導流規整 填料片組合而成的圓柱體，每片填料片與水平面垂直放置，相鄰填料片間平行放置。規整填 料中相鄰填料片之間波峰的方向與填料塔的軸線對稱。在塔徑較大時，放置多塊規整填料， 上下兩盤填料的波紋片旋轉15° 90°安裝。10 100片窗、孔組合式導流規整填料片組 合而成的圓柱體，每片填料片與水平面垂直放置，相鄰填料片間平行放置。本發明的優點在于當沿波谷向下流動的液膜流經開孔結構時，在流體速度及重 力的作用下，由于開孔結構的存在，流動的液體可以更為有效的聚集。而與此相連的開窗結 構剛好位于開孔結構的下方，流下的液體導流到填料片另一側波峰位置，增加相鄰開窗窗 體間氣液相的液膜湍動程度，降低壓降，增加氣液通量，更為有效地實現了液膜更新和增加 氣液傳質面積。另外當液體流經導流窗時，層流底層的液體變為液膜表面的液體，提高了氣 液傳質速率。同時，本發明克服了在液膜流動過程中，由于表面張力、粘度等因素的影響下， 開窗導流規整填料的導流窗口可能會被封死，而阻礙液膜更新的實現，影響氣液傳質速率 的缺點。而在加工時，由于模具受力不均勻，開窗的結構需要完成剪切工序會給加工帶來困 難。但是本發明有效的解決這個問題。在開孔結構的基礎上開設開窗結構更有利于加工的 進行，制作簡單，裝卸方便，有利于保證填料片的質量。
圖1本發明窗、孔組合式導流規整填料圓孔形的主視圖；圖2本發明窗、孔組合式導流規整填料三角形的主視圖；圖3本發明窗、孔組合式導流規整填料方形的主視圖；圖4本發明窗、孔組合式導流規整填料圓孔形的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明窗、孔組合式導流規整填料的技術特征做更詳細的說明本發明的一種窗、孔組合式導流規整填料片，在波紋填料片的波峰和波谷處設置 有開孔和開窗，開孔與開窗相連通形成窗孔組合式結構。波紋填料片的波紋方向與豎直方 向有傾角。相鄰波峰與波峰之間，波谷與波谷之間間隔IOmm 100mm，在波紋方向上同一波 峰或波谷處，相鄰開孔結構間隔IOmm 100mm。規整填料片開孔結構形狀為圓孔狀，三角 狀，方形狀或菱形狀的形狀。對于圓孔狀開孔孔徑為4mm 40mm，三角狀開孔底邊為4mm 40mm,高為4_ 40_ ；方形狀開孑L長邊為4_ 40mm,寬為4_ 40_。開設的導流窗口與開孔結構相連通，位于開孔結構的下方，波峰波谷處導流窗口 的開口方向與波峰波谷突出方向相反。規整填料片的導流窗口在垂直于波峰與波谷位置切口，導流窗口的開口均向上， 呈倒金字塔形狀，沿波紋方向的窗口寬度為4mm 40mm，垂直方向的窗口高度為4mm 40mm ο規整填料片為不銹鋼、碳鋼、陶瓷或塑料的一種。由窗、孔組合式導流規整填料片組成的規整填料，由10 100片窗、孔組合式導流 規整填料片組合而成的圓柱體，每片填料片與水平面垂直放置，相鄰填料片間平行放置。規整填料在塔內放置多塊規整填料時，上下兩盤填料的波紋片位置旋轉15° 90°。詳細說明如下窗、孔導流式規整填料(圓孔形)示意圖如圖4所示，該規整填料的波峰3與相鄰 波谷4間隔相同距離分布，開孔1和開窗2組合成窗孔組合式結構。由圖4可以看出，填料 波峰與波谷上的窗、孔組合結構在同一斜率方向上交錯均勻分布。用此窗、孔組合式導流規 整填料片組合成填料時，相鄰兩個填料片之間沿波紋的方向垂直交錯放置，相鄰填料片波 峰的方向關于填料塔的軸線對稱。同樣，窗、孔導流式規整填料(方孔形)，窗、孔導流式規 整填料(三角形)將孔的形狀分別改變為方形，三角形，其他分布情況類似。上述的窗、孔組合式導流規整填料片是在波紋填料片的波峰和波谷處開設窗、孔 組合結構，開窗結構的導流窗口方向與波峰和波谷的方向相對。波紋的方向與填料塔的軸 向方向呈30°夾角，相鄰填料片之間波紋的方向互相垂直，填料片的峰高為6. 6mm ；開窗 窗口呈斜倒金字塔形，倒金字塔形窗口水平方向的高度為5mm，倒金字塔形窗口的塔頂到 窗口底邊的距離為IOmm ；波峰與波谷上相鄰的窗、孔組合結構沿波紋板通道方向的距離為 40mm。開孔孔徑為8mm，窗孔組合結構整體長度為17mm。三角狀開孔結構底邊為4 40mm， 高為4 40mm ；方形狀開孔結構長邊為4 40mm，寬為4 40mm。上述窗、孔組合式導流規整填料盤為圓柱形結構，每盤填料高度為120mm，直徑為 145mm ；窗、孔組合式導流規整填料是由窗、孔組合式導流規整填料片組成，每盤約有22片。 填料片流道與水平方向夾角為15° 75°，相鄰兩塊填料片相對組裝，流道方向相反，可 以促進流體在整個塔盤內部均勻分布。上述窗、孔組合式導流規整填料盤在塔內安裝時波紋形成的通道與垂直方向成 45°，相鄰兩波紋片流道成90°，上下兩盤波紋填料旋轉90°疊放，在塔內，規整填料做成 一個個圓盤，直徑略小于塔的內徑，使流體在塔內充分混合。本填料在塔內應用時，在塔內，氣相經過氣體分布器進入窗、孔組合式導流規整填 料層內部，與下降的液相接觸，氣相沿波紋方向折回上升，與下降的液體在波紋孔道內進行 質量與熱量的交換；一部分氣體通過窗孔的導向作用，徑向震蕩，與后續上升的氣相充分混 合使得氣相分布均勻，液相亦如此進行徑向曲折下降。由于窗孔組合結構的徑向導流作用， 改善了氣液兩相在塔內的整體分布狀況，使得氣液兩相在填料內部接觸時一面進行質量與 熱量的交換一面在各自相態中進行濃度的重新分布。窗孔組合結構的設計使得填料盤內部 空隙大小均勻，氣液兩相在填料層內不易發生堵塞。在窗孔組合式導流規整填料的作用下， 提高了氣液兩相的傳質面積和傳質效率。
同時，本填料在加工時，首先加工填料片的開孔結構，再在開孔結構的基礎上，進 行開窗結構的加工，以此保證加工簡單，尺寸規范的要求。
權利要求
一種窗、孔組合式導流規整填料片，其特征是在波紋填料片的波峰和波谷處設置有開孔和開窗，開孔與開窗相連通形成窗孔組合式結構。
2.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是波紋填料片的波紋方向與豎直方向有傾
3.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是相鄰波峰與波峰之間，波谷與波谷之間 間隔IOmm 100mm，在波紋方向上同一波峰或波谷處，相鄰開孔結構間隔IOmm 100mm。
4.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是開孔結構形狀為圓孔狀，三角狀，方形狀 或菱形狀的形狀。
5.如權利要求4所述的規整填料片，其特征是對于圓孔狀開孔孔徑為4mm 40mm，三 角狀開孔底邊為4mm 40mm，高為4mm 40mm ；方形狀開孔長邊為4mm 40mm，寬為4mm 40mm 。
6.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是開設的導流窗口與開孔結構相連通，位 于開孔結構的下方，波峰波谷處導流窗口的開口方向與波峰波谷突出方向相反。
7.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是開設的導流窗口在垂直于波峰與波谷位 置切口，導流窗口的開口均向上，呈倒金字塔形狀，沿波紋方向的窗口寬度為4mm 40mm， 垂直方向的窗口高度為4mm 40mm。
8.如權利要求1所述的規整填料片，其特征是所述的規整填料片為不銹鋼、碳鋼、陶瓷 或塑料的一種。
9.由權利要求1所述的窗、孔組合式導流規整填料片組成的規整填料，其特征是規整 填料由10 100片窗、孔組合式導流規整填料片組合而成的圓柱體，每片填料片與水平面 垂直放置，相鄰填料片間平行放置。
10.如權利要求9所述的規整填料，其特征是所述的規整填料在塔內放置多塊規整填 料時，上下兩盤填料的波紋片位置旋轉15° 90°。
全文摘要
本發明涉及一窗、孔組合式導流規整填料片及填料，在波紋填料片的波峰和波谷處設置有開孔和開窗，開孔與開窗相連通形成窗孔組合式結構。波紋填料片的波紋方向與豎直方向有傾角。窗、孔組合式導流規整填料片組成的規整填料，填料片平行，波紋方向交錯排列放置。在塔徑較大時，放置多塊規整填料，上下兩盤填料的波紋片旋轉15°～90°安裝。在流體速度及重力的作用下，由于開孔結構的存在，流動的液體可以更為有效的聚集。而與此相連的開窗結構剛好位于開孔結構的下方，流下的液體導流到填料片另一側波峰位置，增加相鄰開窗窗體間氣液相的液膜湍動程度，降低壓降，增加氣液通量，更為有效地實現了液膜更新和增加氣液傳質面積。
文檔編號B01J19/32GK101979134SQ20101053083
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者劉春江, 李雪, 袁希鋼 申請人:天津大學