專利名稱：一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于分離同位素等難分離體系的新型高效規(guī)整填料技術(shù)，尤其是涉及一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，主要填充于化工精餾塔內(nèi)。
背景技術(shù)：
在填料塔內(nèi)，汽、液兩相在填料表面逆流交換，實(shí)現(xiàn)不同物系的分離提純。波紋填料是廣泛應(yīng)用的一種規(guī)整填料，一般是將金屬或塑料板狀材料壓制成波紋狀，斷面呈等腰三角形，波紋棱線與垂直方向形成固定夾角。將相鄰兩片填料交錯(cuò)排列，用扎卷帶捆扎成方塊狀或盤(pán)狀。波紋填料具有阻力小，通量大，比表面積大，分離效率高等優(yōu)點(diǎn)。
然而，隨著對(duì)分離要求的提高，尤其對(duì)于同位素分離這類極難分離的物系，現(xiàn)有的波紋填料漸漸顯露其不足，波紋填料的結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如，日本Tokyo Gas CO.建立的以甲烷為介質(zhì)制備穩(wěn)定性同位素13C的低溫精餾裝置，僅13CH4濃縮段就需要3000 多塊理論板的高度。更甚者，美國(guó)Los Alamos實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)建立的一座生產(chǎn)13C同位素的裝置，由200米聞的主塔級(jí)聯(lián)及50米聞的副塔組成。這些超聞的精懼塔不僅需要聞?lì)~的成本投資，還給施工安裝帶來(lái)很大困難，嚴(yán)重制約著同位素的工業(yè)化放大。可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)更加高效的新型填料，具有巨大的工程及經(jīng)濟(jì)需求。基于對(duì)波紋填料表面汽、液兩相流相互作用的微觀機(jī)理的認(rèn)識(shí)，波紋填料表面并不能被液膜完全潤(rùn)濕，而是形成溝流、溪流等復(fù)雜的流動(dòng)形式。為了增加該類填料的傳質(zhì)效率，需要對(duì)填料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
發(fā)明專利201010610058. X公開(kāi)了一種鋸齒型波紋填料，有效地改善了精密精餾體系的汽、液傳質(zhì)特性；然而存在壓力損失大的缺點(diǎn)。本發(fā)明公開(kāi)了一種具有導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的鋸齒形波紋填料，解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提出一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，氣液兩相在填料片上分布性能優(yōu)良，保持了很高的傳質(zhì)分離效率；同時(shí)汽、液介質(zhì)在填料片的狹小通道內(nèi)及邊界處的壓力損失小，降低了動(dòng)力消耗。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
—種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，該波紋填料為金屬薄板或塑料薄板整體壓制成鋸齒形波紋板，形成的波紋棱線與填料的橫向伸展方向成一夾角，波紋棱線在兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡與填料的橫向伸展方向垂直。
所述的波紋棱線與填料軸向的夾角為30-60°，經(jīng)圓弧過(guò)渡與填料的軸向垂直，而非形成固定夾角，實(shí)現(xiàn)汽、液邊界的平滑過(guò)渡。
所述的波紋棱線的縱截面為直角三角形的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。
所述的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的峰高為I.頂角為15° -75°。
波紋棱線走向通過(guò)在兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡到與填料的軸向平行實(shí)現(xiàn)汽、液邊界的平滑過(guò)渡，加上獨(dú)特的鋸齒型結(jié)構(gòu)，使得在精密分離領(lǐng)域，填料表面容易被液膜潤(rùn)濕，顯著增加了有效氣液傳質(zhì)面積，提高了傳質(zhì)分離效率，降低了填料的壓力損失，具有很好的能源經(jīng)濟(jì)性能。
所述的金屬薄板包括不銹鋼板材、磷青銅板材或鋁合金板材。
所述的波紋填料的表面還可以均勻開(kāi)孔用于增加氣液橫向的混合性能。
將波紋填料捆扎成填料盤(pán)，使相鄰兩片填料片交錯(cuò)排列，填充于化工精密精餾塔內(nèi)。
所述的化工精密精餾塔包括同位素分離、香精香料分離或醫(yī)藥中間體提純精餾+R ο
本發(fā)明采用鋸齒形結(jié)構(gòu)的波紋棱線使得液體以波浪式鋪滿填料，不易在波峰和波谷位置形成溪流積液，大大增加填料表面潤(rùn)濕程度，顯著增加了有效氣液傳質(zhì)面積，填料表面均勻沖孔，也能顯著增強(qiáng)氣液流動(dòng)的橫向混合能力。波紋棱線與垂直方向的夾角逐漸降為零度，該種設(shè)計(jì)使得液膜沿著曲折的波紋棱線向下流動(dòng)，流體流向平穩(wěn)過(guò)渡，致使壓降損失小，氣液相相間的剪切應(yīng)力減小，且能降低氣相的流速，延長(zhǎng)氣液相相互作用時(shí)間。與傳統(tǒng)的填料技術(shù)相比，本發(fā)明增大了液膜在填料床層的停留時(shí)間，增強(qiáng)了氣液相互作用能力， 降低了填料壓力損失，顯著提高了填料的傳質(zhì)分離效率，每米填料的分離效率高達(dá)10-50 塊理論板。
本申請(qǐng)正是對(duì)傳統(tǒng)波紋填料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料的新結(jié)構(gòu)。在相同比表面積時(shí)分離效率大大提高，能耗降低，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有填料技術(shù)的突破， 取得了顯著的分離效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)顯著提高了傳質(zhì)效率，可以有效降低塔設(shè)備的高度，降低投資費(fèi)用。 該新型填料在同位素分離、香精香料分離提純、醫(yī)藥中間體提純等精密精餾領(lǐng)域，采用本發(fā)明的新型高效填料替代可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低設(shè)備投資成本。
2、具有持液量小、壓力降小的優(yōu)良流體力學(xué)性能，有利于減壓精餾提純難分離物系及熱敏性物系，也能有效降低同位素工業(yè)化裝置的分離濃縮時(shí)間。降低了精餾塔高度，使塔內(nèi)持液量更少、汽液停留時(shí)間更短，這將極為有利于熱敏性物料的分離，可解決某些難分離物系的分離技術(shù)難題，如對(duì)于濃縮時(shí)間動(dòng)則數(shù)個(gè)月的同位素分離來(lái)說(shuō)，可以顯著降低其平衡時(shí)間，節(jié)約能耗成本，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
3、本發(fā)明提出的邊界導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料結(jié)構(gòu)，汽液流動(dòng)阻力降低，降低能耗 20-30 %，特別適于精密精餾領(lǐng)域。


圖I為現(xiàn)有鋸齒形波紋填料板的結(jié)構(gòu)示意圖2為現(xiàn)有鋸齒形波紋填料板的截面圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的截面圖5為兩片導(dǎo)流型銀齒狀波紋填料相對(duì)位置不意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
對(duì)比例
現(xiàn)有的鋸齒形波紋填料板的結(jié)構(gòu)如圖I所示，形成的波紋棱線相互之間是平行的結(jié)構(gòu)，波紋棱線與填料板的軸向呈固定的夾角。鋸齒形波紋填料板的截面如圖2所示，其結(jié)構(gòu)為等腰三角形的形狀。
實(shí)施例I
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該波紋填料為不銹鋼板材、磷青銅板材、鋁合金板材或塑料薄板整體壓制成鋸齒形波紋板，形成的波紋棱線與填料的軸向成一夾角，波紋棱線在兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡到與填料的軸向平行，實(shí)現(xiàn)汽、液邊界的平滑過(guò)渡。
其中，波紋棱線的縱截面為直角三角形的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，鋸齒狀結(jié)構(gòu)的峰高為I.頂角為15° -75°。另外,在波紋填料的表面還可以均勻開(kāi)孔用于增加氣液橫向的混合性能。使用時(shí)，可以將將波紋填料捆扎成填料盤(pán)，使相鄰兩片填料片交錯(cuò)排列，如圖5所示，填充于化工精餾塔內(nèi)。
不銹鋼金屬板表面均勻沖孔，整體滾壓成鋸齒狀波紋結(jié)構(gòu)，截面為直角三角形鋸齒結(jié)構(gòu)，鋸齒一邊與填料片伸展方向垂直，波紋棱線與軸向成30-60°的夾角，在填料片兩端波紋棱線圓滑過(guò)渡到軸線方向。該種結(jié)構(gòu)能顯著增強(qiáng)液膜在填料表面上的潤(rùn)濕性能，大大增大了氣液傳質(zhì)面積，有效降低了填料內(nèi)的壓力損失，顯著增強(qiáng)了填料的分離效率。
實(shí)施例2
異丙醇-水精餾分離，常壓精餾塔塔徑1370mm。將不銹鋼板面上沖直徑5mm的孔， 開(kāi)孔率為10%，將該金屬板整體滾壓成峰高h(yuǎn) = 5mm、齒形角α = 60°的導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，填料波紋棱線如圖4所示。切割組合成直徑1300mm、盤(pán)高300mm的填料盤(pán),填充于精餾塔內(nèi)。在達(dá)到相同的分離指標(biāo)下，本發(fā)明填料技術(shù)的分離效率比傳統(tǒng)金屬板波紋填料高20%，壓降損失小30%，分離經(jīng)濟(jì)性能大大提高。
實(shí)施例3
低溫精餾分離制取穩(wěn)定性同位素13C。用100目的不銹鋼絲網(wǎng)，沖直徑3mm的孔， 開(kāi)孔率為5%，將絲網(wǎng)片整體滾壓成峰高h(yuǎn) = 2. 5mm、齒形角α = 45°的導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，填料波紋棱線如圖4所示。切割組合成直徑30mm、盤(pán)高30mm的填料盤(pán)。填充于CO 低溫精餾制取13C的填料塔內(nèi)。與相同峰高2. 5mm的傳統(tǒng)波紋填料相比，其傳質(zhì)分離效率提聞 30 % ο
實(shí)施例4
O2低溫精餾制取穩(wěn)定性同位素180。鋁合金板面上沖直徑4_的孔，開(kāi)孔率為6%， 將鋁合金板整體滾壓成峰高h(yuǎn) = 3. 5mm、齒形角α =15°的導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，填料波紋棱線如圖4所示。切割組合成直徑400mm、盤(pán)高200mm的填料盤(pán)。安裝在分離同位素 18O的O2低溫精餾塔中，其分離效率高于同樣峰高3. 5mm的傳統(tǒng)Sulzer波紋填料。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，該波紋填料為金屬薄板或塑料薄板整體壓制成鋸齒形波紋板，形成的波紋棱線與填料片的橫向伸展方向成一夾角，波紋棱線在兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡與填料的橫向伸展方向垂直，與填料的軸向平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的波紋棱線與填料片軸向的夾角為30-60°，兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡與填料的軸向平行，實(shí)現(xiàn)汽、液邊界的平滑過(guò)渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的波紋截面為直角三角形的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的峰高為I.頂角為15。-75°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的金屬薄板包括不銹鋼板材、磷青銅板材或鋁合金板材。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的波紋填料的表面還可以均勻開(kāi)孔用于增加氣液橫向的混合性能。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，將波紋填料捆扎成填料盤(pán)，使相鄰兩片填料片交錯(cuò)排列，填充于化工精密精餾塔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，其特征在于，所述的化工精密精餾塔包括同位素分離、香精香料分離或醫(yī)藥中間體提純精餾塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)流型鋸齒狀波紋填料，該波紋填料為金屬薄板或塑料薄板整體壓制成鋸齒形波紋板，形成的波紋棱線與填料的橫向伸展方向成一夾角，波紋棱線在兩端經(jīng)圓弧過(guò)渡與填料的橫向伸展方向垂直(即與軸向平行)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使得流體在填料表面的流向改變平穩(wěn)，致使壓降損失小，氣液兩相相間的剪切應(yīng)力減小，且能降低氣相的流速。加之鋸齒形通道結(jié)構(gòu)，液相流體在填料表面可以形成較大的潤(rùn)濕面積。與現(xiàn)有填料技術(shù)相比，該種填料具有更加優(yōu)良的流體力學(xué)特征，降低汽、液傳質(zhì)過(guò)程中填料片的壓降損失，節(jié)能降耗，同時(shí)提高傳質(zhì)分離效率。
文檔編號(hào)B01D59/04GK102921298SQ20121045713
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者李虎林, 田葉盛, 龍磊, 姜永悅, 許保云, 吉永喆, 蔡揚(yáng) 申請(qǐng)人:上?；ぱ芯吭?br>