專利名稱：撓性梅花扁環(huán)填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種撓性梅花扁環(huán)填料，屬于化工分離設(shè)備領(lǐng)域。
填料塔是一種重要的化工傳質(zhì)設(shè)備，用于化工、石油、輕工、醫(yī)藥和環(huán)保等領(lǐng)域的精餾、吸收、萃取等傳質(zhì)分離過程。
填料的結(jié)構(gòu)和性能對填料塔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有決定性的影響，它是一種量大面廣的產(chǎn)品，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因而各國都對填料的結(jié)構(gòu)和性能開展了深入的研究，創(chuàng)制了種類繁多的化工填料。填料可分為顆粒填料和規(guī)整填料兩大類。一般說來，顆粒填料適合于常壓和加壓操作，而規(guī)整填料更適用于減壓操作。由于顆粒填料加工制造比較簡單，安裝比較方便，成本較低，因而應(yīng)用極為廣泛。本發(fā)明屬于顆粒型填料。
顆粒型填料的種類很多，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、環(huán)矩鞍填料等。

圖1為幾種常用的顆粒型填料。由于金屬材質(zhì)制成的顆粒填料空隙率高、易加工成較為理想的形狀，因而成為一種重要的發(fā)展趨勢。而高徑比較小的環(huán)形填料如階梯環(huán)和內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料更具特色。
階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)如圖2(主視圖)和圖3(半剖視圖)所示。圖中1為構(gòu)成填料的金屬片；2為舌片；3為環(huán)壁上的開口；4為填料一端的錐形翻邊。填料的高徑比為0.5。由于階梯環(huán)填料的高徑比僅為鮑爾環(huán)的一半，重心較低，增加了隨機投放后在塔內(nèi)排列的規(guī)則性，并較充分地利用內(nèi)表面，因而有利于減小連續(xù)相通過填料層時的阻力降和提高傳質(zhì)效率。但是，這種填料高徑比仍較大，內(nèi)部舌片結(jié)構(gòu)也不理想，還大有改進(jìn)的余地。其剛性結(jié)構(gòu)要求填料厚度較大，消耗板材較多。
內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料是本專利申請人為主創(chuàng)制的，獲得了中國專利局的實用新型專利(89220935.6)和發(fā)明專利(ZL89109152.1)。圖4是幾種規(guī)格的內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料的照片。圖5a是填料的主視圖，圖5b是俯視圖，從圖可以看出，這種填料的特點是(1)采用獨特的內(nèi)彎弧形筋片結(jié)構(gòu)，既使填料內(nèi)部通道更為合理，也增加了填料強度，消除了可能引起液滴群聚結(jié)或物料結(jié)焦的翻邊。
(2)采用0.2-0.4的極低的高徑比，使填料在亂堆時也能體現(xiàn)較大程度的有序排列的特點，從而降低填料的阻力降，有效地抑制兩相的非理想流動，進(jìn)一步提高填料的處理能力和傳質(zhì)效率。
(3)便于加工，可用多種材質(zhì)制造以適應(yīng)各種生產(chǎn)要求。
這種新型填料性能優(yōu)良，但也有改進(jìn)的余地，如環(huán)形結(jié)構(gòu)，填料比表面積有限；三個內(nèi)彎弧形筋片雖把填料內(nèi)部分成四個部分，但仍有進(jìn)一步分割的余地；此外，填料的剛性結(jié)構(gòu)需較厚的板材，消耗的金屬材料也比較多。
本發(fā)明的目的是在內(nèi)彎弧片填料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高填料比表面積，提高其傳質(zhì)效率，并降低填料材料的消耗。
現(xiàn)在對本發(fā)明進(jìn)行概述。本發(fā)明為一種撓性梅花扁環(huán)填料，由開有矩形窗口的扁環(huán)和與矩形窗口的兩條短邊相連的內(nèi)彎弧形筋片組成，其特征在于扁環(huán)為梅花狀，其中有一對相鄰的并且斷開的花瓣，其端部的折邊間留有小間隙；每片梅花瓣環(huán)壁的縱向中部開有一個所說的矩形窗口；在所說的與矩形窗口的兩條短邊相連的各內(nèi)彎弧形筋片中央開有一個矩形小窗口，每個矩形小窗口的一端規(guī)則地連有一塊指向扁環(huán)中部并均勻分割填料內(nèi)部的區(qū)域的舌片；填料的高徑比(H/D)為0.2-0.3。所說的梅花狀最好有四至七個花瓣。
現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖6為5花瓣撓性梅花扁環(huán)填料的主視圖和俯視圖。圖中1為構(gòu)成填料的金屬扁環(huán)，2為環(huán)壁上開的矩形窗口，3為與矩形窗口兩短邊相連的內(nèi)彎弧形筋片，4為在此弧形筋片上開的矩形小窗口，5為與矩形小窗口一端相連并指向扁環(huán)中部的舌片。一對相鄰并斷開的花瓣的兩端的折邊6成為留有小間隙的的撓性結(jié)構(gòu)，可以控制填料的變形。五個內(nèi)彎弧形筋片和五條指向填料中部的舌片將梅花扁環(huán)內(nèi)部分成十個小區(qū)。當(dāng)兩相流體逆流通過填料時，五個弧形筋片和五個舌片可有效地促進(jìn)液滴群的分散—聚合—再分散循環(huán)，促進(jìn)傳質(zhì)表面的更新。這種精巧的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可更好地切割連續(xù)相流體，抑止非理想流動。這種新填料的梅花形周邊，比傳統(tǒng)的圓形填料周邊長10％以上，因此當(dāng)直徑相同時，填料的單位體積的比表面面積高于內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料，更大于階梯環(huán)和鮑爾環(huán)等國外引進(jìn)的填料。
圖7為本發(fā)明填料的展開圖。利用圖示的給定長度和寬度的金屬薄片，經(jīng)過切口、沖出弧形筋片和舌片并彎曲成環(huán)后即可制成撓性梅花扁環(huán)。利用復(fù)合模具可使上述幾道工序一次完成，便于這種新填料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
這種填料用較薄的板片沖制而成。由于內(nèi)彎弧形筋片的作用，填料的各花瓣形部份仍具有較高的強度，而整個填料具有一定的撓性，而且一對小折邊6可以控制填料的變形并保證滿足工程應(yīng)用的要求。
這種填料的高徑比(H/D)為0.2-0.3，這種極低的高徑比可以保證填料在散裝時也具有較高程度的有序排列的特點，即填料難以用側(cè)壁站立，因而撓性梅花扁環(huán)填料的橫截面與水平面之間保持較小的夾角。這樣兩相逆流通過填料層時阻力降較低，軸向混合較小，有助于進(jìn)一步提高填料的處理能力和傳質(zhì)效率。
本發(fā)明達(dá)到了預(yù)期效果。正如發(fā)明的構(gòu)思所預(yù)期的那樣，梅花形的填料增加了它的比表面積；內(nèi)彎弧形筋片及筋片上的指向填料中部的舌片可以促進(jìn)分散相的表面更新和抑制兩相的非理想流動；極低的高徑比(0.2-0.3)可以使它在散裝時也具有較大程度的規(guī)整排列的特點；撓性結(jié)構(gòu)可以使用較薄的板材來加工填料，進(jìn)一步減輕填料層的重量和降低填料成本。因此，本發(fā)明不僅具有傳質(zhì)效率高，處理能力大，阻力降小的特殊優(yōu)點，而且重量輕，成本較低。
表1兩種填料的傳質(zhì)特性比較
*填料1為撓性梅花扁環(huán)，填料2為內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料。表2四種填料的幾種特性比較(Φ50mm)
*即內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料**即本發(fā)明的撓性梅花扁環(huán)填料表1是在Φ100mm的填料萃取塔中，用50％TBP(煤油)-醋酸-水的中等介面張力體系，測定的Φ25mm撓性梅花扁環(huán)的傳質(zhì)特性并與同樣條件下的Φ25mm內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料進(jìn)行比較的結(jié)果。表中水相流量和油相流量均以升/小時表示，比負(fù)荷以M3/M2/hr表示，Noxp是一米高填料層所具有的傳質(zhì)單元數(shù)，Noxp的數(shù)值越高，則填料的傳質(zhì)效率越高。從表列數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的填料的傳質(zhì)效率比內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料平均提高了21％。考慮到內(nèi)彎弧形筋片扁環(huán)填料的傳質(zhì)性能已明顯優(yōu)于鮑爾環(huán)、環(huán)矩鞍和Mellapak規(guī)整填料(Fei，W，et al.1993，Proceeding of ISEC-93，Vol.1，P.49，York，U.K)本發(fā)明填料的傳質(zhì)性能是十分優(yōu)異的。
表2列舉了Φ50mm鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、內(nèi)彎弧形筋片填料和撓性梅花扁環(huán)的幾何特性數(shù)據(jù)。由表列數(shù)據(jù)可以看出，對于名義尺寸相同的四種填料，梅花扁環(huán)的堆比重最小，比表面積最大而空隙率最高。因而本發(fā)明填料的傳質(zhì)性能最好、處理能力最大而成本較低。本發(fā)明的優(yōu)勢是十分明顯的。
綜上所述，本發(fā)明的撓性梅花扁環(huán)填料具傳質(zhì)性能優(yōu)異，處理能力大，阻力降小和成本較低等明顯優(yōu)點?？捎糜谑突ぶ械某?、加壓精餾過程，化學(xué)工業(yè)(如化肥生產(chǎn)等)中的吸收和洗滌過程，潤滑油精制、芳烴抽提等液-液萃取過程。如在現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改造中用此種填料代替拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)和環(huán)矩鞍等，將大大提高裝置的傳質(zhì)效率和處理能力，取得重大的經(jīng)濟(jì)效益。
例舉的實施例如下1.Φ75mm的撓性梅花扁環(huán)填料，五個花瓣。填料高度15mm，高徑比0.2，內(nèi)彎弧形筋片高度9mm，此弧形筋片上的內(nèi)沖舌片高度4mm。
2.Φ50mm的撓性梅花扁環(huán)填料，五個花瓣。填料高度12.5mm，高徑比0.25，內(nèi)彎弧形筋片高度7.5mm，此弧形筋片上的內(nèi)沖舌片高度3.5mm。
3.Φ38mm的撓性梅花扁環(huán)填料，五個花瓣。填料高度11.4mm，高徑比0.3，內(nèi)彎弧形筋片高度6.6mm，此弧形筋片上的內(nèi)沖舌片高度3.0mm。
4.Φ50mm的撓性梅花扁環(huán)填料，六個花瓣。填料高度12.5mm，高徑比0.25，內(nèi)彎弧形筋片高度7.5mm，此弧形筋片上的內(nèi)沖舌片高度3.5mm。
權(quán)利要求
1.一種撓性梅花扁環(huán)填料，由開有矩形窗口的扁環(huán)和與矩形窗口的兩條短邊相連的內(nèi)彎弧形筋片組成，其特征在于扁環(huán)為梅花狀，其中有一對相鄰的并且斷開的花瓣，其端部的折邊間留有小間隙；每片梅花瓣環(huán)壁的縱向中部開有一個所說的矩形窗口；在所說的與矩形窗口的兩條短邊相連的各內(nèi)彎弧形筋片中央開有一個矩形小窗口，每個矩形小窗口的一端規(guī)則地連有一塊指向扁環(huán)中部并均勻分割填料內(nèi)部的區(qū)域的舌片；填料的高徑比(H/D)為0.2-0.3。
2.按照權(quán)利要求1所說的撓性梅花扁環(huán)填料，其特征在于所說的梅花狀最好有四至七個花瓣。
全文摘要
本發(fā)明為一種撓性梅花扁環(huán)填料，屬于化工分離設(shè)備領(lǐng)域，由開有矩形窗口的梅花狀扁環(huán)和與矩形窗口的兩條短邊相連的內(nèi)彎弧形筋片組成，每個內(nèi)彎弧形筋片中央開有一個矩形小窗口，每個矩形小窗口的一端規(guī)則地連有一塊指向扁環(huán)中部并均勻分割填料內(nèi)部的區(qū)域的舌片，填料的高徑比(H/D)為0.2-0.3，本填料具有傳質(zhì)性能優(yōu)異、處理能力大、阻力降小和成本較低等明顯優(yōu)點。可廣泛用于石油化工中的常壓、加壓精餾，化學(xué)工業(yè)中的吸收和洗滌，以及潤滑油精制、芳烴抽提等液—液萃取過程。
文檔編號B01J19/30GK1129605SQ9511786
公開日1996年8月28日 申請日期1995年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者費維揚, 溫曉明 申請人:清華大學(xué)