專利名稱：一種導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，實現(xiàn)不同物系的分離提純。波紋填料是廣泛應用的一種規(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排列，用扎卷帶捆扎成方塊狀或盤狀。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。
然而，隨著對分離要求的提高，尤其對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)有待進一步優(yōu)化設計。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Los Alamos實驗室曾經(jīng)建立的一座生產(chǎn)13C同位素的裝置，由200米聞的主塔級聯(lián)及50米聞的副塔組成。這些超聞的精懼塔不僅需要聞額的成本投資，還給施工安裝帶來很大困難，嚴重制約著同位素的工業(yè)化放大?？梢姡_發(fā)更加高效的新型填料，具有巨大的工程及經(jīng)濟需求?；趯Σy填料表面汽、液兩相流相互作用的微觀機理的認識，波紋填料表面并不能被液膜完全潤濕，而是形成溝流、溪流等復雜的流動形式。為了增加該類填料的傳質(zhì)效率，需要對填料結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。
發(fā)明專利201010610058. X公開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。本發(fā)明公開了一種具有導流結(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，降低了動力消耗。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
—種導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)圓弧過渡與填料的軸向垂直，而非形成固定夾角，實現(xiàn)汽、液邊界的平滑過渡。
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°。
波紋棱線走向通過在兩端經(jīng)圓弧過渡到與填料的軸向平行實現(xiàn)汽、液邊界的平滑過渡，加上獨特的鋸齒型結(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，使相鄰兩片填料片交錯排列，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，也能顯著增強氣液流動的橫向混合能力。波紋棱線與垂直方向的夾角逐漸降為零度，該種設計使得液膜沿著曲折的波紋棱線向下流動，流體流向平穩(wěn)過渡，致使壓降損失小，氣液相相間的剪切應力減小，且能降低氣相的流速，延長氣液相相互作用時間。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間，增強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10-50 塊理論板。
本申請正是對傳統(tǒng)波紋填料的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新設計，提出導流型鋸齒狀波紋填料的新結(jié)構(gòu)。在相同比表面積時分離效率大大提高，能耗降低，實現(xiàn)了對現(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
I、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)顯著提高了傳質(zhì)效率，可以有效降低塔設備的高度，降低投資費用。 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、降低設備投資成本。
2、具有持液量小、壓力降小的優(yōu)良流體力學性能，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間。降低了精餾塔高度，使塔內(nèi)持液量更少、汽液停留時間更短，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，如對于濃縮時間動則數(shù)個月的同位素分離來說，可以顯著降低其平衡時間，節(jié)約能耗成本，提升產(chǎn)品的市場競爭力。
3、本發(fā)明提出的邊界導流型鋸齒狀波紋填料結(jié)構(gòu)，汽液流動阻力降低，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為兩片導流型銀齒狀波紋填料相對位置不意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
對比例
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)圓弧過渡到與填料的軸向平行，實現(xiàn)汽、液邊界的平滑過渡。
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孔用于增加氣液橫向的混合性能。使用時，可以將將波紋填料捆扎成填料盤，使相鄰兩片填料片交錯排列，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渡到軸線方向。該種結(jié)構(gòu)能顯著增強液膜在填料表面上的潤濕性能，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，顯著增強了填料的分離效率。
實施例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， 開孔率為10%，將該金屬板整體滾壓成峰高h = 5mm、齒形角α = 60°的導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、盤高300mm的填料盤,填充于精餾塔內(nèi)。在達到相同的分離指標下，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)濟性能大大提高。
實施例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， 開孔率為5%，將絲網(wǎng)片整體滾壓成峰高h = 2. 5mm、齒形角α = 45°的導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、盤高30mm的填料盤。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，開孔率為6%， 將鋁合金板整體滾壓成峰高h = 3. 5mm、齒形角α =15°的導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、盤高200mm的填料盤。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)圓弧過渡與填料的軸向平行，實現(xiàn)汽、液邊界的平滑過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導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，使相鄰兩片填料片交錯排列，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)良的流體力學特征，降低汽、液傳質(zhì)過程中填料片的壓降損失，節(jié)能降耗，同時提高傳質(zhì)分離效率。
文檔編號B01D59/04GK102921298SQ20121045713
公開日2013年2月13日 申請日期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 申請人:上?；ぱ芯吭?br>