專利名稱：一種開窗導(dǎo)流填料片及填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種化工氣液傳質(zhì)過程的規(guī)整填料，特別是一種新型開窗導(dǎo)流填料。
背景技術(shù)：
規(guī)整填料起源于20世紀(jì)初，到60年代有實(shí)質(zhì)性的突破，規(guī)整填料限定填料層中氣液的流向，增大了氣液傳質(zhì)面積，提高了氣液傳質(zhì)效率。金屬板波紋填料是一種通用型規(guī)整填料，具有通量大、壓降低、分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于石化、化肥、冶煉等工業(yè)領(lǐng)域。金屬板波紋填料在塔內(nèi)用于氣液傳質(zhì)傳熱時(shí)，氣液兩相在填料片上逆流接觸，液體在填料表面形成液膜向下流動。由于填料片是波紋狀有波峰和波谷，液膜流動時(shí)大部分液體沿波谷流動，導(dǎo)致波谷處液膜較厚而波峰處無液膜覆蓋。當(dāng)液體對填料潤濕性能較差時(shí)，液體更傾向于聚集在波谷，增加了波谷液膜厚度，不利于氣液傳質(zhì)。此外，塔內(nèi)液膜流動多為層流，液膜表面更新速度較慢，液膜內(nèi)部液體不能及時(shí)與氣相進(jìn)行傳質(zhì)，當(dāng)液膜較厚時(shí)，會影響氣液傳質(zhì)，進(jìn)而影響塔的分離效果。為解決上述問題，優(yōu)化氣液傳質(zhì)，提高傳質(zhì)效果，本實(shí)驗(yàn)室(化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津大學(xué)分室)首先提出了“開窗導(dǎo)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開窗，窗口方向與其相反。這樣液膜在向下流動時(shí)，由于表面張力，位于波谷的液體將通過導(dǎo)流窗流向填料片背面的波峰，打破了液膜的層流狀態(tài)，比傳統(tǒng)金屬板波紋填料更快的進(jìn)行氣液傳質(zhì)，提高了氣液傳質(zhì)效率；同時(shí)由于開窗窗口的存在，填料層的壓降比板波紋填料稍高。為了實(shí)現(xiàn)更好的分離效果、更大的處理量、更低的壓降，本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一系列開窗導(dǎo)流填料，發(fā)明專利200910068166. 6提出在填料片上設(shè)置方孔型開窗槽口，實(shí)用新型200920307714. I增加余弦導(dǎo)流折板，發(fā)明專利201010530832. 6將開窗與開孔結(jié)合，發(fā)明專利201010577155. 3提出偏心式窗口，上述新型填料各有特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)開窗導(dǎo)流填料，使分離效果更佳、塔器處理量更大、填料層壓降更低，提出一種新型開窗導(dǎo)流填料。本發(fā)明專利的主要方案是—種新型開窗導(dǎo)流填料，其特征是以普通板波紋填料為原型，波紋填料片上有細(xì)小的、密布的、對液體有導(dǎo)流作用的有序的單向開窗。所述填料材料是金屬、塑料、陶瓷等，金屬材料包括不銹鋼、碳鋼、鈦材、鋁材、鋁合金等延展性較好的材料，塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等，陶瓷包括氧化鈣陶瓷、鋯英石陶瓷、氧化鋰陶瓷、氧化鈰陶瓷、氧化釷陶瓷、碳化硅等。使用金屬等延展性較好的材料時(shí)，窗口可通過外力沖制；使用塑料、陶瓷等不能沖制的材料時(shí)，可先制得模具，再制造成型。
所述填料的填料片開窗窗口的裁剪的位置可以是一條邊或弧，也可以是多條邊或弧。開一條邊或弧時(shí)，開窗形狀可以是三角形、梯形、矩形、半圓形、多邊形。三角形窗口的邊長1_50_ ;梯形窗口的上底2-80mm,下底l-60mm,高1-100_ ;矩形窗口的邊長1-50_ ;半圓形窗口的直徑I-IOOmm ;多邊形各邊長l-50mm。窗口與填料片的最大夾角在5°至85°之間。開一條邊或弧時(shí)，由于材料的延展性，通過外力將窗口沖制成所需的形狀。開多條邊或弧時(shí)，開窗形狀可以是長條形、彎曲面。長條形窗口裁剪平行的兩條邊，利用材料的延展性，形成一塊薄片向外凸起；長條形窗口長邊2-100mm，短邊l_80mm。彎曲面是將開窗的窗口片向上彎曲 或翻折，彎曲或翻折程度的以窗口的最外邊不與填料片重合為限。所述窗口幾何中心的橫向間距在2mm-100mm之間，縱向間距在2mm-100mm之間。所述填料的填料片上窗口以正方形排列、長方形排列、正三角形排列、等腰三角形排列，也可根據(jù)需要按其他方式排列；各窗口的開窗方向可一致，也可正反前后交錯排列、隨機(jī)排列。所述填料的填料片同一波紋片上的窗口大小可相同，也可根據(jù)需要設(shè)置為大小不同混合開窗；窗口形狀可相同，也可根據(jù)需要設(shè)置為形狀不同混合開窗。所述填料由5-100塊填料片組合成圓柱體，每片填料片豎直放置，相鄰填料片的波峰方向關(guān)于塔的軸線對稱，與軸線呈15°至75°夾角；塔內(nèi)放置多塊填料時(shí)，上下填料盤旋轉(zhuǎn)15°至90°安裝。本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)有I.改變了開窗導(dǎo)流填料的開窗位置和大小，使氣液在填料上傳質(zhì)更頻繁；2.窗口大小形狀以及排列方式可靈活改變，適應(yīng)不同物系的場合；3.由于窗口密布，氣液流道更多，對于相對揮發(fā)度小的物系更具優(yōu)勢。


圖I是正三角形開窗正三角排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖2是圖I填料片展開的主視圖；圖3是正三角形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖4是圖2填料片展開的主視圖；圖5是本發(fā)明另一種三角形開窗正三角形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖6是本發(fā)明梯形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖7是本發(fā)明正方形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖8是本發(fā)明正方形開窗與三角形開窗混合排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖9是本發(fā)明半圓形開窗與正五邊形開窗混合排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖10是本發(fā)明半圓形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖11是本發(fā)明彎曲面開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖12是本發(fā)明長條形開窗三角形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片；圖13是本發(fā)明三角形開窗與長條形開窗混合排布、窗口方向正反交錯的開窗導(dǎo)流填料的填料片。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖作進(jìn)一步描述一種新型開窗導(dǎo)流填料，填料片的波紋上開窗。當(dāng)下降液體和上升氣體通過填料片時(shí)，氣液進(jìn)行傳質(zhì)，液體穿過窗口流到波紋的背面，氣體沿波紋通道和開窗向上流動。實(shí)施例I，正三角形開窗正三角排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，正三角形窗口的邊長為2mm，各正三角形的中心按正三角形排布，間距為2mm，形狀如圖I所示。實(shí)施例2，正三角形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，正三角形窗口的邊長為2mm，各正三角形的中心按正方形排布，間距為2mm，形狀如圖3所示。實(shí)施例3，正三角形窗口邊長4mm，各正三角形的中心按正三角形排布，間距為8mm,形狀如圖5所示。
實(shí)施例4,梯形窗口的上底60mm,下底40mm,高50mm,梯形的中心按正方形排布，間距為100mm,形狀如圖6所示。實(shí)施例5,正方形窗口的邊長35mm,窗口的中心按正方形排布，間距為70mm,形狀如圖7所示。實(shí)施例6，正方形開窗與三角形開窗混合排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，正方形窗口邊長12臟，各窗口間距12臟，正三角形邊長6mm，各窗口間距6mm，形狀如圖8所示。實(shí)施例7，半圓形開窗與正五邊形開窗混合排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，半圓形開窗直徑10mm，間距10mm，正五邊形邊長4臟，間距5mm，形狀如圖9所示。實(shí)施例8,半圓形開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，窗口裁剪半圓，半圓形開窗直徑15mm，間距15mm，形狀如圖10所示。 實(shí)施例9，彎曲面開窗正方形排布的開窗導(dǎo)流填料的填料片，窗口長4mm，寬2mm，彎曲面圓弧半徑I. 8mm,窗口裁剪三條邊，向外凸起的窗口再向上彎曲，間距8mm,形狀如圖11所示。實(shí)施例10,長條形窗口，長6mm,寬I. 5mm,窗口按三角形排布，窗口裁剪長邊，通過沖撞向外形成窗口，間距8mm，形狀如圖12所示。實(shí)施例11，三角形開窗與長條形開窗混合排布、窗口方向正反交錯的開窗導(dǎo)流填料的填料片，正三角形窗口的邊長為2mm，間距為2mm，長條形窗口，長6mm，寬I. 5mm,間距8mm ;以8個(gè)正三角形窗口和2個(gè)長條形窗口為一個(gè)單元，相鄰單元的開窗方向相反，形狀如圖13所示。本填料應(yīng)用時(shí)，上升氣體與下降液體接觸，氣體沿波紋方向曲折上升，經(jīng)過窗口時(shí)，氣體在窗口上與液體進(jìn)行傳質(zhì)，這樣填料片和窗口上都能進(jìn)行傳質(zhì)，氣體可以通過窗口向上流動，降低了操作壓降。各窗口彎曲或翻折，提供了額外的表面積，有利于氣液的傳質(zhì)。將上述填料片制成直徑800mm的填料盤,填料盤由50塊填料片組合成,填料片波峰方向與軸線呈45°，上下填料盤旋轉(zhuǎn)90°安裝，進(jìn)行水、乙醇精餾分離。實(shí)驗(yàn)表明，新型開窗導(dǎo)流填料與普通開窗導(dǎo)流填料相比，壓降降低8% _25%，分離效果提高12%以上。
權(quán)利要求
1.ー種開窗導(dǎo)流填料片，其特征是波紋填料片上設(shè)置有多個(gè)單向開窗，窗ロ幾何中心的橫向間距在2-100mm之間，縱向間距在2_100mm之間。
2.如權(quán)利要求I所述的填料片，其制備材料可以是金屬或塑料或陶瓷等。
3.如權(quán)利要求I所述的填料片，其特征是，填料片開窗窗ロ的裁剪位置處的形狀是ー條邊或弧，或是多條邊或弧。
4.如權(quán)利要求I所述的填料片，其特征是，開窗形狀是三角形、梯形、矩形、半圓形、多邊形、長條形或彎曲面。
5.如權(quán)利要求I所述的填料片，其特征是，填料片上窗ロ以正方形排列、長方形排列、正三角形排列、等腰三角形排列或根據(jù)需要按其他方式排列。
6.如權(quán)利要求I所述填料片，其特征是，各窗ロ的開窗方向一致，或正反前后交錯排列。
7.如權(quán)利要求I所述的填料片，其特征是，同一波紋片上的窗ロ大小相同，或設(shè)置為大小不同混合開窗。
8.如權(quán)利要求I所述的填料片，其特征是，同一波紋片上的窗ロ形狀相同，或設(shè)置為形狀不同混合開窗。
9.由權(quán)利要求I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塊填料片組合成圓柱體，每片填料片豎直放置，相鄰填料片的波峰方向關(guān)于塔的軸線對稱，與軸線呈15°至75°夾角；塔內(nèi)放置多塊填料時(shí)，上下填料盤旋轉(zhuǎn)15°至90°安裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型開窗導(dǎo)流填料片及填料，波紋填料片上設(shè)置有多個(gè)單向開窗，窗口幾何中心的橫向間距在2-100mm之間，縱向間距在2-100mm之間。規(guī)整填料是由5-100塊填料片組合成圓柱體。每片填料片豎直放置，相鄰填料片的波峰方向關(guān)于塔的軸線對稱，與軸線呈15°至75°夾角；塔內(nèi)放置多塊填料時(shí)，上下填料盤旋轉(zhuǎn)15°至90°安裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有改變了開窗導(dǎo)流填料的開窗位置和大小，使氣液在填料上傳質(zhì)更頻繁；窗口大小形狀以及排列方式可靈活改變，適應(yīng)不同物系的場合；窗口密布，氣液流道更多，對于相對揮發(fā)度小的物系更具優(yōu)勢。
文檔編號B01J19/32GK102671616SQ20121014203
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者丁暉殿, 劉春江, 袁希鋼, 郭凱 申請人:天津大學(xué)