专利名称：偏心导流窗口式规整填料片及填料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于精馏吸收等气液传质过程的偏心导流窗口式规整填料，特别 是一种能够有效降低大波纹倾角的规整填料片的压降，促进液膜更新的新型规整填料。
背景技术：
规整填料是一种在塔内按均勻几何图形规则、整齐地堆砌的填料，这种填料人为 地规定了填料层中的气、液流路，减少了沟流和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热 和传质的效果。目前比较经典的规整填料多为金属板波纹规整填料，当这种填料用于精馏 或吸收等气液传质操作时，填料内气液两相一般为逆流接触传质或传热，液相沿填料表面 成膜状向下流动，液膜在流动时，大部分液体均沿填料片的波谷流动，即填料表面波谷的液 膜较厚而波峰及其它表面的液膜覆盖较差，而且当填料对液体的润湿性能较差时，部分填 料表面可能无液体覆盖，降低了气液传质面积，造成传质效果较差。另外当液膜沿填料表面 流动时，一般为层流流动，而层流状态的液膜其表面更新较差，进而影响气液传质效率。因 此，如何通过改变液膜的微观流动状态提高规整填料的传质效率，从而开发新型高效规整 填料成为一个重要的研究方向。由此，为了促进液膜湍动，提高传质效果，本实验室(化学 工程联合国家重点实验室)提出了一种新型开窗导流式规整填料(CN101380562A)，该填 料通过在填料片上开设能够引导液体流动的窗口，使得同一填料片两侧的液体能够交换流 动，将原本处于填料片一侧的流动的液体导流至另外一侧表面，而且使原在层流底层的液 体变为液膜表面的液体，提高气液有效传质面积，从而提高传质效率。然而当波纹方向倾角 较大时，在填料片上的径向混合占优势，而横向混合相对削弱，压降较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更为高效的低压降的液膜导流规整填料，对于开窗导 流式规整填料及传统板波纹填料的结构加以改进，针对开窗导流规整填料在波纹倾角较大 时，横向混合相对较差，而且压降较高，进行了进一步的开发。在板波纹规整填料的基础上 开设导流窗口，并将导流窗口的中轴线方向与波纹方向在主视平面上呈现一定夹角，且夹 角开设于该规整填料片的波纹倾斜的反方向，而形成偏心窗口导流式结构。此结构不但有 效降低压降，更有利于液膜铺展成膜，实现填料片两面的液膜更新，加速气液传质速率，降 低压降，本发明有效的解决这个问题。本发明通过下述技术方案加以实现本发明的一种偏心导流窗口式规整填料片，是在波纹填料片的波峰和波谷处开设 偏心导流窗口，导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状，沿波纹的方向与波峰波谷的突出 方向相反，交错均勻分布，偏心导流窗口的中轴线的方向与波纹倾斜方向呈一定角度，偏心 导流窗口的轴向沿波纹倾斜的反方向呈夹角分布。所述的偏心导流窗口式规整填料片，波纹倾角的角度为30° 75°夹角，偏心 导流窗口的轴线方向与波纹方向夹角在主视平面上呈5° 45°，沿波纹倾斜的反方向，偏心导流窗口的轴线方向与波纹倾斜方向在侧视平面上呈5° 55°，沿波纹突出的反方 向，且所有导流窗口的轴向方向组成一组平行线，等间距依相同斜率，交错均勻分布。所述的偏心导流窗口式规整填料片，其相邻波峰与波峰之间，波谷与波谷之间间 隔IOmm 100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻偏心导流窗口间隔IOmm 100mm。所述的偏心导流窗口式规整填料片，其偏心导流窗口的开窗角度为45° 75°， 单扇窗口开窗角度为15° 75°。所述的偏心导流窗口式规整填料片，其偏心导流窗口沿轴线方向窗口长度为4 40mm ο所述的偏心导流窗口式规整填料片，其特征是所述的规整填料片为不锈钢、碳钢、 陶瓷或塑料的一种。采用偏心导流窗口式规整填料片组成的规整填料，规整填料由10 100片偏心导 流式规整填料片组合的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相邻填料片间平行放置。所述的规整填料在塔内放置多块规整填料时，上下两盘填料的波纹片位置旋转 15° 90°。本发明的优点在于当沿波谷向下流动的液膜流经偏心窗口导流结构时，在流体 速度及重力的作用下，由于偏心窗口式导流结构的存在，流动的液体可以更为有效的进行 横向混合，流下的液体导流到填料片另一侧波峰位置，增加相邻开窗窗体间气液相的液膜 湍动程度，降低压降，增加气液通量，更为有效地实现了液膜更新和增加气液传质面积。另 外当液体流经导流窗口时，层流底层的液体变为液膜表面的液体，提高了气液传质速率。同 时，本发明克服了在液膜流动过程中，由于波纹倾角较大的影响下，开窗导流规整填料的导 流窗口横向混合较差，压降较大，影响气液传质的缺点。但是本发明有效的解决这个问题。 在开窗导流结构的基础上开设偏心开窗导流式结构更有利于加工的进行，制作简单，装卸 方便，有利于保证填料片的质量。
图1偏心窗口导流式规整填料片示意图；图2偏心窗口导流式规整填料片主视图；图3偏心窗口导流式规整填料片单窗口示意图；图4偏心窗口导流式规整填料片单窗口主视图；图5偏心窗口导流式规整填料片单窗口侧视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明偏心窗口导流式规整填料的技术特征做更详细的说明本发明的一种偏心窗口导流式规整填料片，在波纹填料片的波峰和波谷处设置有 偏心窗口导流结构，偏心导流窗口的中轴线方向与波纹倾斜方向呈在主视平面上呈现一定 夹角，且夹角开设于该规整填料片的波纹倾斜的反方向，而形成偏心窗口导流式结构。波 纹填料片的波纹方向与竖直方向有倾角。其相邻波峰与波峰之间，波谷与波谷之间间隔 IOmm 100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻偏心导流窗口间隔IOmm 100mm。其 偏心导流窗口的开窗角度为30° 75°，单扇窗口开窗角度为5° 75°。其偏心导流窗
4口沿轴线方向窗口长度为4 40mm。该偏心导流窗口式规整填料片及填料，其偏心导流窗口开设于波纹规整填料片的 波峰和波谷处，导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状，沿波纹的方向与波峰波谷的突出 方向相反，交错均勻分布。偏心导流窗口的中轴线方向与波纹倾斜方向在主视平面上呈一 定角度，偏心导流窗口的轴向沿波纹倾斜的反方向与波纹方向夹角分布。该偏心导流窗口式规整填料片及填料，其波纹倾角的角度为15° 75°夹角，偏 心导流窗口的中轴线方向与波纹方向夹角呈5° 45°，沿波纹倾斜的反方向，且所有导 流窗口的轴向方向组成一组平行线，等间距依相同斜率，交错均勻分布。偏心导流窗口式规整填料片，其特征是所述的规整填料片为不锈钢、碳钢、陶瓷或 塑料的一种。该偏心导流窗口式规整填料片组成的规整填料，由10 100片偏心导流式规整填 料片组合的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相邻填料片间平行放置。所述的规整填 料在塔内放置多块规整填料时，上下两盘填料的波纹片位置旋转15° 90°。详细说明如下偏心窗口导流式规整填料片示意图如图1所示，偏心窗口导流式规整填料在板波 纹填料的波峰和波谷处分别开设了偏心的立体的小窗，呈现倒金字塔的形状，开口向上。偏 心窗口的中轴线方向与波纹的倾斜方向在主视平面上成一定夹角偏心分布。如图2所示偏 心窗口导流式规整填料片的主视图。该规整填料的波峰2与相邻波谷3间隔相同距离分布， 偏心窗口的中轴线1与波纹倾角方向呈一定夹角。由图1和图2均可以看出填料波峰与波 谷上的偏心窗口导流式结构在同一斜率方向上交错均勻分布。用此偏心窗口导流式规整填 料片组合成填料时，相邻两个填料片之间沿波纹的方向垂直交错放置，相邻填料片波峰的 方向关于填料塔的轴线对称。如图4偏心窗口导流式规整填料片单窗口主视图，偏心窗口的中轴线1与该规整 填料的波峰2之间的夹角3，即为如上所述的，在主视平面上偏心导流窗口中轴线与波纹倾 角方向的夹角，沿着波纹倾斜的反方向，即为如图逆时针的10°，偏心导流窗口的中轴线与 波纹倾斜轴线在侧视平面上张开角度为45°，与波纹突出的方向相反。偏心窗口的两边窗 棱边长均为8mm。偏心导流窗口单扇开窗角度，即窗棱边与偏心导流窗口的中轴线之间，在 单扇开窗平面上的夹角为20°。偏心导流窗口向波纹突出的反方向伸出边长为10mm。上述的偏心窗口导流式规整填料片是在波纹填料片的波峰和波谷处开设偏心窗 口导流结构，该结构的导流窗口方向与波峰和波谷的方向相对。波纹的方向与填料塔的轴 向方向呈75°夹角，相邻填料片之间波纹的方向互相垂直，填料片的峰高为6. 6mm;开窗 窗口呈斜倒金字塔形，倒金字塔形窗口水平方向的高度为5mm，倒金字塔形窗口的塔顶到 窗口底边的距离为IOmm ；波峰与波谷上相邻的窗、孔组合结构沿波纹板通道方向的距离为 40mm ο上述偏心窗口导流式规整填料盘为圆柱形结构，每盘填料高度为120mm，直径为 145mm ；偏心窗口导流式规整填料是由偏心窗口导流式规整填料片组成，每盘约有22片。填 料片流道与水平方向夹角为15° 75°，相邻两块填料片相对组装，流道方向相反，可以 促进流体在整个塔盘内部均勻分布。上述偏心窗口导流式规整填料盘在塔内安装时波纹形成的通道与垂直方向成45°，相邻两波纹片流道成90°，上下两盘波纹填料旋转90°叠放，在塔内，规整填料做成 一个个圆盘，直径略小于塔的内径，使流体在塔内充分混合。 本填料在塔内应用时，在塔内，气相经过气体分布器进入偏心窗口导流式规整填 料层内部，与下降的液相接触，气相沿波纹方向折回上升，与下降的液体在波纹孔道内进行 质量与热量的交换；一部分气体通过窗孔的导向作用，径向震荡，与后续上升的气相充分混 合使得气相分布均勻，液相亦如此进行径向曲折下降。由于偏心窗口导流式结构的横向导 流作用，极为有效的降低了压降，改善了气液两相在塔内的整体分布状况，使得气液两相在 填料内部接触时一面进行质量与热量的交换一面在各自相态中进行浓度的重新分布。偏 心窗口导流式结构的设计使得填料盘内部空隙大小均勻，气液两相在填料层内不易发生堵 塞。在偏心窗口导流式导流规整填料的作用下，提高了气液两相的传质面积和传质效率。
权利要求
1.一种偏心导流窗口式规整填料片，其特征是在波纹填料片的波峰和波谷处开设偏心 导流窗口，导流窗口的开口均向上，呈倒金字塔形状，沿波纹的方向与波峰波谷的突出方向 相反，交错均勻分布，偏心导流窗口的中轴线的方向与波纹倾斜方向呈一定角度，偏心导流 窗口的轴向沿波纹倾斜的反方向呈夹角分布。
2.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片，其特征是波纹倾角的角度为 30° 75°夹角，偏心导流窗口的轴线方向与波纹方向夹角在主视平面上呈5° 45°， 沿波纹倾斜的反方向，偏心导流窗口的轴线方向与波纹倾斜方向在侧视平面上呈5° ，沿波纹突出的反方向，且所有导流窗口的轴向方向组成一组平行线，等间距依相同斜 率，交错均勻分布。
3.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片，其相邻波峰与波峰之间，波谷 与波谷之间间隔IOmm 100mm，在波纹方向上同一波峰或波谷处，相邻偏心导流窗口间隔 IOmm IOOmm0
4.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片，其偏心导流窗口的开窗角度为 30° 75°，单扇窗口开窗角度为5° 75°。
5.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片，其偏心导流窗口沿轴线方向窗口 长度为4 40mm。
6.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片，其特征是所述的规整填料片为不 锈钢、碳钢、陶瓷或塑料的一种。
7.如权利要求1所述的偏心导流窗口式规整填料片组成的规整填料，其特征是规整填 料由10 100片偏心导流式规整填料片组合的圆柱体，每片填料片与水平面垂直放置，相 邻填料片间平行放置。
8.如权利要求7所述的偏心导流窗口式规整填料，其特征是所述的规整填料在塔内放 置多块规整填料时，上下两盘填料的波纹片位置旋转15° 90°。
全文摘要
本发明涉及一种偏心导流窗口式规整填料片及填料，该规整填料与开窗导流式规整填料的最大区别在于所开设的导流窗口轴线方向与波纹的倾斜方向具有一定的夹角，使得导流窗口呈现偏心结构。偏心导流窗口开设于波纹规整填料片的波峰或波谷处，方向与波峰或波谷的方向相反。通过改进导流窗口的倾斜角度，使其轴向呈现偏心状，可以有效的降低压降，增加横向混合程度，提高气液传质面积，增加液膜湍动程度。当液体沿波纹方向流下流经偏心导流窗口位置处，由于偏心窗口刚好位于液体下方，使得大波纹倾斜方向的规整填料的性能得到提高，在保证径向混合高效率的同时，有效加强了填料片上横向混合的能力，有效实现液膜更新，提高气液传质速率。
文档编号B01J19/32GK102068956SQ20101057715
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者刘春江, 李雪, 段长春, 袁希钢 申请人:天津大学