[发明专利]一种锯齿形波纹填料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工精馏用新型波纹填料，尤其是同位素分离等难分离体系精馏填料技术。

背景技术

波纹填料由于具备阻力小、通量大、持液小、处理量大、放大容易等优点，在工业上得到了广泛的应用。现有波纹填料的结构特点是波形呈等腰三角形，每两片填料交错叠放，汽液两相在填料孔道内规则流动，较之传统散堆填料有极大的优点。然而，随着对分离要求的提高，现有波纹填料的传递效率仍有待提高。比如日本Sanso公司低温精馏分离¹⁸O的生产装置，采用他们自己开发的规整填料，由13座高60米的塔组成庞大的级联(KAMBE Takashi，KIHARA Hitoshi，HAYASHIDA Shigeru，et al.，Development of oxygen-18 separation unit by oxygen distillation，大阳日酸季报，No.23，2004，20-25)。其生产装置建设费用及日常运行成本都高于理想的级联装置。美国Los Alamos实验室曾经建立的一座生产¹³C同位素的装置，由200米高的主塔级联及50米高的副塔组成(B.B.Mclnteer.Isotope separation by distillation：design of a carbon-13 plant，Separation Science and Technology，1980，15(3)：491-508)。这些超高设备的设计，都是因为受制于填料的传递效率。如果能够提高填料的汽液分布效率，生产装置将大大减小，从而降低投资。可见，开发高效的新型填料，具有巨大的工程及经济需求。于是人们不断通过增加填料比表面积的手段来提高波纹填料的分离效率。目前最高比表面积达到了1700m²/m³，几乎达到了制造设备的极限！而且，一味地依靠增加比表面积来提高传递过程，也遇到了瓶颈：当填料比表面积进一步增加时，分离效果反而变差！同时，由于波纹填料内汽液通道当量直径仅有1.5-8mm，实际测量两相流动流场分布具有很大难度，导致人们对填料表面两相流的微观现象了解甚少。对于制约波纹填料效率这一瓶颈，如何进一步提高只能从其它途径实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分离效果高、成本低的锯齿形波纹填料及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锯齿形波纹填料，其特征在于，该填料由金属板滚压成锯齿状波纹填料片结构，锯齿一边与填料片伸展方向垂直，波纹轴线与填料片伸展方向成一夹角，锯齿波纹峰高h1.5-8mm、齿形角α15-75°、波纹倾角β15-60°。

所述的金属板为不锈钢板、青铜板、铝合金板或塑料板。

所述的金属板为不锈钢丝网。

所述的填料片表面均匀冲孔，孔径为4-8mm，打孔率5-10％。

一种锯齿形波纹填料的应用，其特征在于，将多个填料片包扎成填料盘，使相邻两片填料片交错排列，用于化工精馏塔内填充。

所述的填料盘的直径为30-1000mm，盘高30-300mm。

在精馏过程中，汽液两相在填料表面逆流交换。理想状况是液体在填料表面均匀成膜，实现最大的汽液接触面。然而通过对传统波纹填料的实际测量得出，液体在填料表面并没有成膜，而是在填料一侧边缘以溪流流动，绝大部分填料表面并没有被液体润湿。本发明提出的锯齿形通道结构设计，液体在填料表面以波浪式铺满填料，较之传统等腰三角形结构传递面积提高了数倍，其分离效率也得到质的提高。

本发明正是对传统波纹填料的结构进行创新，提出锯齿形波纹的新结构。在相同比表面积时分离效率大大提高，实现了对现有技术的突破，取得了意想不到的效果。与现有技术相比，具有以下优点：

1.液体在填料表面分布面积是传统波纹填料表面的数倍。由于液体在Zigzag-pak填料表面能够更好地润湿，较之传统波纹填料有效利用率大大提高，有效面积数倍于传统填料。

2.同样比表面积的填料，本发明比传统技术分离效率提高数倍。由于液体分布性能远优于传统填料，所以同样比表面积的填料，本发明的分离效率数倍于传统填料。

3.新的Zigzag-pak填料提高了波纹填料传递效率，便于工程推广应用。Zigzag-pak填料是一种新的波纹填料，其结构的变化带来使用效果质的变化，工业中现有波纹填料均可以用更为高效的Zigzag-pak填料替代。