[发明专利]一种低阻高效异峰丝网波纹填料

说明书

[技术领域]

本发明涉及填料技术领域，主要用于同分异构体及同位素等精密体系的精馏、吸收或化学交换，具体地说是一种低阻高效异峰丝网波纹填料。

[背景技术]

同分异构体和同位素等精密精馏体系分离系数小，分离难度大，高纯度提取常需要几百甚至几千块理论板。国内外普遍采用金属丝网绕成的狄克松或θ环颗粒填料作为其核心传质组件，该填料属于一种散堆填料，其优点是传质效率高，但显著缺点是壁流沟流现象严重，阻力降大，不易于放大，最大使用塔径小于100mm，塔数(级数)多，流程复杂，持液量大，系统平衡时间长等。例如，以色列威兹曼研究院5kg/y的水精馏装置由28个Φ20-100mm直径塔串并联而成，均采用Φ2mm×2mm规格的磷青铜丝织狄克松填料，由于系统持液量过大，¹⁸O平衡时间长达480天，¹⁷O平衡时间更是长达950天。同样，以色列Rotem公司在运行的60kg/y¹⁸O水精馏装置，主要采用狄克松填料，装置串并联塔达几百根，工艺相当复杂。

上世纪七十年代，瑞士Sulzer公司开发一种CY-700型丝网波纹填料，经表面处理成功用于H₂O/D₂O重水体系的分离。该填料属于一种规整填料，中等比表面积(500-700m²/m³)的丝网波纹填料与散堆填料相比，汽液相流道规则化，持液量小，通量大，成膜均匀，但传质效率不高；高比表面积丝网波纹填料虽然传质效率提高，但几乎有与散堆填料一样的缺点：持液量大(尤其是双层或多层丝网或经表面处理的填料)，液膜表面更新差，自分布性能差，导致阻力降大，处理能力小，不易于放大及规模化生产。例如清华大学对900Y，1100Y，1700Y，2500Y四种高比表面积的丝网波纹填料进行了系统的传质性能和流体力学性能研究，同样操作条件下，比表面积增加，传质效率增加，但填料阻力降增加幅度更大，2500Y型填料阻力降很高，而且传质效率较低；天津大学硼同位素研究装置，青海光明化工厂重水装置，上海化工研究院¹⁸O水精馏装置以及¹³C研究装置，江苏华益公司¹⁸O水精馏装置，均部分塔采用颗粒填料，部分塔采用丝网波纹填料，或采用两种填料复合装填方案，但受制于填料持液量大，阻力降大，放大效应明显，通量小等因素，单套装置实际生产能力仅10-15kg/y，与目前美国CIL最大单套125kg/y¹⁸O水精馏装置相比，技术水平相差甚远。

丝网波纹填料用于同分异构体及同位素体系的精馏，国内外研究机构主要采取增大比表面积，采用双层或多层网，以及表面处理等技术措施强化毛细作用，片面追求提高填料的传质性能，但鲜有从创新填料结构，强化液体分布成膜等角度，显著改善填料阻力降和通量等流体力学性能及放大性能。“高效但高阻”的填料分离技术已成为制约²H，¹⁰B，¹³C，¹⁸O，³²S等同位素及重要同分异构体实现规模化生产的重要技术瓶颈。

传统的丝网波纹填料液体波纹通道为等腰三角形，波峰及波谷最末端均为尖角过渡连接，波峰波谷处存在大量的死区积液，且不易更新，导致填料效率下降；大量增加持液而导致填料阻力降大，且平衡时间长。另一方面，传统丝网波纹填料，同一盘填料采用同一峰高的波纹片交错排列拼接而成，对于高比表面积或经表面处理的情况下，孔隙率非常小，窄小的波纹通道内由于强烈毛细作用，“拦液现象”非常严重，盘间液体的分布性能几乎缺失，导致阻力降成倍上升。

[发明内容]

本发明的目的就是针对上述传统丝网波纹填料的缺陷，提出一种新型填料结构，有效消除“死区积液”和“拦液现象”，强化液体微观成膜，减少持液，增强盘间液体自分布性能。提供一种阻力降小，传质效率高，易于放大的异峰金属丝网波纹填料。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种低阻高效异峰丝网波纹填料，由多个圆柱体形状的圆盘填料依次上下叠加而成，所述每个圆盘填料由若干片以单层或双层金属丝网为基材，经模具冲压成等腰梯形的波纹丝网片依次交错排列，所述波纹丝网片的波峰与波谷最末端采用直边平滑连接，所述波纹丝网片根据峰高不同，但波纹顶夹角相同分为大波纹丝网片和小波纹丝网片，所述大波纹丝网片和小波纹丝网片按一定片数比例组合排列在一起构成圆盘填料。