CN1038911C - 挠性梅花扁环填料 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种挠性梅花扁环填料，属于化工分离设备领域。由开有矩形窗口的梅花状扁环和与矩形窗口的两条短边相连的内弯弧形筋片组成，每个内弯弧形筋片中央开有一个矩形小窗口，每个矩形小窗口的一端规则地连有一块指向扁环中部并均匀分割填料内部的区域的舌片，填料的高径比(H/D)为0.2-0.3。本填料具有传质性能优异、处理能力大、阻力降小和成本较低等明显优点。可广泛用于石油化工中的常压、加压精馏，化学工业中的吸收和洗涤，以及润滑油精制、芳烃抽提等液-液萃取过程。

Description

挠性梅花扁环填料
本发明为一种挠性梅花扁环填料，属于化工分离设备领域。
填料塔是一种重要的化工传质设备，用于化工、石油、轻工、医药和环保等领域的精馏、吸收、萃取等传质分离过程。
填料的结构和性能对填料塔的技术经济指标具有决定性的影响，它是一种量大面广的产品，具有重大的经济和社会效益。因而各国都对填料的结构和性能开展了深入的研究，创制了种类繁多的化工填料。填料可分为颗粒填料和规整填料两大类。一般说来，颗粒填料适合于常压和加压操作，而规整填料更适用于减压操作。由于颗粒填料加工制造比较简单，安装比较方便，成本较低，因而应用极为广泛。本发明属于颗粒型填料。
颗粒型填料的种类很多，如拉西环、鲍尔环、阶梯环、环矩鞍填料等。由于金属材质制成的颗粒填料空隙率高、易加工成较为理想的形状，因而成为一种重要的发展趋势。而高径比较小的环形填料如阶梯环和内弯弧形筋片扁环填料更具特色。
阶梯环填料的结构如图1(主视图)和图2(半剖视图)所示。图中1为构成填料的金属片；2为舌片；3为环壁上的开口；4为填料一端的锥形翻边。填料的高径比为0.5。由于阶梯环填料的高径比仅为鲍尔环的一半，重心较低，增加了随机投放后在塔内排列的规则性，并较充分地利用内表面，因而有利于减小连续相通过填料层时的阻力降和提高传质效率。但是，这种填料高径比仍较大，内部舌片结构也不理想，还大有改进的余地。其刚性结构要求填料厚度较大，消耗板材较多。
内弯弧形筋片扁环填料是本专利申请人为主创制的，获得了中国专利局的实用新型专利(89220935.6)和发明专利(ZL89109152.1)。图3是这种填料的主视图，图4是俯视图，从图可以看出，这种填料的特点是：
(1)采用独特的内弯弧形筋片结构，既使填料内部通道更为合理，也增加了填料强度，消除了可能引起液滴群聚结或物料结焦的翻边。
(2)采用0.2-0.4的极低的高径比，使填料在乱堆时也能体现较大程度的有序排列的特点，从而降低填料的阻力降，有效地抑制两相的非理想流动，进一步提高填料的处理能力和传质效率
(3)便于加工，可用多种材质制造以适应各种生产要求。
这种新型填料性能优良，但也有改进的余地，如环形结构，填料比表面积有限；三个内弯弧形筋片虽把填料内部分成四个部分，但仍有进一步分割的余地；此外，填料的刚性结构需较厚的板材，消耗的金属材料也比较多。
本发明的目的是在内弯弧片填料的基础上，进一步提高填料比表面积，提高其传质效率，并降低填料材料的消耗。
现在对本发明进行概述。本发明为一种挠性梅花扁环填料，由开有矩形窗口的扁环和与矩形窗口的两条短边相连的内弯弧形筋片组成，其特征在于扁环为梅花状，其中有一对相邻的并且断开的花瓣，其端部的折边间留有小间隙；每片梅花瓣环壁的纵向中部开有一个所说的矩形窗口；在所说的与矩形窗口的两条短边相连的各内弯弧形筋片中央开有一个矩形小窗口，每个矩形小窗口的一端规则地连有一块指向扁环中部并均匀分割填料内部的区域的舌片；填料的高径比(H/D)为0.2-0.3。所说的梅花状扁环有四至七个花瓣。
现在结合附图对本发明进行详细描述。图5、图6、图7分别为5花瓣挠性梅花扁环填料的主视图、俯视图和展开图。图中5为构成填料的金属扁环，6为环壁上开的矩形窗口，7为与矩形窗口两短边相连的内弯弧形筋片，8为在此弧形筋片上开的矩形小窗口，9为与矩形小窗口一端相连并指向扁环中部的舌片。一对相邻并断开的花瓣的两端的折边10成为留有小间隙的的挠性结构，可以控制填料的变形。五个内弯弧形筋片和五条指向填料中部的舌片将梅花扁环内部分成十个小区。当两相流体逆流通过填料时，五个弧形筋片和五个舌片可有效地促进液滴群的分散-聚合-再分散循环，促进传质表面的更新。这种精巧的内部结构也可更好地切割连续相流体，抑止非理想流动。这种新填料的梅花形周边，比传统的圆形填料周边长10％以上，因此当直径相同时，填料的单位体积的比表面面积高于内弯弧形筋片扁环填料，更大于阶梯环和鲍尔环等国外引进的填料。
利用图7所示的、给定长度和宽度的金属薄片，经过切口、冲出弧形筋片和舌片并弯曲成环后即可制成挠性梅花扁环。利用复合模具可使上述几道工序一次完成，便于这种新填料的大规模工业化生产。
这种填料用较薄的板片冲制而成。由于内弯弧形筋片的作用，填料的各花瓣形部份仍具有较高的强度，而整个填料具有一定的挠性，而且一对小折边6可以控制填料的变形并保证满足工程应用的要求。
这种填料的高径比(H/D)为0.2-0.3，这种极低的高径比可以保证填料在散装时也具有较高程度的有序排列的特点，即填料难以用侧壁站立，因而挠性梅花扁环填料的横截面与水平面之间保持较小的夹角。这样两相逆流通过填料层时阻力降较低，轴向混合较小，有助于进一步提高填料的处理能力和传质效率。
本发明达到了预期效果。正如发明的构思所预期的那样，梅花形的填料增加了它的比表面积；内弯弧形筋片及筋片上的指向填料中部的舌片可以促进分散相的表面更新和抑制两相的非理想流动；极低的高径比(0.2-0.3)可以使它在散装时也具有较大程度的规整排列的特点；挠性结构可以使用较薄的板材来加工填料，进一步减轻填料层的重量和降低填料成本。因此，本发明不仅具有传质效率高，处理能力大，阻力降小的特殊优点，而且重量轻，成本较低。
表1是在Φ100mm的填料萃取塔中，用50％TBP(煤油)-醋酸-水的中等介面张力体系，测定的Φ25mm挠性梅花扁环的传质特性并与同样条件下的Φ25mm内弯弧形筋片扁环填料进行比较的结果。表中水相流量和油相流量均以升/小时表示，Noxp是一米高填料层所具有的传质单元数，Noxp的数值越高，则填料的传质效率越高。从表列数据可以看出，本发明的填料的传质效率比内弯弧形筋片扁环填料平均提高了21％。考虑到内弯弧形筋片扁环填料的传质性能已明显优于鲍尔环、环矩鞍和Mellapak规整填料(Fei，W，et al.1993，Proceeding of ISEC-93，Vol.1，P.49、York，U.K)本发明填料的传质性能是十分优异的。
表1两种填料的传质特性比较
实验序号 水相流量 油相流量     Noxp* ΔN/Noxp(％)
填料1 填料2
    1     76.8      68    0.911    0.726     23.6
    2     76.8      85    0.872    0.830      4.8
    3     76.8     102    1.51    1.15     23.8
    4     76.8     119    1.90    1.34     29.5
    5     76.8     136    2.02    1.54     23.7
*填料1为挠性梅花扁环，填料2为内弯弧形筋片扁环填料。
表2四种填料的几种特性比较(Φ50mm)
  填料种类 装填个数nm 堆比重γkg/m 比表面积am/m 空隙率ε(％)
  鲍尔环     6500     395     105     94.9
  阶梯环    11600     400     109     95.0
 内弯弧片    22000     355     120     95.5
 梅花扁环    22000     295     132     96.2
*  即内弯弧形筋片扁环填料
**即本发明的挠性梅花扁环填料
表2列举了Φ50mm鲍尔环、阶梯环、内弯弧形筋片填料和挠性梅花扁环的几何特性数据。由表列数据可以看出，对于名义尺寸相同的四种填料，梅花扁环的堆比重最小，比表面积最大而空隙率最高。因而本发明填料的传质性能最好、处理能力最大而成本较低。本发明的优势是十分明显的。
综上所述，本发明的挠性梅花扁环填料具传质性能优异，处理能力大，阻力降小和成本较低等明显优点。可用于石油化工中的常压、加压精馏过程，化学工业(如化肥生产等)中的吸收和洗涤过程，润滑油精制、芳烃抽提等液-液萃取过程。如在现有设备的技术改造中用此种填料代替拉西环、鲍尔环、阶梯环和环矩鞍等，将大大提高装置的传质效率和处理能力，取得重大的经济效益。
例举的实施例如下：
1.Φ75mm的挠性梅花扁环填料，五个花瓣。填料高度15mm，高径比0.2，内弯弧形筋片高度9mm，此弧形筋片上的内冲舌片高度4mm。
2.Φ50mm的挠性梅花扁环填料，五个花瓣。填料高度12.5mm，高径比0.25，内弯弧形筋片高度7.5mm，此弧形筋片上的内冲舌片高度3.5mm。
3.Φ38mm的挠性梅花扁环填料，五个花瓣。填料高度11.4mm，高径比0.3，内弯弧形筋片高度6.6mm，此弧形筋片上的内冲舌片高度3.0mm。
4.Φ50mm的挠性梅花扁环填料，六个花瓣。填料高度12.5mm，高径比0.25，内弯弧形筋片高度7.5mm，此弧形筋片上的内冲舌片高度3.5mm。

Claims (2)

1.一种挠性梅花扁环填料，由开有矩形窗口的扁环和与矩形窗口的两条短边相连的内弯弧形筋片组成，其特征在于扁环为梅花状，其中有一对相邻的并且断开的花瓣，其端部的折边间留有小间隙；每片梅花瓣环壁的纵向中部开有一个所说的矩形窗口；在所说的与矩形窗口的两条短边相连的各内弯弧形筋片中央开有一个矩形小窗口，每个矩形小窗口的一端规则地连有一块指向扁环中部并均匀分割填料内部的区域的舌片；填料的高径比(H/D)为0.2-0.3。
2.按照权利要求1所说的挠性梅花扁环填料，其特征在于所说的梅花状扁环有四至七个花瓣。
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