[发明专利]波纹规整填料

说明书

本发明涉及一种主要用于流体‑流体接触的波纹规整填料。该规整填料由一系列波纹填料片组成。填料片靠近壁流圈或塔壁的端部的结构与其主体不同，波纹通道的倾斜角增大，比表面积减小，该结构的改变，使得流体在塔壁附近流动阻力降低，避免壁区液体分布不足。

技术领域：

本发明涉及一种用于流体-流体接触设备的规整填料，具体地说涉及一种主要用于精馏、吸收、换热等化工单元操作的波纹规整填料。

背景技术：

吸收、精馏、直接换热、萃取等是流体间相接触的典型化工单元操作，利用组分挥发度、溶解度及温度等性质的差异，通过相间密切接触，从而实现物质、热量的传递。波纹类规整填料具有阻力低、通量大，且放大效应底的优点，广泛用于这些单元操作的填料塔中。

上世纪50年代末以后，瑞士Sulzer公司发明丝网波纹填料，单片填料由金属丝网折叠成为具有倾斜通道的波纹片，填料片垂直放置，相邻填料片的通道倾斜方向相反，形成交叉通道。多片填料组成圆盘，装填于塔中，原则上填料盘之间填料片方向成90°。1970年代末，Sulzer公司以金属薄片取代金属丝网，板波纹规整填料获得广泛应用。同一种波纹规整填料的型号主要通过不同波纹通道的倾角和比表面积的组合来区分，比表面积越高，通道倾角(通道与水平面夹角)越低，则效率越高，气相阻力越大，通量越低。倾角通常分45°的X型和60°的Y型，表面积通常在70～800m²/m³之间，比如250Y，其倾角为45°，比表面积为250m²/m³。

自波纹规整填料发明至今60余年间，为了改善性能，其结构有一些改进，比如专利CN1322589A的脉冲波纹规整填料，把传统波纹规整填料倾斜的直通道改为曲折通道，使得气体流动产生脉冲；专利CN107952407A在填料的波谷处开窗，改善流体流动。专利CN1201404A把波纹填料片上部和下部本来倾斜的通道方向改为垂直，从而消除了相邻填料盘间的流动瓶颈，显著提高了填料的通量，成为目前应用最为广泛的高通量波纹填料。

一直以来，波纹填料都是市场的绝对主流，说明其相邻填料片间的交叉通道结构比较好，因而具有良好的流体力学和传质性能。但是，填料床层超过一定高度之后，填料分离效率逐渐下降，单段填料高度因而受到限制。对于理论板数高的难分离物系(比如氧-氩、丙烯-丙烷、乙苯-苯乙烯等分离需要100～200块理论板)，填料必须分成多段，甚至拆分成多塔串联，一方面导致塔体增高，同时增加再分布器造价。

液体不良分布往往是因高度增加而导致填料效率恶化的关键因素。波纹规整填料结构对称规则，具有有良好的自分布性能，液体分布器有限离散的分布点，经过2盘左右的填料后即可达到在整个塔截面上均匀分布。除一些特殊物性、填料分块安装等因素外，液体不良分布应该发生于填料床层中结构均一性不一致的地方：交叉安装的填料盘交接处和填料的壁区。前者只会产生小尺度的不良分布，填料的自分布能力很容易矫正，后者则会产生大尺度不良分布，影响整个环壁区域，填料的自分布能力无法纠正，导致填料性能恶化。

长期以来，人们对壁区的关注一直集中在壁流。由于液体易于在垂直的塔壁上集聚，从而产生严重的壁流，导致填料效率下降。通常采用两个办法来解决壁流，一种办法是填料分块安装，通过增减填料片，确保填料与塔壁紧密接触，把壁流再导回填料；另一个办法是设置壁流圈，壁流圈紧贴填料，其上部设有向周边翻开的弹片，安装时弹片紧贴塔壁，把壁流导入填料。

填料段底部液体分布的检测、研究表明：壁区的液体量要比内部主体少，气速较高的情况下，偏差可以达到20％以上。填料层高度越高，这种差别越是显著，从而造成效率在填料段超过一定高度后显著恶化。

造成填料壁区液体分布不足的原因主要有两个：1)液体不断被塔壁或壁流圈折回；2)在斜向塔壁的通道中的气体到达壁区后，因塔壁或壁流圈的阻挡，强制改变方向，进入相邻填料片的交叉倾斜的通道折回，从而对壁区的液体产生较大的阻力。

发明内容：