专利名称：一种具有梯型波纹的规整填料的制作方法
技术领域：
本实用新型属于化工分离工程领域的填料技术领域，特别是波纹规整填料的结构改进。
背景技术：
波纹规整填料由于其几何结构上的对称性，提供了均匀、规则的气液流通路径，减少了壁流和沟流现象，呈现出低压降、大通量和高效率的良好性能，在石油、化工及环境等领域中得到了广泛的应用。波纹填料由一系列垂直放置、互相平行的波纹片组成，波纹片的结构参数如图1所示，图中每个波纹片上有锯齿状的波峰、波谷，波纹齿顶角θ为90°，波峰的高度为h，波距为2b，波峰(或波谷)的倾斜边为s。波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等方向相反。这种结构改善了气液两相的接触状况，促进了两相间的热、质传递过程。
但是，理论分析和CFD模拟表明，现有的波纹填料存在着如下不足之处(1)由于相邻波纹片波纹倾斜方向相反，形成独特的周期性通道结构。气相在通道结构单元内的流动方式是两股不同方向的气体交叉流动，气相压降的主要形成因素是交叉气流的摩擦与碰撞。而且这部分压降是由气相内部动能损耗所致，对传质效果并无促进作用。
(2)波纹倾角与波纹齿顶角决定了波纹面在三维空间上的取向，在重力的作用下，液体容易形成偏流。在迎液面上，液体倾向流向波峰；在背液面上，液体倾向流向波谷。这种沟流作用，增大了液相分布的不均匀程度，减小了两相的有效接触面积，不利于传质。特别是液体负荷较低时，这种情况更为突出。
(3)现有波纹填料的波纹齿顶角通常在90°左右，波纹的波距为峰高的2倍左右。这样的设计导致所述的气相内部动能损耗和液体偏流问题更为显著。
现有的对波纹填料的改进方案，是保持上述整体结构不变的基础上，在波纹片上开设一些切口或孔，以改善流体分布和接触状况，从而促进传质；或者将波纹倾斜方向在填料端部弯成竖直方向，以达到减小阻力、提高通量的目的。实际上，现有方案在压降减小的同时，传质效率或多或少均有所下降。也即是说，通量的提高是以效率的降低为代价的。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述现有波纹规整填料存在的问题，提出一种改进的波纹规整填料，不仅可以有效降低压降、减小阻力，同时还可以提高传质效率。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是本规整填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；其特征在于所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角小于60°。
本实用新型的特点及技术效果本实用新型的规整填料由于减小了波纹的波距，同时为了维持比表面积不变，所以增大峰高，这样波纹齿顶角随之变小。为避免峰高过大，将波纹形状由传统波纹的三角形改进为梯形，增加了波峰、波谷的上底。为了避免相邻波纹片间的面接触方式，同时为了加工方便，在实际制造填料时可将上底加工为弧形。因此传统波纹填料的波纹形状由V型变至U型。
由于波纹波距变小峰高变大，致使交叉气流的接触面积减小，气相交叉接触部分的比例也变小，因此降低了气相内部摩擦碰撞所导致的动能损耗，结果气相压降变小，通量变大，有利于节能和提高处理能力。
而且，波纹齿顶角的减小可以控制液体的偏流与沟流，使液体在波纹面上更好地润湿成膜，增大两相流体互相接触的有效面积，强化传质性能。
总之，本实用新型提出的具有梯型波纹的规整填料改善了液相的分布，增大了两相的有效传质面积，所以提高了传质效率，而且气相阻力小、压降低、通量大。本实用新型波纹填料具有良好的流体力学及传质性能。
图1是现有波纹填料波纹片形状示意图。
图2是本实用新型波纹填料波纹片形状示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的梯型波纹规整填料结合附图及实施例详细说明如下本实用新型的梯型波纹规整填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；每个波纹片的形状如图2所示(图中虚线显示的是在实际制造填料时波峰、波谷呈U型状的上底)，波峰的高度为h，梯型波峰(或波谷)上底的宽度为a，波峰(或波谷)下底的宽度为a+2b，波峰及波谷两个倾斜边的延长线(即波纹齿顶角)夹角为θ，波峰(或波谷)的倾斜边为s。
本实用新型的几个实施例的波纹片结构参数如表1所示表1
针对实施例5，分别在φ50mm和φ100mm的精馏塔内对本实用新型波纹填料比表面积为900m2/m3的实施例的性能进行了实验研究，并与现有相同比表面积的传统波纹填料做了比较。
设备参数与实验条件见表2。塔I中所用的填料材质为不锈钢；塔II中所用的填料材质为磷青铜。
表2
实验结果表明，与传统波纹填料相比，在φ50mm的塔内，本实用新型波纹填料的压降平均降低28％，传质效率平均提高16％；在φ100mm的塔内，本实用新型波纹填料的压降平均降低35％，传质效率平均提高13％。
权利要求1.一种具有梯型波纹的规整填料，由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；其特征在于所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角小于60°。
2.如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于波纹齿顶角取值在20°～60°。
3.如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于波纹齿顶角取值在30°～50°
4.如权利要求1所述的波纹规整填料，其特征在于所述每个梯型波纹片的波峰和波谷的上底呈凸弧形状。
专利摘要本实用新型涉及一种具有梯型波纹的规整填料，属于化工分离工程领域的填料技术领域，该填料由多个波纹片构成，每个波纹片上有波峰、波谷，各波纹片互相平行竖直放置，波纹方向与竖直方向有一倾角，相邻波纹片的波纹倾角大小相等，方向相反；所述每个波纹片的波峰和波谷形状为梯型，波峰及波谷两个边的延长线夹角(即齿顶角)小于60°。本实用新型与相同比表面积的传统波纹填料相比，本实用新型有效抑制液相的偏流与沟流，增加气液有效接触面积，提高传质效率，同时可降低压降、提高通量。
文档编号B01J19/32GK2787298SQ20052000876
公开日2006年6月14日 申请日期2005年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者费维扬, 宋新月 申请人:清华大学