一种用于填料塔的规整填料的制作方法

本实用新型公开了一种用于填料塔的规整填料，自分布规整填料具有有序空间结构和凹凸表面结构，规整填料由片状材料制成，材质优选金属材料。本实用新型通过强化每盘规整填料对液体的自分布性能，规整不同规整填料盘上下表面的汽液传质孔道形状，维持上下规整填料盘之间液相流动为准连续流动，改进规整填料及加工使用方法，提高自分布规整填料传质效率。本实用新型属于化工传质设备设计制造技术领域。

背景技术：

根据气液传质设备的塔内气液接触部件的结构型式，分为两大类：板式塔与填料塔。近年来，国内外加大了对规整填料的研发及应用，性能优良的规整填料在气液传质装置中广泛采用。规整填料塔在塔体内充填一定高度的规整填料，其下方有支承栅，上方为规整填料压栅及液体分布装置等内件，本实用新型涉及的填料为规整填料。

规整填料是一种最常用的安装在传质塔中的内部构件，从常规规整填料产品图(图1)、常规规整填料单片图(图2)、常规填料单片组装图(图3)可以看出，规整填料由常规填料单片1逐片叠加而成，单个规整填料单片之间，通过常规规整填料波纹2相互交叉，组成一定直径的规整填料盘，为汽液两相间传热、传质提供场所。由于规整填料的几何形状对称规整，规定了气液流路，与散装填料比较，较大程度上改善了塔内下降液体的流动状况，减弱了沟流和壁流，传质塔的操作压降降低。

规整填料塔内影响规整填料塔效率的主要因素为液体的不良分布，是由于液体再规整填料层内的趋壁、沟流分布等原因造成，通过改善规整填料结构及改善气液相的初始分布可有效地抑制规整填料塔内液体不良分布的发生。本实用新型公开了一种用于填料塔的规整填料及加工方法，解决了造成液体在规整填料塔内规整填料塔效率下降的填料结构及气液相初始分布等问题，使填料塔的操作压降进一步降低。

目前市售常规规整填料主要为类似于Sulzer公司的mellapak常规规整填料，是目前经常使用的常规规整填料产品，规整填料由各种长度的规整填料单片组装成，并与塔径匹配的完整的规整填料盘。其中常规规整填料单片1波纹为直线，常规规整填料波纹角度α为常规规整填料波纹2与填料盘水平方向的角度，其数值为30°～60°，常规规整填料的填料单片表面没有润湿结构及特定的液体导向流道，有较大的优化改进空间。

在传质塔操作过程中，汽液两相在塔内逆向流动并且在规整填料表面接触进而实现传热和传质操作。规整填料塔在操作过程中，液体自上而下通过规整填料段上部液体分布器以一定的喷淋点密度将液体均匀分布在规整填料盘表面，通过规整填料表面自身的润湿性，逐步将点分布的液体展开成液膜，液膜向下流动，依次通过多个规整填料盘，不同规整填料盘之间的连续流动被干扰打断，需要多次布膜。气相作为连续相在气体压力差推动下，通过规整填料的波纹流道由塔底流向塔顶，气液两相传质主要在规整填料表面的液体与气体间的相界面完成。规整填料受小规模不良分布和大规模不良分布的影响，每段规整填料层的高度受到限制，理论板数较高的传质塔需要多段规整填料，每段规整填料间需配置液体收集器及再分布器。在规整填料塔中作为非连续相的液相在规整填料的作用下成膜状向下流动，其规整填料表面液膜的连续状况、覆盖率及液膜厚度均匀性等都影响规整填料塔的传质传热效率，通过改善液相液膜的流动状态，进而提高规整填料的传传热质效率，成为规整填料研发中的一个重要关注点。

从常规规整填料盘间汽液流道示意图(图4)可以看出，由常规整填填料波纹2形成的不同常规规整填料盘间的汽液流道3的衔接角度为90°～120°，汽液流道衔接处的规整填料流道不平滑造成此位置气相、液相的连续稳定的流动状况被破坏，填料表面液膜的覆盖率及均匀程度恶化，成为影响填料塔传质效率、操作压降升高的主要原因。另外，从常规规整填料盘面汽液流道分布示意图(图10)可以看出，常规规整填料盘表面汽液流道22形成不了较为完整的汽液封闭流道，规整填料层中上下两盘规整填料的衔接处的汽液流道接口通道不规整，影响了每盘规整填料的气液体初始分布，使预期的规整填料效率降低。

技术实现要素：

为了解决常规规整填料存在的问题，进一步提高规整填料的传质效率，并降低规整填料塔的操作压降，本实用新型提出了一种用于填料塔的规整填料，该自分布规整填料由多层规整填料盘相互上下叠加组合而成，填料盘的几何结构规整，相邻的自分布规整波纹填料单片15的自分布填料波纹11相互交叉，其直径与传质塔的内径相匹配，具体参见自分布规整波纹填料单片图(图5)、自分布规整波纹填料单片组装图(图6)、自分布规整填料盘间汽液流道示意图(图7)、自分布规整波纹填料单片过渡带表面结构示意图(图8)、自分布规整波纹填料单片主传质区表面结构示意图(图9)、自分布规整填料盘面汽液流道分布示意图(图11)。以上图中涉及的标记号说明：自分布填料波纹11、主传质区12、上过渡带13、下过渡带14、自分布规整波纹填料单片15、自分布规整填料盘间汽液流道16、过渡带水平线槽17、过渡带垂直线槽18、过渡带刺孔19、主传质区线槽20、主传质区分布孔21、自分布规整填料盘面汽液流道23、主传质区填料波纹角度β、过渡带填料波纹角度γ、过渡带宽度h、过渡带填料波纹角度旋转半径R，其中，主传质区填料波纹角度β为主传质区填料波纹与填料盘水平方向的角度、过渡带填料波纹角度γ为过渡带填料波纹角度与填料盘水平方向的角度；自分布规整填料盘间汽液流道16表示为上下不同填料盘中对应的两波纹填料单片15上的自分布填料波纹11形成的汽液通道形状，以及上下不同填料盘对应的两波纹填料单片15上的自分布填料波纹11的连接状况；自分布规整填料盘面汽液流道23为同一填料盘内两个自分布规整波纹填料单片15叠加，在两个规整波纹填料单片15上平面和下平面实现波峰对波谷，所形成的椭圆形通道，表示自分布规整填料盘表面的汽液流道形状。

本实用新型涉及的一种用于填料塔的规整填料的技术方案如下：

一种用于填料塔的规整填料，其特征是：自分布规整波纹填料单片15自上而下依次轧制或冲制出上过渡带13、自分布填料主传质区12和下过渡带14；自分布填料的上过渡带13和下过渡带14表面轧制出井字形的凹凸的过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18，过渡带水平线槽17与填料盘高度方向成90°，过渡带垂直线槽18与填料盘高度方向成0°；主传质区填料波纹角度β为30°～60°，上过渡带13和下过渡带14区域内的过渡带填料波纹角度γ由主传质区填料波纹角度β的30°～60°平滑旋转过渡至90°。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是填料过渡带宽度h为5～45mm，填料过渡带区域的填料波纹11的形状为圆形的一部分，填料过渡带宽度h决定过渡带填料波纹角度旋转半径R。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是上下两盘自分布规整填料盘间汽液流道16平滑连接，填料盘间填料波纹衔接的角度为180°。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是自分布填料上过渡带13和下过渡带14的表面凹凸的过渡带水平线槽17深度为0.4～1.0mm，过渡带水平线槽17深度比过渡带垂直线槽18深度为0.2～0.5mm，过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18的宽度均为0.5～3mm。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是自分布填料的上过渡带13和下过渡带14表面轧制出的凸起部位中心的过渡带刺孔19，过渡带刺孔19的平均直径为0.3～1.5mm。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是自分布填料主传质区12表面轧制形成两条相交的凹凸的主传质区线槽20，并设置主传质区分布孔21，主传质区分布孔的孔径为3～6mm，开孔率为主传质区12面积的5～10％。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是自分布填料的主传质区12表面两条相交的凹凸的主传质区线槽(20)，一条线槽的角度与位于主传质区的自分布填料波纹11的角度一致，另一条线槽的角度与前一条线槽成镜像对称，对称轴为填料盘高度方向，主传质区线槽20深度为0.5～1.5mm，主传质区线槽20宽度为1.5～4mm。

所述的一种用于填料塔的规整填料，其特征是自分布规整填料的材料为金属、或非金属，优选金属材料，自分布规整波纹填料单片15的材料厚度为0.05～0.3mm。

本实用新型的具体说明如下：

自分布规整填料由多层规整填料盘相互上下叠加组合而成，填料盘的几何结构规整，相邻填料单片的自分布填料波纹11相互交叉，其直径与传质塔的内径相匹配，自分布规整填料的填料盘高范围为200～300毫米，填料比表面积范围为200～700m²/m³。

本实用新型为了提高填料塔的传质效率、降低操作压降所采取的的措施：将规整填料单片表面的波纹的轧制形状由斜直线改为S型线，参见自分布规整波纹填料单片图(图5)；提高液相在规整填料盘初始分布阶段，即自分布规整波纹填料单片15的上过渡带13及下过渡带14的持液量措施，强化汽液两相的接触时间，改善规整填料表面液膜的连续状况、覆盖率、均匀程度；强化液膜喘动，提高液膜更新速率；规范自分布规整填料盘面汽液流道23，参见自分布规整填料盘面汽液流道分布示意图(图11)，实现规整填料盘间液相准连续流动。详细说明分析如下：

在降低规整填料塔的操作压降方面：自分布规整填料将规整填料片表面的波纹的轧制形状由斜直线改为S型线自分布规整波纹填料单片15，设置了波纹角度上过渡带13和下过渡带14，其余的中间部分为主传质区12，自分布填料的主传质区12波纹线依然为斜直线；另外，由于波纹角度上过渡带13和下过渡带14的设计，使自分布规整填料盘间汽液流道16的自分布填料波纹11的衔接角度为180°，自分布规整填料盘间汽液流道16由两个自分布规整波纹填料单片15构成，连续平滑的气液流道降低了规整填料塔的操作压降。具体参见自分布规整波纹填料单片图(图5)、自分布规整波纹填料单片组装图(图6)、自分布规整填料盘间汽液流道示意图(图7)

在提高规整填料的实际传质面积及分离效率方面：自分布填料的上过渡带13和下过渡带14表面设置了过渡带水平线槽17、过渡带垂直线槽18、过渡带刺孔19等表面结构，在操作过程中利用毛细润湿作用，将自液体分布器的各个孤立的液体分布点，通过自分布规整填料的过渡带表面凹凸及刺孔结构的毛细润湿性展开形成液膜，同时提高了规整填料过渡带表面的滞液量及液膜分布均匀性，同时强化液相与气相间的气液两相传质，参见自分布规整波纹填料单片过渡带表面结构示意图(图8)；自分布规整填料的主传质区12，具有主传质区线槽20和主传质区分布孔21等结构特征，增加了传质面积，引导了液体分布，强化了液膜喘动，提高了液膜更新速率，参见自分布规整波纹填料单片主传质区表面结构示意图(图9)；自分布规整填料的过渡带13和下过渡带14表面凹凸及刺孔结构实现了液体填料内部多次自分布。

自分布规整填料的加工。自分布规整波纹填料单片切割加工过程，以填料单片15的波纹的峰顶或谷底作为填料单片中部的定尺切割基准点，自分布规整波纹填料单片15采用双端同时切割加工工艺，同时调控规整填料盘的高度，确保自分布规整填料组装后的填料盘面汽液流道23形成规则的椭圆气液通道，改善两盘填料之间的气液相流动状况，具体参见自分布规整填料盘面汽液流道分布示意图(图11)。自分布规整填料盘面汽液流道为规则的椭圆通道分布，使规整填料盘之间气液两相均容易实现连续操作状况，规整填料表面液体流动状况改善，填料的分离效率提高。

采用本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料的加工及使用方法设计生产出的自分布规整填料，与目前市售常规规整填料产品相比，传质效率提高，通过填料水力学试验测试等比较发现，在相同的气液相负荷的条件下，使用本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料比市售常规规整填料的分离效率提高5～12％，操作压降降低8～15％。

本实用新型的自分布规整填料用于高分离效率、高沸点、热敏性物质的精馏分离操作，由于填料层分离效率的提高，填料层高度可以降低，传质塔的压降可以进一步降低，使塔釜操作温度显著降低，取得了良好的应用效果。

附图说明

图1-常规规整填料产品图；

图2-常规规整填料单片图；

图3-常规规整填料单片组装图；

图4-常规规整填料盘间汽液流道示意图；

图5-自分布规整波纹填料单片图；

图6-自分布规整波纹填料单片组装图；

图7-自分布规整填料盘间汽液流道示意图；

图8-自分布规整波纹填料单片过渡带表面结构示意图；

图9-自分布规整波纹填料单片主传质区表面结构示意图；

图10-常规规整填料盘面汽液流道分布示意图；

图11-自分布规整填料盘面汽液流道分布示意图；

图1、图2、图3、图4、图10中涉及的填料为常规规整填料，其中涉及的标记号说明：1-常规规整填料单片、2-常规整填填料波纹、3-常规整填填料盘间汽液流道、22-常规规整填料盘面汽液流道。

图5、图6、图7、图8、图9、图11中涉及的填料为自分布规整填料，其中涉及的标记号说明：11-自分布填料波纹、12-自分布填料主传质区、13-上过渡带、14-下过渡带、15-自分布规整波纹填料单片、16-自分布规整填料盘间汽液流道、17-过渡带水平线槽、18-过渡带垂直线槽、19-过渡带刺孔、20-主传质区线槽、21-主传质区分布孔、23-自分布规整填料盘面汽液流道、α-常规规整填料片波纹角度、β-主传质区填料波纹角度、γ-过渡带填料波纹角度、h-过渡带宽度、R-过渡带填料波纹角度旋转半径。

具体实施方式

实施例1：

以正庚烷和正己烷混合溶液为测试介质，采用规整填料性能测试塔，分别对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料及市售常规规整填料的流体力学及分离性能进行测试比较，具体参见图1～图11。涉及测试的规整填料塔的直径为1400mm，材质为304，规整填料装填高度为5100mm，在规整填料段上方配备液体分布器，液体分布器喷淋点数约220点/m²，液体分布器在规整填料表面单位面积内液体分布液量差为3.3％，规整填料塔塔釜规整填料段底部与塔釜气相进口之间设置气体分布装置。

参与测试的规整填料分别为本实用新型公开的自分布规整填料及市售常规规整填料，填料的直径为1400mm，盘高为300mm，填料的比表面积为200m²/m³，规整填料盘相互叠加装填。

自分布规整填料上过渡带13和下过渡带14表面轧制出井字形的过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18，过渡带水平线槽17与填料盘高度方向成90°，过渡带垂直线槽18与填料盘高度方向成0°，过渡带水平线槽17槽深度为1.0mm，过渡带水平线槽17的深度比过渡带垂直线槽18的深度深0.5mm，过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18的宽度均为3mm，上下过渡带刺孔19的平均直径为1.5mm，上过渡带13和下过渡带14的宽度(h)均为45mm。

自分布填料主传质区12表面的填料波纹角度β为30°，过渡带表面的填料波纹角度γ逐步由30°调整至90°，上下两层规整填料盘间汽液流道16平滑连接，角度约180°。

自分布规整填料的主传质区轧制出两条相交凹凸的主传质区线槽20，一条线槽的角度与位于主传质区的自分布填料波纹11的角度一致，另一条线槽的角度与前一条线槽以填料盘高度方向成镜像对称，主传质区线槽20深度为1.5mm，主传质区线槽20宽度为4mm，主传质区表面的主传质区分布孔(21)按一定的间距均布，分布孔孔径为6mm，开孔率为主传质区面积的10％。

自分布规整填料采用不锈钢材料,用于加工自分布规整波纹填料单片15材料的厚度为0.3mm。

通过对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料及市售常规规整填料的流体力学及分离性能的测试比较发现，在相同的规整填料高度、测试设备及工艺条件下，市售的比表面积为200m²/m³的低压降规整填料的每米规整填料的理论板数为2.1，使用本实用新型公开的比表面积同为200m²/m³的自分布规整填料的分离效率提高了5％，操作压降降低15％。

实施例2：

以正庚烷和正己烷混合溶液为测试介质，通过规整填料性能测试塔，分别对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料的及市售常规规整填料的流体力学及分离性能进行测试比较，具体参见图1～图11。涉及测试的规整填料塔的直径为1400mm，材质为304，规整填料装填高度为5000mm，在规整填料段上方配备液体分布器，液体分布器喷淋点数150点/m²，液体分布器在规整填料表面单位面积内液体分布液量差为1.5％，规整填料塔塔釜规整填料段底部与塔釜气相进口之间设置气体分布装置。

参与测试的规整填料分别为本实用新型公开的自分布规整填料及市售常规规整填料，规整填料的直径为1400mm，盘高为200mm，填料的比表面积为700m²/m³，规整填料盘相互叠加装填。

自分布规整填料上过渡带13和下过渡带14表面轧制出井字形的过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18，过渡带水平线槽17与填料盘高度方向成90°，过渡带垂直线槽18与填料盘高度方向成0°，过渡带水平线槽17槽深度为0.4mm，过渡带水平线槽17的深度比过渡带垂直线槽18的深度深0.2mm，过渡带水平线槽(17)和过渡带垂直线槽(18)的宽度均为0.5mm，上下过渡带刺孔(19)的平均直径为0.3mm，上过渡带13和下过渡带14的宽度h均为5mm。

自分布填料主传质区12表面的填料波纹角度β为60°，过渡带表面的填料波纹角度γ逐步由60°调整至90°，上下两层规整填料盘间汽液流道16平滑连接，角度约180°。

自分布规整填料的主传质区轧制出两条相交凹凸的主传质区线槽20，一条线槽的角度与位于主传质区的自分布填料波纹11的角度一致，另一条线槽的角度与前一条线槽以填料盘高度方向成镜像对称，主传质区线槽20深度为0.5mm，主传质区线槽20宽度为1.5mm，主传质区表面的主传质区分布孔21按一定的间距均布，分布孔孔径为3mm，开孔率为主传质区面积的5％。

自分布规整填料采用铝材料,用于加工自分布规整波纹填料单片15材料的厚度为0.05mm。

通过对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料的及市售常规规整填料的流体力学及分离性能的测试比较发现，在相同的规整填料高度、测试设备及工艺条件下，市售的比表面积为700m²/m³的低压降规整填料的每米规整填料的理论板数为7.1，使用本实用新型公开的比表面积同为700m²/m³的自分布规整填料的分离效率提高了8％，操作压降降低9％。

实施例3：

以正庚烷和正己烷混合溶液为测试介质，通过规整填料性能测试塔，分别对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料的及市售常规规整填料的流体力学及分离性能进行测试比较，具体参见图1～图11。涉及测试的规整填料塔的直径为1400mm，材质为304，规整填料装填高度为5060mm，在规整填料段上方配备液体分布器，液体分布器喷淋点数250点/m²，液体分布器在规整填料表面单位面积内液体分布液量差为2.2％，规整填料塔塔釜规整填料段底部与塔釜气相进口之间设置气体分布装置。

参与测试的规整填料分别为本实用新型公开的自分布规整填料及市售常规规整填料，规整填料的直径为1400mm，盘高为220mm，填料的比表面积为510m²/m³，规整填料盘相互叠加装填。

自分布规整填料上过渡带13和下过渡带14表面轧制出井字形的过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18，过渡带水平线槽17与填料盘高度方向成90°，过渡带垂直线槽18与填料盘高度方向成0°，过渡带水平线槽17槽深度为0.7mm，过渡带水平线槽17的深度比过渡带垂直线槽18的深度深0.3mm，过渡带水平线槽17和过渡带垂直线槽18的宽度均为1.2mm，上下过渡带刺孔19的平均直径为0.9mm，上过渡带13和下过渡带14的宽度h均为15mm。

自分布填料主传质区12表面的填料波纹角度β为47.5°，过渡带表面的填料波纹角度γ逐步由47.5°调整至90°，上下两层规整填料盘间汽液流道16平滑连接，角度约180°。

自分布规整填料的主传质区轧制出两条相交凹凸的主传质区线槽20，一条线槽的角度与位于主传质区的自分布填料波纹11的角度一致，另一条线槽的角度与前一条线槽以填料盘高度方向成镜像对称，主传质区线槽20深度为1mm，主传质区线槽20宽度为2mm，主传质区表面的主传质区分布孔21按一定的间距均布，分布孔孔径为5mm，开孔率为主传质区面积的8％。

自分布规整填料采用不锈钢材料,用于加工自分布规整波纹填料单片15材料的厚度为0.1mm。

通过对本实用新型公开的一种用于填料塔的规整填料的及市售常规规整填料的流体力学及分离性能的测试比较发现，在相同的规整填料高度、测试设备及工艺条件下，市售的比表面积为510m²/m³的低压降规整填料的每米规整填料的理论板数为4.2，使用本实用新型公开的比表面积同为510m²/m³的自分布规整填料的分离效率提高了12％，操作压降降低8％。

本实用新型公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变结构设计等环节实现。本实用新型公开和提出的技术方案已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本

技术实现要素：
、精神和范围内对本文所述的技术、设备进行改动或适当变更与组合，来实现本实用新型技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。