專利名稱：一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料的制作方法
—種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料本發(fā)明涉及填料技術(shù)領(lǐng)域，主要用于同分異構(gòu)體及同位素等精密體系的精餾、吸收或化學(xué)交換，具體地說是一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料。同分異構(gòu)體和同位素等精密精餾體系分離系數(shù)小，分離難度大，高純度提取常需要幾百甚至幾千塊理論板。國內(nèi)外普遍采用金屬絲網(wǎng)繞成的狄克松或Θ環(huán)顆粒填料作為其核心傳質(zhì)組件，該填料屬于一種散堆填料，其優(yōu)點(diǎn)是傳質(zhì)效率高，但顯著缺點(diǎn)是壁流溝流現(xiàn)象嚴(yán)重，阻力降大，不易于放大，最大使用塔徑小于100mm，塔數(shù)(級數(shù))多，流程復(fù)雜，持液量大，系統(tǒng)平衡時間長等。例如，以色列威茲曼研究院5kg/y的水精餾裝置由28個Φ20-100πιπι直徑塔串并聯(lián)而成，均采用0 2mmX2mm規(guī)格的磷青銅絲織狄克松填料，由于系統(tǒng)持液量過大，18O平衡時間長達(dá)480天，17O平衡時間更是長達(dá)950天。同樣，以色列Rotem公司在運(yùn)行的60kg/y180水精餾裝置，主要采用狄克松填料，裝置串并聯(lián)塔達(dá)幾百根，工藝相當(dāng)復(fù)雜。上世紀(jì)七十年代，瑞士 Sulzer公司開發(fā)一種CY-700型絲網(wǎng)波紋填料，經(jīng)表面處理成功用于H20/D20重水體系的分離。該填料屬于一種規(guī)整填料，中等比表面積(500-700m2/m3)的絲網(wǎng)波紋填料與散堆填料相比，汽液相流道規(guī)則化，持液量小，通量大，成膜均勻，但傳質(zhì)效率不高；高比表面積絲網(wǎng)波紋填料雖然傳質(zhì)效率提高，但幾乎有與散堆填料一樣的缺點(diǎn):持液量大(尤其是雙層或多層絲網(wǎng)或經(jīng)表面處理的填料)，液膜表面更新差，自分布性能差，導(dǎo)致阻力降大，處理能力小，不易于放大及規(guī)?；a(chǎn)。例如清華大學(xué)對900Y，1100Y，1700Y，2500Y四種高比表面積的絲網(wǎng)波紋填料進(jìn)行了系統(tǒng)的傳質(zhì)性能和流體力學(xué)性能研究，同樣操作條件下，比表面積增加，傳質(zhì)效率增加，但填料阻力降增加幅度更大，2500Υ型填料阻力降很高，而且傳質(zhì)效率較低；天津大學(xué)硼同位素研究裝置，青海光明化工廠重水裝置，上?；ぱ芯吭?8O水精餾裝置以及13C研究裝置，江蘇華益公司18O水精餾裝置，均部分塔采用顆粒填料，部分塔采用絲網(wǎng)波紋填料，或采用兩種填料復(fù)合裝填方案，但受制于填料持液量大，阻力降大，放大效應(yīng)明顯，通量小等因素，單套裝置實(shí)際生產(chǎn)能力僅10-15kg/y，與目前美國CIL最大單套125kg/y180水精餾裝置相比，技術(shù)水平相差甚遠(yuǎn)。絲網(wǎng)波紋填料用于同分異構(gòu)體及同位素體系的精餾，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)主要采取增大比表面積，采用雙層或多層網(wǎng)，以及表面處理等技術(shù)措施強(qiáng)化毛細(xì)作用，片面追求提高填料的傳質(zhì)性能，但鮮有從創(chuàng)新填料結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化液體分布成膜等角度，顯著改善填料阻力降和通量等流體力學(xué)性能及放大性能?！案咝У咦琛钡奶盍戏蛛x技術(shù)已成為制約2H, kiBZ3CZ8O,32S等同位素及重要同分異構(gòu)體實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的重要技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)的絲網(wǎng)波紋填料液體波紋通道為等腰三角形，波峰及波谷最末端均為尖角過渡連接，波峰波谷處存在大量的死區(qū)積液，且不易更新，導(dǎo)致填料效率下降；大量增加持液而導(dǎo)致填料阻力降大，且平衡時間長。另一方面，傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料，同一盤填料采用同一峰高的波紋片交錯排列拼接而成，對于高比表面積或經(jīng)表面處理的情況下，孔隙率非常小，窄小的波紋通道內(nèi)由于強(qiáng)烈毛細(xì)作用，“攔液現(xiàn)象”非常嚴(yán)重，盤間液體的分布性能幾乎缺失，導(dǎo)致阻力降成倍上升。本發(fā)明的目的就是針對上述傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料的缺陷，提出一種新型填料結(jié)構(gòu)，有效消除“死區(qū)積液”和“攔液現(xiàn)象”，強(qiáng)化液體微觀成膜，減少持液，增強(qiáng)盤間液體自分布性能。提供一種阻力降小，傳質(zhì)效率高，易于放大的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料。本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，由多個圓柱體形狀的圓盤填料依次上下疊加而成，所述每個圓盤填料由若干片以單層或雙層金屬絲網(wǎng)為基材，經(jīng)模具沖壓成等腰梯形的波紋絲網(wǎng)片依次交錯排列，所述波紋絲網(wǎng)片的波峰與波谷最末端采用直邊平滑連接，所述波紋絲網(wǎng)片根據(jù)峰高不同，但波紋頂夾角相同分為大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片，所述大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片按一定片數(shù)比例組合排列在一起構(gòu)成圓盤填料。所述波紋絲網(wǎng)片截面的波紋頂夾角為60-85°，波峰與波谷最末端直邊長度為
0.2-2.0mm。所述每個圓盤填料中的小波紋絲網(wǎng)片峰高值為1.0-4.0mm，大波紋絲網(wǎng)片峰高值為1.5-6.0mm，小波紋絲網(wǎng)片數(shù)與大波紋絲網(wǎng)片數(shù)之比例值為20: 1-1: I。所述波紋絲網(wǎng)片上的波紋通道與垂直方向成30-45°傾角，所述相鄰兩波紋絲網(wǎng)片的波紋通道成90°夾角。所述上下相鄰兩個圓盤填料以30-90°旋轉(zhuǎn)角度疊放。所述波紋絲網(wǎng)片采用不銹鋼、黃銅、磷青銅或鋁金屬材質(zhì)制成。所述波紋絲網(wǎng)片表面上開有若干個直徑為3.0-5.0mm孔，開孔總面積占波紋絲網(wǎng)片表面積的6-10%。所述每個圓盤填料直徑為25-1500mm,盤高為20_200mm。所述網(wǎng)波紋填料用于同分異構(gòu)體精餾、同位素精餾或化學(xué)交換或者特種熱敏化工物系的精密精餾塔。本發(fā)明提出的異峰絲網(wǎng)波紋填料液體波紋通道為等腰梯形，波峰及波谷最末端采用微小直邊實(shí)現(xiàn)相鄰波紋的平滑連接，能有效消除波峰與波谷出死區(qū)積液，液體在填料表面均勻成膜，且不斷被汽相擾動而快速更新，填料效率大幅提高，且持液量顯著減少。本發(fā)明提出同一圓盤中，采用兩種不同峰高的波紋片按一定的片數(shù)組合比例交錯排列，拼接成所需直徑的圓盤，塔內(nèi)上下相鄰兩盤填料的波紋方向呈30-90°角度疊放，能有效地消除“攔液現(xiàn)象"，形成高性能的盤間液體分布狀態(tài)，在保證填料高傳質(zhì)效率的前提下，減少持液，減少填料層阻力降。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料采用“等腰梯形”結(jié)構(gòu)的液體波紋通道，能顯著消除波峰及波谷處的死區(qū)積液，液體在填料表面均勻成膜，且實(shí)現(xiàn)充分的表面更新，同比表面積的填料傳質(zhì)效率能提高30%以上，填料積液減少30%以上。2、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料，同一盤中采用兩種峰高波紋片按一定片數(shù)組合比例拼接而成，能有效地消除填料“攔液現(xiàn)象”，增大孔隙率，大幅提高盤間液體自分布性能，尤其是具有高比表面積或表面處理的填料，在保證同樣高的傳質(zhì)效率前提下，流體力學(xué)性能顯著改善，填料壓力降減少30% -50%以上，同塔徑流體通量增加30% -50%以上。3、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料，用于同分異構(gòu)體或同位素體系的分離，同規(guī)模生產(chǎn)能力條件下，所用塔級數(shù)減少30%以上，系統(tǒng)平衡時間縮短40% -50%以上。4、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料，用于同分異構(gòu)體或同位素體系的分離，可以簡化工藝，縮短流程，易于放大，顯著降低分離裝置投資，節(jié)約能耗。5、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料，用于熱敏性化學(xué)中間體高真空精餾，由于填料積液減少，可大幅縮短熱敏物系在系統(tǒng)中停留時間，保證產(chǎn)品質(zhì)量不受到損壞。6、本發(fā)明所公開的異峰金屬絲網(wǎng)波紋填料，由于波峰波谷采用微小直邊平滑連接相鄰波紋，可以克服傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料因波峰波谷為尖角結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致絲網(wǎng)容易被模具沖壓斷裂現(xiàn)象，明顯降低填料的材料消耗。

圖1:為現(xiàn)有的波紋絲網(wǎng)片的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:為本發(fā)明的波紋絲網(wǎng)片的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3:為本發(fā)明的圓盤填料的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4:為本發(fā)明的相鄰兩波紋絲網(wǎng)片的外表面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5:為本發(fā)明的多個圓盤填料的組裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:α為波紋頂夾角，h為峰高，β為波紋傾角，m為波峰波谷直邊長度。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明:實(shí)施例1:如圖2-4所示，以絲徑為0.12mm的80目不銹鋼絲網(wǎng)為基材,沖有直徑
4.0mm的孔,開孔率為8%,用模具沖壓成波紋頂夾角α =80° ,波紋傾角β = 45° (即:波紋通道與垂直方向成45°傾角)，波峰波谷直邊長m = 0.6mm,峰高分別為h + = 3.0mm,h±= 4.0mm兩種等腰梯形的大、小波紋絲網(wǎng)片；然后按小波紋絲網(wǎng)片數(shù)/大波紋絲網(wǎng)片數(shù)為15:1的組合比例，切割拼接成直徑500mm，盤高120mm的異峰波紋填料，代替峰高均為
3.5mm, α =80°，β =45°的傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料,用于叔戍基苯/仲戍基苯同分異構(gòu)體的分離，異峰絲網(wǎng)波紋填料的分離效率提高近30%，阻力降減少近35%。實(shí)施例2:如圖2-4所示，以絲徑為0.15mm的80目磷青銅絲網(wǎng)為基材,沖有直徑
3.0mm的孔,開孔率為8%,用模具沖壓成波紋頂夾角α =75° ,波紋傾角β =30° ,波峰波谷直邊長m = 0.6mm,峰高分別為h + = 3.5mm, h±= 4.0mm兩種等腰梯形的大、小波紋絲網(wǎng)片；然后按小波紋絲網(wǎng)片數(shù)/大波紋絲網(wǎng)片數(shù)為10: I的組合比例，切割拼接成直徑600mm，盤高150mm的異峰波紋填料，經(jīng)表面處理后，代替用同樣規(guī)格磷青銅絲網(wǎng)為基材，峰高均為3.5mm，α =75°，β =30°且經(jīng)表面處理的傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料，用于H20/D20同位素體系的分離，兩者分離效率大致相同的情況下，本發(fā)明異峰絲網(wǎng)波紋填料單位體積的持液量減少近一半，阻力降減少近30%以上。
實(shí)施例3:如圖2-4所示，以絲徑為0.15mm的60目不銹鋼絲網(wǎng)為基材，沖有直徑4mm的孔,開孔率為10%,用模具沖壓成波紋頂夾角α =85° ,波紋傾角β =30° ,波峰波谷直邊長m = 0.7mm,峰高分別為h小=4.0mm, h±= 5.0mm兩種等腰梯形的大、小波紋絲網(wǎng)片；然后按小波紋絲網(wǎng)片數(shù)/大波紋絲網(wǎng)片數(shù)為5: I的組合比例，切割拼接成直徑1000mm,盤高200mm的異峰波紋填料,代替峰高均為4.5mm, α =85°，β =30°的傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料，用于維生素E的分離提取，由于持液量少，液體停留時間大幅縮短，精餾后的維生素E產(chǎn)品不再有損壞變黃的現(xiàn)象發(fā)生，產(chǎn)品品質(zhì)明顯改善。實(shí)施例4:如圖2-4所示，以絲徑為0.085mm的100目不銹鋼雙層絲網(wǎng)為基材，沖有直徑3.5mm的孔，開孔率為10%，用模具沖壓成波紋頂夾角α =75°，波紋傾角β =45° ,波峰波谷直邊長m = 0.4mm,峰高分別為h + = 2.5mm, h±= 3.0mm兩種等腰梯形的大、小波紋絲網(wǎng)片；然后按小波紋絲網(wǎng)片數(shù)/大波紋絲網(wǎng)片數(shù)為5: I的組合比例，切割拼接成直徑400mm，盤高IOOmm的異峰波紋填料，代替用同樣規(guī)格不銹鋼雙層絲網(wǎng)為基材，峰高均為2.5mm，α = 75°，β =45°傳統(tǒng)絲網(wǎng)波紋填料，用于13C同位素體系的分離，在具有幾乎相同的傳質(zhì)效率情況下，本發(fā)明填料的阻力降明顯下降，系統(tǒng)平衡時間大為縮短。本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:由多個圓柱體形狀的圓盤填料依次上下疊加而成，所述每個圓盤填料由若干片以單層或雙層金屬絲網(wǎng)為基材，經(jīng)模具沖壓成等腰梯形的波紋絲網(wǎng)片依次交錯排列，所述波紋絲網(wǎng)片的波峰與波谷最末端采用直邊平滑連接，所述波紋絲網(wǎng)片根據(jù)峰高不同，但波紋頂夾角相同分為大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片，所述大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片按一定片數(shù)比例組合排列在一起構(gòu)成圓盤填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述波紋絲網(wǎng)片截面的波紋頂夾角為60-85°，波峰與波谷最末端直邊長度為0.2-2.0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述每個圓盤填料中的小波紋絲網(wǎng)片峰高值為1.0-4.0mm，大波紋絲網(wǎng)片峰高值為1.5-6.0mm，小波紋絲網(wǎng)片數(shù)與大波紋絲網(wǎng)片數(shù)之比例值為20: 1-1: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述波紋絲網(wǎng)片上的波紋通道與垂直方向成30-45°傾角，所述相鄰兩波紋絲網(wǎng)片的波紋通道成90°夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述上下相鄰兩個圓盤填料以30-90°旋轉(zhuǎn)角度疊放。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述波紋絲網(wǎng)片采用不銹鋼、黃銅、磷青銅或鋁金屬材質(zhì)制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述波紋絲網(wǎng)片表面上開有若干個直徑為3.0-5.0mm孔，開孔總面積占波紋絲網(wǎng)片表面積的6-10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述每個圓盤填料直徑為25-1500mm，盤高為20_200mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，其特征在于:所述網(wǎng)波紋填料用于同分異構(gòu)體精餾、同位素精餾或化學(xué)交換或者特種熱敏化工物系的精密精餾塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及填料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種低阻高效異峰絲網(wǎng)波紋填料，由多個圓柱體形狀的圓盤填料依次上下疊加而成，所述每個圓盤填料由若干片以單層或雙層金屬絲網(wǎng)為基材，經(jīng)模具沖壓成等腰梯形的波紋絲網(wǎng)片依次交錯排列，所述波紋絲網(wǎng)片的波峰與波谷最末端采用直邊平滑連接，所述波紋絲網(wǎng)片根據(jù)峰高不同，但波紋頂夾角相同分為大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片，所述大波紋絲網(wǎng)片和小波紋絲網(wǎng)片按一定片數(shù)比例組合排列在一起構(gòu)成圓盤填料。本發(fā)明能有效消除“死區(qū)積液”和“攔液現(xiàn)象”，強(qiáng)化液體微觀成膜，減少持液，增強(qiáng)盤間液體自分布性能。具有阻力降小，傳質(zhì)效率高，易于放大等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01J19/32GK103157428SQ201310117940
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者伍昭化, 伍子杰 申請人:伍昭化