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高效填料中的波纹填料发展动向
2019-06-24 阅读：次
波纹填料可以分成丝网波纹填料和孔板波纹填料。 金属波纹填料特别适合于沸点相近的和热敏 性物 系的真空精馏 , 世界上已有近千座 网波填料工 化塔, 大直 径达 4 米 t ’ 6 , `” , 据国外评论 , 当塔底压力 03 毫米汞柱 以下时 , 金属 网波纹 填料从经 济上 r 也比鲍尔环 合理。 但是它存在着网材贵, 忌堵塞和怕 腐蚀等缺陷 , 所以推广范围毕竞有一定 的局限性。 为 了扩大波纹填料蒸馏吸收各方面的应用 , 经济_ L 达到代替鲍尔环和某些板式塔, 瑞士苏尔士公司和 美国科克公司近 几年又研 究了新的板 波纹填料 和塑料网波纹 填料 。 1 9 7 8 年 日本住友公司也正式开始销售板式波纹填料塔
1 . 板式波纹填料 “
散堆填料与规则填料相 比除了效率低, 阻力降穴外, 值得注意的是散堆填料塔放大问题是令人烦恼的。 但是在规则填料情况下 , 沿着塔截面均匀地引人液体, 流体横向混合好 , 与散堆填料相比沟流和壁流现象很少, 所以放 * 问题容易解决。
( 1 ) 金属或塑料板波纹填料
在 国外该填料称为 M e l a p a k 填料, 美国称为 lF e 石 p a c 填料 , 其儿何形状及组装方式与金属丝 网波纹填料相似, 波 纹板上 打有小孔, 波纹 峰高等于 或者大于 B X 型金 属丝网波纹填料 , 空隙率较大, 与国内过 去使用的板波纹填料 有所不同。 该填料的型号和几何尺寸列于表 5 , 填料可以分块拼装成 整盘。
蒸馏 中试塔径 3 . 3 英尺 , 2 5 0 Y 型填料 , 填料高度 51 英尺 , 用管式初始分布器 , 每 5 平方英寸一个分布点、 役有申间再分布器 。 试验混合物选用顺 / 反蔡烷和氯苯/ 乙苯 , 在全回流条件下测定不向操作压力和流量的等板高度及压力 降 ( 图 1 ) 。 图 1 表明 2 05 Y 型填料的性能比鲍尔环有 莉。 鲍尔环 填料数据取 自各文献值。 板波纹填料的等板高度 H E T P 约为鲍尔环的一半 , 每英尺填料的压力降约为鲍尔环的一半。此外它能够在比鲍尔环约高 05 % 负荷下运转。
近几 年来, 气体吸收塔已经使用 M o l a p a k 填料。 5 0 : 和 N H 3’ 吸收效率测定和计算结果绘于图 2 。 板波纹填料与鲍尔环相比, 传质单元 高度在液 体负荷 为61 . 4 加仑 / 分• 英尺, 时大
约减小8 0吮, 液体负荷 为52 加仑 /分• 英尺: 时 大约减小 05 % , 其原因是板波纹填料的比表面积为鲍尔环的两倍, 同时还提供良好的气流径向混 合。
测定 N H 3 / H : O 休系的传 质单元高度为 10 一 13 英寸。 1 52 Y 型板波纹 填料与 2 英寸聚丙烯鲍尔环相 比, 吸收效率相 当或者好些 , 压力 降为 告, 不易堵塞。 板波纹填料具有 节省和不易堵塞的点。
前述比较表 明, 板波纹填料于通用 的鲍尔环 :
a . 负荷大约提 高 50 % , 效率较好。
q . 通量相同时, 等板 高度约低 丢到 告。
c . 每块理论板的庄力降降低到原来的 告至告, 几个 月内节省的能耗便能偿还改造安装的费用 。
d . 塔径 10 英寸的 2 50 Y 型板波纹填料的效率与塔径 3 , 3 英尺 的相同 , 放 大效应不明显。
e , 无死角区, 污染敏感差。
板波纹填料等板 高度通 常 1 一 1英3 寸6 , 通量较大。
( 2 ) 陶瓷板波纹填料 仁2 0 一 2 , ’
该填料称为 K e r a aP k , 类似 B X 型网波填料, 由高机械强度的薄壁波纹陶瓷片制成。 其效率与网波纹填料相同 , 但压力降高达 2 倍。 这种填料耐腐蚀 ( 除浓的无机酸外 ) 耐温 , 适于热器和催化剂载体等。
2 . 网波纹 填料
金属网波纹填料的研究 和应用 已有专文报导 , 此处不再赘述 , 简 单叙述一下塑料网波纹和金属网波纹用于 节省蒸馏能耗情况。
( )1 塑料网波纹 填料「“ “ ’
该填料 由聚丙烯线和聚丙烯睛线织成的网制成, 具有良好 的耐酸和耐碱性能 , 使用温度上限 08 ℃ , 特别 适用于水的混合物和吸收过程。 由于 丝网异的毛细作用 , 即使液体负荷低也完全润湿填料表面。
塑料网波纹填料的精馏 试验是在直径 2 05 毫米 中试塔进 行的, 填料 B X 型 , 试验混合物选用顺 / 反禁烷和水 / 重水 ( H : o / D : O ) , 试验结果 表明 , 塑料网波纹 填料与金 属网波纹填料相比, 效率相同, 压力降增加 50 % , 成本便宜。
图 3 给 出纯水和 2 M H CI 溶液吸收氨的填料性能。 进塔气体氨的浓度变化范围为 7 05 ~
4 0。。 毫克/ 标准米“ , 此时分离能力不变。 特别重要的是液体负荷很小情况下, 传质单元数也很高。
图 4 给出吸 收二氧化硫测定 的结果。 吸收塔入 口 二氧化硫浓度范围 1 7 0 0 一 7 0 0 0 毫克 / 标谁米吕。 因为二氧化硫在水中的溶解度很小 , 故需把液体负荷提高到 2 2米“ /米 “ • 时。
对比试验选择 5 0 义 5 0 这种尺寸的鲍尔环 的依据是要与塑 料网波纹填料的气体负荷相仿 ,每米 压 力近似, 从 而使 单位 流体 所 消耗的相 同 , 以 便 有 可能直接 比
降 试验结果说明 ,气体负荷和庆 力降相同情况下, 塑料网波填料与 5 0 丫 5 0 鲍尔环相比 ,能力大 4~ 8 倍, 而且 允许液体负荷进一步下降, 在给定 的条件下不存在设备放大问题。
从传质过程来看 , 塑 料网波纹填料与一般散堆填料不同, 填料润湿性好,而几乎戍为常数。 通过选择适当传 质体系可以消除单相分阻力,从而测定气 / 液边的传质系数或者气 / 液边的传质单元 高度, 后得出如下传质方 程式:
该式说明在不同流体 和介质下填料的性能。 图 3 和图 4 的曲线 表明, 对于吸收氨和二 氧化硫 , 按方程式 ( 2 ) 计算值与实验值之间的一致性非常好。 在温度不高的吸收液量小的情况
每年操作 8 0 0 0小时 , 进 料 2 0 0 0公斤 /时 ,
理论 板数6 5块; 压缩 比2 . 1 4 ; 蒸汽成本 8 0 0 0 日元 /吨。
与通常方法相比每年操作费相差为 92 百万 日元。 新建装置时, 如果装置折旧 期限按 7 年计算, 那末它们之间操作费用之差达 2 亿 日元, 所以热泵方法有利。
据不 完全统计, 迄今为止国内应用的金属网波填料塔有 1 02 座以上 , 大塔直径达 1 . 2米 ,已经初步掌握了网波填料塔放大的关键技 术。 近上海化工研究院在塑料网波纹填料用于吸收、 板式波 纹填料用 于 C O : 解吸和 氟化氢回 收方面 均取得 良好效果。 国内波纹填料 的研究和应用见文献〔2 8 , 2 9〕, 此处从略。
除 了阶梯环和波纹填料外, 网孔格栅 〔 3 。 ’ 、 共扼环 〔 ’ ` ’ 、 金属 I n t a l o x 〔 “ , ’ 和 C h e m p a k 〔 “ 。 ’ 等新型填料的进展也值得注意。
美 国传质公 司采用价值分析技术制成的阶梯环 , 在几何结构、 材质和表面处理方面有共之处, 工业上 已广泛使用 。 瑞士 苏尔士公司和美国科克公司 的新型板波纹 填料 ( 与国 内过去使用的板波纹相比, 结构有所改进 ) 和塑料网波纹填料比金属网波纹填料经济、 适应性弧、用 途更广。 阶梯环和新型板式波纹 填料均属适于一般传质过程的量大面广的通用 填料, 性能于其它散堆填料, 因此国外发展迅速, 收效显著, 集 中反映了七十年代的技术水平。 特别值得重视的是它们近的发展趋 向, 即代 替拉西环 、 鲍 尔环 、 鞍形 填料、 部分板式塔及节省蒸馏吸收的能耗。
鉴于如上的调 查与分析, 上海化工研究院继金属网波填料之后又研制了阶梯环、 塑料网波填料和 新型板波纹填料, 开始测定基本性能和试用, 期望将来工业上取得更快的进展。
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