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高效规整填料性能和应用
2019-07-17 阅读：次
1 前言
随着现代化工生产的发展 ,对蒸馏、吸收等塔设备提出了新的要求。生产能力大 ,压力低 ,传质效率高的新型高效规整填料分离技术 ,可为生产化工产品带来巨大的经济效益。80年代国外开始广泛应用规整填料 ,为促进国内外各种新型高效填料在我国更广泛应用把蒸馏、吸收、等单元操作的分离效率和生产能力提高到更高的水平 ,本文对规整填料及其主要性能作扼要介绍。
2 规整填料介绍
规整填料是在塔内按均匀几何图形排布、整齐堆砌的填料。它能实现每个理论级的压力降小 ,故可降低塔底物料温度而节能 ,尤宜用于需多级分离和热敏物系的分离。 同时 ,它能克服散堆填料的液体随机流动 ,使液体趋向均布。 实践证明规整填料在大型塔中已应用成功。
规整填料的结构形式有板波纹填料、格栅填料和丝网填料等 ,而主要为板波纹类型。新型规整填料有瑞士 Sulzer 公司的金属丝网波纹填料 ( Sulzer packing )和金属孔板波纹填料 ( Mellapak )波纹填料 ,美国 Koch公司的 Flexipac、美国Glitsch 公司的 Gem pak、德国 M ontz公司的Mo ntz填料等。这些都是波纹形填料 ,由厚约0. 2m m的金属板片制成。 板片上冲有小孔 ,开孔率约 10% ,其主要作用是增加气体的横向混合和液体的均匀分布。 板上还有碾压的或麻点 ,以液体对填料表面的润湿性。板片后冲压成有一定倾角的波纹片。波纹与塔轴线的倾角通常有两种 , X 型为 30度; Y 型为 45度。 X 型比 Y 型阻力小 ,但效率较低 ,制成的波纹片组装成圆柱状填料盘。组装时相邻波纹片的波纹方向相反 ,以在填料盘内部形成许多相互交叉对称的规则倾斜用 通道 ,提供大量的气液接触表面积 ,有利于气液均布和充分接触。相邻的填料盘紧密贴合 ,并互成 90度交叉安装在塔内 ,促进气体的径向混合。 国外高效规整填料的主要类型与规则见表 1。
2. 1 Ka tamax 和 Flexipac
Ka tamax 是 Koch公司的性金属丝网型规整填料 ,其传质效果佳 ,已成功地应用于反应蒸馏。 此填料的流道分布有序而压力降很低 ,流道相交 ,有利于上升蒸气的混合和径向分布 ,并使液相下降。它代表一种而专有的方法 ,适用于使用固相催化剂的气液相反应蒸馏。此填料把固相催化剂暴露 ,与反应液流相接触 ,有佳的传质和传热特性。其结构可使固相催化剂滞留在滤网的封闭单元中 ,液体通过时很方便 ,每个封闭单元由二层平行的卷曲滤网组成 ,约 0. 09m2 ,其边缘密封。 滤网的目数有利于催化剂与液体良好接触 ,滤网的卷曲处增加了每层周边的长度 ,从垂直方向偏转一定角度 ,提供气液流动通道的空间 ,并可改变填料的生产能力。较大的卷曲高度使生产能力提高 ,但减少了传质表面积。此填料的气液负荷量很大 ,液相负荷可达 50m3 /m2 h,气相动能 F (气速×气体密度1 /2 )达 2. 5m / s kg /m3
Flexipac 为波纹板金属填料 , 填料上带有小孔和沟槽。 其传质效率和生产能力与 Ka tamax 很近似。 这二种填料传质效率与生产能力的性能曲线形状相同 , 而数据则 Ka tamax 比 Flex ipac稍高[1 ]。在典型的液体负荷操作范围内 ,它们装催化剂的接触效率均大于 75% 。 Flexipac和 Sulzer规整填料的性能参数见表 2。
在炼油厂 C3 /C4 分离塔的汽提段 ,用 In-talox 2T 规整填料代替浮阀 , 操作压力 2M Pa,其 HE TP为 450m m,使生产能力提高 25% 。Inta lox 2T 规整填料用于 C5 分馏塔 ,操作压力 2M Pa, HE TP为 430m m,表明该填料在高压下应用亦已取得成功。
Flexipac 为波纹板金属填料 , 填料上带有小孔和沟槽。 其传质效率和生产能力与 Ka tamax 很近似。 这二种填料传质效率与生产能力的性能曲线形状相同 , 而数据则 Ka tamax 比 Flex ipac稍高[1 ]。在典型的液体负荷操作范围内 ,它们装催化剂的接触效率均大于 75% 。 Flexipac和 Sulzer规整填料的性能参数见表 2。
2. 2 Flex eramic
Flexeramic陶瓷规整填料耐硫酸、盐酸、氯化物、硝酸、醋酸、溴和氯。 1988年开始使用 ,其生产能力高 ,压力降低 ,传质效率较高。它比陶瓷散堆填料的破损小 ,较少污染下游设备。 如 Flexeramic 48型 ,就比 37mm 鞍形填料效率高 ,生产能力比 50mm 鞍形填料高。
2. 3 Gempak[ 3]
1982年 , 美国 Glitsch 公司研究并推出Gempak系列规整填料 ,系带孔波纹网板填料 ,已广泛用于大型炼油厂的分馏塔、苯回收塔和真空精馏塔等。该填料现有五种类型 ,即 Gempak AW、 AL、 AS、 AT 和 BG 系列。 AW和 AL 系列的特点是金属板片表面带有多种尺寸的固定百叶窗缝隙 ,构成重复的形式 ,在专门的应用中提供良的性能。 A L系列特别适用于液气流率低的化学品; AW 系列适用于高真空系统、分离效率高和压力降损失小的场合。
2. 4 Intalox[ 5～ 8]Intalo x 规整填料具有性的表面结构和双波纹片结构 ,强化传质 ,增加生产能力和分离效率。 Nor ton公司 Intalo x 规整填料和其它主要规整填料的有效生产能力、气相动能 F W γ与等板高度 ( HET P)的关联数据见图 1。
对环己烷 /正庚烷系统 ,在全回流操作条件下 ,已证明 ,在 F相同时 , Intalox 规整填料的 HE TP较低 ,即分离效率较高。
在炼油厂 C3 /C4 分离塔的汽提段 ,用 In-talox 2T 规整填料代替浮阀 , 操作压力 2M Pa,其 HE TP为 450m m,使生产能力提高 25% 。Inta lox 2T 规整填料用于 C5 分馏塔 ,操作压力 2M Pa, HE TP为 430m m,表明该填料在高压下应用亦已取得成功。
2. 5 Mellapac[9 ]
Sulzer 公司开发的金属孔板波纹填料( M ella pac ) 有 12 种型号 , 应用较广的有 125Y (X )、 250Y( X)、 350Y( X)、 500Y( X )四种 8个型号 ,其中以 250Y 型应用广。 表 3 为孔板波纹填料的特性数据。 图 2～ 图 5为孔板波纹填料效率和压力降随气体负荷的变化曲线。 由图可见 ,同丝网波纹填料一样 ,分离效率随气体负荷的降低而有所增加 ,压力降有所降低。这类填料的操作弹性很大 ,气液
相负荷在很大范围内变化而不影响其分离效率。
2. 6 BSH[4 ]
Nutter 公司生产 BSH 规整填料 ,它的可膨胀的金属织物结构弥补了金属丝网和片状金属规整填料间的差距。 BSH的织物结构引起的毛细管作用 ,使填料在各种操作条件下具有很高的传质效率。 填料的开口处 可保证填料表面不断更新 ,并让液体流通到 金属片的二边。该填料有各种尺寸 ,其表面积 高达 500m2 /m3 , 可满足任何分离工艺之需。 它典型应用在炼油厂的粗馏塔、反应蒸馏、空气分离和药品精馏塔。
Nutter BSH高效填料与 Nutter的液体分布器等全部蒸馏塔的内件相结合 ,在每台塔内有相当于高的理论塔板数 , 即 HE TP低和对每块理论板低的压力降。在环己烷—正庚烷精馏系统中 ,应用 BSH— 250填料 ,当气相流速 0. 2～ 2m /s,压力 34. 5 和 165. 5k Pa 时 , 其等板高度约 375～ 500m m。 Nutter BSH- 250规整填料气相流速 Fs与 HET P的关联数据见图 6。
2. 7 Sulzer packings[9 ]
金属波纹填料有丝网和孔板二大类 ,每类有多种型号 ,其几何尺寸的差别在于比表面积、水力直径和流道的倾斜角 ,反映在性能上的差别是效率、通量和压降。 比表面积越大 ,用料越多 ,效率也越高; 但压降 ,通量不明显 ,特别适用于精密、大型、高真空精馏装置。
Sulzer 填料由金属丝网制成 ,波纹片有 AX 型、 BX 型和 CY 型三种 ,其中 BX 和 CY 型丝网填料为常用。 图 7, 8为 BX 和 CY型丝网波纹填料效率和压力降曲线 ,图中显示 ,随气体负荷的降低 ,分离效率提高 ,压力降减少。 另外 ,在粘度大于 10- 3 Pa• s时 ,要考虑粘度的增加使压力降有所。 CY 型填料比 BX 型填料理论板数大 1倍 ,但同时压力降增加 ,通量降低 ,成本。
2. 8 China pak
天津市博隆科技开发公司是化工部化学工程设计技术中心站新型填料及塔内件的定点生产单位 ,技术上以天津大学为后盾。1994年该公司推出自行研制开发的产品—Chinapak 规整填料。 China pak 填料是 In-talox 和 Mellapak 填料化组合的产物 ,是Mellapak 型金属孔板波纹填料的换代产品 ,其综合性能于 Intalox 和 M ellapak 填料。该填料的结构及开孔 (缝 )型式 ,使其比同型号的 Mellapak填料比表面增加 8% ～12% ,开孔 (缝 )率比 M ellapak 型填料提高20% ～ 40% 。故该填料的有效传质面积、气液流路、横向扩散能力、抗脏堵能力及刚度等均于 M ella pak填料。 一般而言 ,它比同型号的金属板波纹填料分离效率提高 10% 以上 ,压力降减少约 30% 以上 , 通过能力提高约20% 以上。 Chinapak规整填料的特性参数见表 4。
应用举例: 1994年在吉林化工公司炼油厂催化车间 Υ2200m m的液化气脱硫塔改造中 ,采用 China pak填料 ,一次开车成功 ,经济效益明显。 1995年吉化炼油厂改造溶剂塔 (Υ2200mm )、脱庚烷塔 (Υ2000mm ) ,湛江炼油厂常压稳定塔 (Υ1200m m )和齐鲁石化公司烯烃厂碱洗塔 (Υ2800mm )均采用 Chi-napak填料 ,开车一次成功 ,效果良好。
福建炼油厂脱硫塔原为液 -液筛板塔 ,塔径 Υ1600mm ,开孔率 0. 6% ,因设计负荷偏小 ,不能维持正常生产。技术改造将该塔属更换为天津大学化学工程研究所开发的规整填料 ,并改造其他相应的塔内件。改造后投产 2年余表明 ,脱硫效果达到生产要求。改造前后的数据对比见表 5。
该公司还生产其他各种规整填料 ,如金该公司还生产其他各种规整填料 ,如金铝孔板波纹填料、金属刺孔板波纹填料、金板网波纹填料、塑料孔板波纹填料和塑料丝网波纹填料等 ,品种繁多、性能良。
该公司还生产其他各种规整填料 ,如金该公司还生产其他各种规整填料 ,如金铝孔板波纹填料、金属刺孔板波纹填料、金板网波纹填料、塑料孔板波纹填料和塑料丝网波纹填料等 ,品种繁多、性能良。
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