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高效規整填料性能和應用
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高效規整填料性能和應用

2019-07-17      閱讀:
1  前言
 
隨著現代化工生產的發展 ,對蒸餾、吸收等塔設備提出了新的要求。生產能力大 ,壓力低 ,傳質效率高的新型高效規整填料分離技術 ,可為生產化工產品帶來巨大的經濟效益。80年代國外開始廣泛應用規整填料 ,為促進國內外各種新型高效填料在我國更廣泛應用把蒸餾、吸收、萃取等單元操作的分離效率和生產能力提高到更高的水平 ,本文對規整填料及其主要性能作扼要介紹。

2  規整填料介紹
規整填料是在塔內按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料。它能實現每個理論級的壓力降最小 ,故可降低塔底物料溫度而節能 ,尤宜用于需多級分離和熱敏物系的分離。 同時 ,它能克服散堆填料的液體隨機流動 ,使液體趨向均布。 實踐證明規整填料在大型塔中已應用成功。
規整填料的結構形式有板波紋填料、格柵填料和絲網填料等 ,而主要為板波紋類型。新型規整填料有瑞士 Sulzer 公司的金屬絲網波紋填料 ( Sulzer packing )和金屬孔板波紋填料 ( Mellapak )波紋填料 ,美國 Koch公司的 Flexipac、美國Glitsch 公司的 Gem pak、德國 M ontz公司的Mo ntz填料等。這些都是波紋形填料 ,由厚約0. 2m m的金屬板片制成。 板片上沖有小孔 ,開孔率約 10% ,其主要作用是增加氣體的橫向混合和液體的均勻分布。 板上還有碾壓的細紋或麻點 ,以增強液體對填料表面的潤濕性。板片最后沖壓成有一定傾角的波紋片。波紋與塔軸線的傾角通常有兩種 , X 型為 30度; Y 型為 45度。 X 型比 Y 型阻力小 ,但效率較低 ,制成的波紋片組裝成圓柱狀填料盤。組裝時相鄰波紋片的波紋方向相反 ,以在填料盤內部形成許多相互交叉對稱的規則傾斜用 通道 ,提供大量的氣液接觸表面積 ,有利于氣液均布和充分接觸。相鄰的填料盤緊密貼合 ,并互成 90度交叉安裝在塔內 ,促進氣體的徑向混合。 國外高效規整填料的主要類型與規則見表 1。
高效規整填料性能和應用

 
2. 1  Ka tamax 和 Flexipac
Ka tamax 是 Koch公司的專利性金屬絲網型規整填料 ,其傳質效果極佳 ,已成功地應用于反應蒸餾。 此填料的流道分布有序而壓力降很低 ,流道相交 ,有利于上升蒸氣的混合和徑向分布 ,并使液相下降。它代表一種獨特而專有的方法 ,適用于使用固相催化劑的氣液相反應蒸餾。此填料把固相催化劑暴露 ,與反應液流相接觸 ,有極佳的傳質和傳熱特性。其結構可使固相催化劑滯留在濾網的封閉單元中 ,液體通過時很方便 ,每個封閉單元由二層平行的卷曲濾網組成 ,約 0. 09m2 ,其邊緣密封。 濾網的目數有利于催化劑與液體良好接觸 ,濾網的卷曲處增加了每層周邊的長度 ,從垂直方向偏轉一定角度 ,提供氣液流動通道的空間 ,并可改變填料的生產能力。較大的卷曲高度使生產能力提高 ,但減少了傳質表面積。此填料的氣液負荷量很大 ,液相負荷可達 50m3 /m2 h,氣相動能 F因子 (氣速×氣體密度1 /2 )達 2. 5m / s kg /m3

Flexipac 為波紋板金屬填料 , 填料上帶有小孔和溝槽。 其傳質效率和生產能力與 Ka tamax 很近似。 這二種填料傳質效率與生產能力的性能曲線形狀相同 , 而數據則 Ka tamax 比 Flex ipac稍高[1 ]。在典型的液體負荷操作范圍內 ,它們裝催化劑的接觸效率均大于 75% 。 Flexipac和 Sulzer規整填料的性能參數見表 2。
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2. 2 Flex eramic
 
Flexeramic陶瓷規整填料耐硫酸、鹽酸、有機氯化物、硝酸、醋酸、溴和氯。 1988年開始使用 ,其生產能力高 ,壓力降低 ,傳質效率較高。它比陶瓷散堆填料的破損小 ,較少污染下游設備。 如 Flexeramic 48型 ,就比 37mm 鞍形填料效率高 ,生產能力比 50mm 鞍形填料高。
 
2. 3 Gempak[ 3]
 
1982年 , 美國 Glitsch 公司研究并推出Gempak系列規整填料 ,系帶孔波紋網板填料 ,已廣泛用于大型煉油廠的分餾塔、苯回收塔和真空精餾塔等。該填料現有五種類型 ,即 Gempak AW、 AL、 AS、 AT 和 BG 系列。 AW和 AL 系列的特點是金屬板片表面帶有多種尺寸的固定百葉窗縫隙 ,構成重復的形式 ,在專門的應用中提供優良的性能。 A L系列特別適用于液氣流率低的化學品; AW 系列適用于高真空系統、分離效率高和壓力降損失小的場合。
2. 4 Intalox[ 5~ 8]Intalo x 規整填料具有專利性的表面結構和雙波紋片結構 ,強化傳質 ,增加生產能力和分離效率。 Nor ton公司 Intalo x 規整填料和其它主要規整填料的有效生產能力、氣相動能 F因子 W γ與等板高度 ( HET P)的關聯數據見圖 1。

高效規整填料性能和應用
對環己烷 /正庚烷系統 ,在全回流操作條件下 ,已證明 ,在 F因子相同時 , Intalox 規整填料的 HE TP較低 ,即分離效率較高。

在煉油廠 C3 /C4 分離塔的汽提段 ,用 In-talox 2T 規整填料代替浮閥 , 操作壓力 2M Pa,其 HE TP為 450m m,使生產能力提高 25% 。Inta lox 2T 規整填料用于 C5 分餾塔 ,操作壓力 2M Pa, HE TP為 430m m,表明該填料在高壓下應用亦已取得成功。
 
2. 5 Mellapac[9 ]
 
Sulzer 公司開發的金屬孔板波紋填料( M ella pac ) 有 12 種型號 , 應用較廣的有 125Y (X )、 250Y( X)、 350Y( X)、 500Y( X )四種 8個型號 ,其中以 250Y 型應用最廣。 表 3 為孔板波紋填料的特性數據。 圖 2~ 圖 5為孔板波紋填料效率和壓力降隨氣體負荷的變化曲線。 由圖可見 ,同絲網波紋填料一樣 ,分離效率隨氣體負荷的降低而有所增加 ,壓力降有所降低。這類填料的操作彈性很大 ,氣液
相負荷在很大范圍內變化而不影響其分離效率。

 
2. 6  BSH[4 ]
Nutter 公司生產 BSH 規整填料 ,它獨特的可膨脹的金屬織物結構彌補了金屬絲網和片狀金屬規整填料間的差距。 BSH的織物結構引起的毛細管作用 ,使填料在各種操作條件下具有很高的傳質效率。 填料的開口處 可保證填料表面不斷更新 ,并讓液體流通到 金屬片的二邊。該填料有各種尺寸 ,其表面積 高達 500m2 /m3 , 可滿足任何分離工藝之需。 它典型應用在煉油廠的粗餾塔、反應蒸餾、空氣分離和藥品精餾塔。
高效規整填料性能和應用
高效規整填料性能和應用
Nutter BSH高效填料與 Nutter的專利液體分布器等全部蒸餾塔的內件相結合 ,在每臺塔內有相當于最高的理論塔板數 , 即 HE TP最低和對每塊理論板最低的壓力降。在環己烷—正庚烷精餾系統中 ,應用 BSH— 250填料 ,當氣相流速 0. 2~ 2m /s,壓力 34. 5 和 165. 5k Pa 時 , 其等板高度約 375~ 500m m。 Nutter BSH- 250規整填料氣相流速 Fs與 HET P的關聯數據見圖 6。

2. 7 Sulzer packings[9 ]
 
金屬波紋填料有絲網和孔板二大類 ,每類有多種型號 ,其幾何尺寸的差別在于比表面積、水力直徑和流道的傾斜角 ,反映在性能上的差別是效率、通量和壓降。 比表面積越大 ,用料越多 ,效率也越高; 但壓降增大 ,通量不明顯 ,特別適用于精密、大型、高真空精餾裝置。
 
Sulzer 填料由金屬絲網制成 ,波紋片有 AX 型、 BX 型和 CY 型三種 ,其中 BX 和 CY 型絲網填料最為常用。 圖 7, 8為 BX 和 CY型絲網波紋填料效率和壓力降曲線 ,圖中顯示 ,隨氣體負荷的降低 ,分離效率提高 ,壓力降減少。 另外 ,在粘度大于 10- 3 Pa• s時 ,要考慮粘度的增加使壓力降有所增大。 CY 型填料比 BX 型填料理論板數大 1倍 ,但同時壓力降增加 ,通量降低 ,成本增大。
 
2. 8  China pak
 
天津市博隆科技開發公司是化工部化學工程設計技術中心站新型填料及塔內件的定點生產單位 ,技術上以天津大學為后盾。1994年該公司推出自行研制開發的專利產品—Chinapak 規整填料。 China pak 填料是 In-talox 和 Mellapak 填料優化組合的產物 ,是Mellapak 型金屬孔板波紋填料的換代產品 ,其綜合性能優于 Intalox 和 M ellapak 填料。該填料獨特的結構及開孔 (縫 )型式 ,使其比同型號的 Mellapak填料比表面增加 8% ~12% ,開孔 (縫 )率比 M ellapak 型填料提高20% ~ 40% 。故該填料的有效傳質面積、氣液流路、橫向擴散能力、抗臟堵能力及剛度等均優于 M ella pak填料。 一般而言 ,它比同型號的金屬板波紋填料分離效率提高 10% 以上 ,壓力降減少約 30% 以上 , 通過能力提高約20% 以上。 Chinapak規整填料的特性參數見表 4。
 
高效規整填料性能和應用
高效規整填料性能和應用
應用舉例: 1994年在吉林化工公司煉油廠催化車間 Υ2200m m的液化氣脫硫塔改造中 ,采用 China pak填料 ,一次開車成功 ,經濟效益明顯。 1995年吉化煉油廠改造溶劑再生塔 (Υ2200mm )、脫庚烷塔 (Υ2000mm ) ,湛江煉油廠常壓穩定塔 (Υ1200m m )和齊魯石化公司烯烴廠堿洗塔 (Υ2800mm )均采用 Chi-napak填料 ,開車一次成功 ,效果良好。
 
福建煉油廠脫硫塔原為液 -液萃取篩板塔 ,塔徑 Υ1600mm ,開孔率 0. 6% ,因設計負荷偏小 ,不能維持正常生產。技術改造將該塔屬更換為天津大學化學工程研究所開發的萃取規整填料 ,并改造其他相應的塔內件。改造后投產 2年余表明 ,脫硫效果達到生產要求。改造前后的數據對比見表 5。

該公司還生產其他各種規整填料 ,如金該公司還生產其他各種規整填料 ,如金鋁孔板波紋填料、金屬刺孔板波紋填料、金板網波紋填料、塑料孔板波紋填料和塑料絲網波紋填料等 ,品種繁多、性能優良。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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