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    金屬波紋填料在廢油處理中應用的研究
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    金屬波紋填料在廢油處理中應用的研究

    2019-07-05      閱讀:
    摘要:文章主要對其結構特征進行剖析,并對波紋板在油液處理過程中的作用原理進行分析。通過兩種油水分離材料進行真空脫水試驗,真空脫水一次中,金屬波紋板的脫水率為79.12‰較傳統折疊絲網脫水率高21%,證明金屬波紋填料對廢油真空脫水有良好的效果。后通過兩種不同規格的金屬波紋板填料進行真空脫水試驗,證明比表面積較大的350Y波紋板填料在廢油脫水中并不于比表面積較小的250Y金屬波紋板填料。

    近年來,規整填料特別是金屬波紋填料的應用范圍不斷擴大,其主要原因為化工、精細化工及石油化工的蓬勃發展,要求提供高效率、低阻力、低持液量和大通量的塔器及設備,節能和均需要低阻力、高效率的塔器及設備。大型塔器的技術改造尤其是真空和中壓蒸餾更需要金屬波紋板填料。由此提出在真空條件下,應用金屬波紋填料來提高油液處理效果。
    本文主要討論了金屬波紋填料的結構特征與其在油液中的應用,分析了金屬波紋板作為一種填料在真空環境下對油液凈化的機理j驗證了金屬波紋填料在廢油的真空脫水過程中具有良好的作用。后通過兩種不同金屬波紋板填料在真空濾油中的應用得知,比表面積較大的350Y波紋板填料在廢油脫水中并不于比表面積較小的250Y金屬波紋板填料。
     
    1金屬波紋填料的結構特征與液流特性
    1.1幾何結構特征
    波紋填料一般由厚約0.2mm金屬板片制成。板片上沖有小孑L,開孔率約10%。小孔的作用一方面增加氣體的橫向混合,另一方面可使液體在小孑L處分流,促使液體分布更均勻。其中小孔開孔孔徑對不同傾角的波紋材料,其流體性能有不同的變化。板片上還有碾壓的,可使液體對填料表面的潤濕性能好,可使液體在板片上形成許多薄的液膜,從而有利于傳質。板片上還具有一定傾角的波紋片,波紋與塔軸線的傾角一般有45。和30。兩種。這些波紋板片組裝成圓柱形的填料盤,相鄰波紋片的波紋方向相反,這樣在填料內部形成許多相互交叉對稱的傾斜通道。相鄰的填料盤相互緊密貼合,并互成900交錯安裝在塔內。金屬波紋填料是由波紋片組裝而成,在每個波紋片面中都有一定的傾角都是一個局部斜面。如圖l中的M、N等。相鄰波紋斜面的交線,如AA 7、BB 7、CC’等為紋棱。屯為波紋傾角,£為相鄰波紋斜面間的頂角,一般在750-90。之間。自紋棱上任意一點0沿波紋斜面作A 7B’的垂線并交于Q點,OQ線在水平面上的投影為RQ線。OQ線與RQ線的夾角為8,此角即為波紋斜面與水平面的二面角。
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    1.2液滴在波紋面上的流動軌跡
     
    填料塔液體分布性能直接影響塔的傳質效果I捌,長期以來一直受到重視。波紋板規整填料是由一些垂直排列的波紋板片組裝而成,波紋板片的波紋棱與塔軸線成一斜角。填料中兩相鄰板片波紋棱傾斜方向相反,形成一系列相互交錯的傾斜通道。這些傾斜通道在波紋棱上接觸,產生一個個通道接觸點。把兩相鄰板片間的通道和通道接觸點抽象成一個由網線和網線交叉點(稱為節點)構成的平面節點網,一盤填料(又稱填料單元)被簡化成一個由這些相互平行的平面節點網構成的立體節點網。由此可以畫出液滴在立體節點網中的分布軌跡。見圖2。
     

    金屬波紋填料在廢油處理中應用的研究
    從圖2中可以看出,在同一板片由液體流速的橫向梯度引起的橫向質量傳遞以及相鄰兩板片在波紋交叉接觸點處產生混合。從而使液體的流率與濃度均勻分度,從而能提高填料的分離效率。
     
    2金屬波紋填料對油液處理的作用分析真空濾油機是廢油處理得一種常用的設備。因此本文以真空濾油機為例對金屬波紋填料的應用進行分析。真空濾油機在工作時,影響廢油脫水的兩個主要因素是真空度和油水分離材料。但分離室中真空值越低,真空泵的數量或功率要有所增加,這在實際生產中是不可取的。因此選擇合適的油水分離材料來提高真空脫水效率尤為重要。
     
    2.1從真空分離角度上分析填料的選擇規整填料是繼散堆填料之后在近20余年來發展的高效新型填料,國外有許多品種。對規整填料,散堆填料的生產能力與分離效率的比較是比較困難的,這
     
    必須在佳填料塔設計的生產能力和效率之間比較其差異。流動參數即關聯液體流量的壓力的影響。
     
    它的物理意義是液體動能與氣體動能之比的平方根。流動參數FP用式(1)表示:
    即=L/y(p。,pz)1 72 (1)
     
    式中:FP動參數;L、弘液、氣相質量通量,kg/(m2•S);p。、P 2-液、氣相密度,kg/m3。流動參數低(<0.03)是典型的真空或低液流鼉操作;流動參數高(>0.3)是典型的高壓或高液流量操作?捎昧鲃訁惦,比較填料塔中不同填料的生產能力和效率。試驗所用散堆填料為50及63mmNutter環,規整填料為Intalox ZT,均為佳設計,試驗數據表明f4】:
     
    (1)FP為0.02—0.1。規整填料比散堆填料的效率約高50%;當FP從0.02增至0.1,規整填料比散堆填料的生產能力高的點。從高30%~40%下降為零。
     
    (2)FP為0.1~0.3。規整填料與散堆填料有十分相似的生產能力;當FP從o.1增加為o.3,規整填料比散堆填料的效率,從高50%降為20%。

    (3)即為0.3—0.5。散堆填料和規整填料的效率和生產能力隨流動參數的上升而下降;規整填料的生產能力和效率下降較快,散堆填料的生產能力和效率下降較慢;在FP為0.5,壓力2758kPa,散堆填料的效率和生產能力高,規整填料差。
     
    一般油液處理要經過除水、脫氣、除雜質等程序。雜質的一般通過多級機械過濾即可達到要求。而油液中的水分和氣體分離多次也較難達到理想程度。高效真空濾油機的基本原理是:將分離塔內抽真空從而降低油中水分的沸點,能夠在較低溫度下達到油水分離的目的。一般在真空環境下,其流動參數較低(<0.03),規整填料比散堆填料的效率約高50%,因此在真空濾油機分離塔中采用規整填料要于散堆填料。
     
    2.2從分離能力及經濟角度上分析填料的選擇
     
    填料的分離能力并不代表其經濟性。為此,Billet教授引入了單位分離能力的填料重量(w7)和單位分離能力的填料表面積07)的概念。幾種填料的分離能 力的比較列于表l。
    金屬波紋填料在廢油處理中應用的研究
    由表1可見,規整填料比散堆填料分離能力大,而單位分離能力的填料重量較低,這說明規整填料比散堆填料經濟。但體現規整填料分離能力的比表面積并不比散堆填料小,這就說明規整的幾何形狀及薄板材料使其比表面積大。同一種類型的填料,比表面積大者相應的分離能力也大,而費用也高。同時比表面積大的填料要求液體分布點多,分布器性能好,這也增加了造價。一般推薦使用中等比表面積的填料,如250Y型金屬孔板波紋填料使用較廣。
     
    2.3從壓降角度分析填料的選擇
    真空精餾,尤其是高真空精餾,塔頂壓力不能降低到壓力為零的界限。另外,還要受到冷凝器中冷卻介質、真空泵、經濟塔徑和塔底允許溫度等限制,所以選用每塊理論板的壓力降盡可能低的高效填料比較理想。適用于真空精餾要求的塔器中不但要求分離效率高,而且需要每塊理論板壓降/JxlS]。
     
    真空濾油機對廢油進行油水分離的過程屬降膜蒸發,在油中水分蒸發過程中會產生大量的水蒸
    汽,對于真空濾油機尤其是雙級真空濾油機而言,通人油液后其分離塔塔頂的真空值一般在1800~2100Pa之間,如果填料通氣量差的話,大量的水蒸汽勢必會影響塔底的真空值,從而影響到廢油的處理效果。
     
    若要使理論板壓降值減小,應盡量做到:塔軸方向的空隙率大;用能使液體往塔徑方向迅速擴散的填料;蒸汽通路接近塔軸方向;制成比表面積大的結構形式。而規整波紋填料由于板片上還有碾壓的,可使液體對填料表面的潤濕性能好,可是液體在板片上形成許多薄的液膜。此外,填料規整裝填,使蒸汽通道保持一定形狀,以便蒸汽擴、縮產生的“形狀”阻力小。從表2中主要列出填料的規格與性能作為對比從圖中看出規整波紋填料的理論板壓降較散裝填料的壓降要低很多,顯然,波紋填料是當前適用于真空條件下應用的塔填料[6-81。

    3金屬波紋填料在含水廢油處理中的試驗分析
     
    3.1試驗設備及裝置
     
    試驗設備與裝置如圖3,主要有三個部分組成:ZL一5S雙級高效真空濾油機;試驗工作臺(包括MMT一330微水儀、真空計、秒表等);油箱。
    其中ZL一5S雙級高效真空濾油機工藝流程如圖4所示。該系統主要由顆粒過濾裝置(粗濾芯與精濾芯)、加熱裝置(加熱器)、油液輸送裝置(進油泵與出油泵)、油水分離裝置(高效真空分離塔)、真空裝置(泵、羅茨泵)和相關測量裝置(流量計、真空計、壓力表、溫度表)等組成。先開啟真空泵后待分離室中的真空度到達-0.08MPa時,再開啟羅茨泵繼續抽真空至-0.096MPa左右,開啟進油閥同時開啟加熱器,一般加熱器溫度控制在60℃左右。油液經過進油閥一粗濾器—進油泵一多級紅外加熱器一真空室一粒式分離器一高效膜式分離一出油泵一精濾器終排出,而水分則通過真空泵從抽出。

    3.2試驗設計
     
    試驗的基本步驟為:(1)填料裝塔:取兩種不同的油水分離材料。取2層高度為均為lOOmm的250Y金屬波紋填料填入真空分離室中;某公司在濾油機中所用的傳統折疊絲網材料制成的塔板總高度為340mm。(2)初始油樣的測定:取含水變壓器油至一長為60cm,寬46cm的于燥塑料油箱中,利用MMT一330微水儀測定其中含水量為91mg/L。(3)油樣真空過濾:先抽真空至真空度為-0.096MPa時,再開啟進油泵與出油泵并在兩個事先準備好的干燥油箱中5次。其中每一次后,在取樣口取適量的油樣,用MMT-330微水儀測定其中的含水量。取兩種不同規格的金屬波紋板填料,2層高度為均為100ram的250Y,350Y填料,填入真空濾油機中進行油微水測定。
     
    3.3試驗結果與分析
     
    3.3.1折疊絲網與250Y波紋板填料真空脫水試驗對比對于真空濾油機,要分離效率高,一是要在有限的真空罐內形成的油膜總面積越大越好,其次是油膜表面要不斷更新,再就是油液的薄膜狀態在真空中流動時間越長越好,以及分離塔板的氣通性要好,易于脫除水蒸汽。先,受熱的油液經過真空分離罐上方的噴霧式分配器將熱油均勻的噴射到上層分離塔板,當剛經加熱而沸騰待凈化的壓力油液經霧化分配器噴人汽一液分離上方時,先在金屬波紋填料上方空間得到霧狀分離。由于進油端霧化分配器的作用。很易形成比常規顆粒更細的均勻霧狀,緊接著油液被均勻地分配到上層金屬板片上,板片上有碾壓的,可使液體對填料表面的潤濕性能好,使液體在板片上形成許多薄的液膜。在保持高真空度的罐內,油中水分和氣泡易得到揮發,再因表面是傾斜的,使油液在不斷向下流動的同時,有可能伴有翻滾攪拌作用。使油液表面不斷得到更新。分離效果在同一斜面上就處于佳狀態,又由于板片上沖有小孑L的從而增加了氣體的橫向混合,也可使液體在小孔處分流,促使液體分布更均勻。因而在不整機體積情況下,其總面積可到常規結構的250%以上。曲折的金屬波紋板結構,使油流路徑復雜且延長,從而使油膜在真空中保持時間大為增加,使油中水分與氣體的分離效果大大提高。
     
     
    從圖5中可以看出,含水變壓器油經過一次后,油中的水分大大減少,先是因為當油溫被加熱到60℃左右,此時真空室中的真空值在1000Pa左右,而此溫度下的水的飽和蒸汽壓為20000Pa,從而使得水分暴沸。其次是油在大比表面積的金屬波紋板上,大大增加了油中水的傳質傳熱,這樣更有益水分的蒸發。同時金屬波紋填料的氣通性較好,使得水蒸汽易被真空泵抽出,在水蒸汽上升的同時,也增加了氣液問的傳質傳熱。在接下來的幾次處理中水分含量變化平緩,主要是此時水分子與油分子結合較緊密,但在曲折的波紋板面上,油中的水分還是有一定的下降。
    金屬波紋填料在廢油處理中應用的研究
     
     
    圖5與圖6對比可以看出:金屬波紋填料的真空脫水效果要于傳統折疊絲網。尤其是在一次中金屬波紋板的脫水率為79.12%,傳統的折疊絲網的脫水為58.29%。兩層波紋填料的高度為200mm,而傳統折疊絲網材料制成的塔板總高度為340ram。所以波紋填料要比傳統的折疊絲網要節約材料,并且利用金屬波紋填料也可縮減分離室的空間。

    3.3.2 250Y與350Y波紋板填料真空脫水試驗對比
     
    通過圖7可知:兩種波紋板填料對含水廢油進行脫水試驗對比發現,比表面積較大的350Y波紋板填料在廢油脫水中并不于比表面積較小的250Y金屬波紋板填料。應用250Y金屬波紋板填料在一次脫水中,廢油中含水量還有20mg/L,應用350Y金屬波紋板填料后,油中的含水量為39meCL。主要原因是350Y金屬波紋板填料雖然比表面大一些,但通氣量較250Y填料要差很多,使得水蒸汽不易被真空泵抽出,并且在塔內也出現大量的氣泡。
    4小結
     
    (1)金屬波紋填料結構的特殊設計,使得廢油在真空條件下得到高效的處理。
     
    (2)金屬波紋板片上的小孔增加了氣體的橫向混合,也可使液體在小孑L處分流,促使液體分布更均勻。金屬板片上碾壓的,可使液體對填料表面的潤濕性能好,使液體在板片上形成許多薄的液膜。
     
    (3)金屬波紋填料具有壓降低,效率高、重量輕、省材料等點,是一種性能良的填料。
     
    (4)金屬波紋填料與傳統折疊絲網制成的塔板相比,其真空脫水效果要于傳統折疊絲網。
     
    (5)250Y與350Y金屬波紋板填料對含水廢油進行脫水試驗對比發現,比表面積較大的350Y波紋板填料在廢油脫水中并不于比表面積較小的250Y金屬波紋板填料。
     
     
     
     
     

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