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    金屬絲網波紋填料及其在化工生產中的應用
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    金屬絲網波紋填料及其在化工生產中的應用

    2019-07-13      閱讀:
    金屬絲網波紋填料是重要的高效精密型填料之一, 文章闡述了填料的發展歷程, 性能和金屬絲網波紋填料塔塔內件的選用, 并介紹了金屬絲網波紋填料在化工生產中的應用。

    綜 述
     
    塔器作為煉油、石油化工、精細化工、食品、醫藥、等行業重要的單元設備, 廣泛應用于精餾、吸收 、 、洗滌 、傳熱等單元操作中,其投資一般占投資總額的 20 %左右 , 有些甚至高達 50 %, 因此塔器的研究一直是國內外學者普遍關注的的重要議題[ 1] 。塔器按其結構劃分可分為板式塔和填料塔兩大類。在 20 世紀 70 年代以前, 板式塔因其流體力學和傳質模型比較成熟、數據可靠、結構簡單、造價較低、適應性強、易于放大等特點而一直處于地位。70 年代以后 ,由于世界性能源危機的出現 , 促使填料塔技術有了長足的發展。特別是規整填料及新型塔內件的不斷開發應用和理論研究的深入, 使填料塔的放大技術有了新的突破。美國學者 Fair 教授在 20 世紀 90 年代指出近十年蒸餾裝置的新動態是氣液接觸的填料塔逐步取代板式塔;規整填料作為低壓降下具有高傳質效率的裝置倍受青睞2 。蒸餾英國阿斯頓大學的 K .E . Porter 教授認為規整填料在大型塔器中開始廣泛應用是塔填料、塔內件及填料的綜合技術進入一個新階段的標志[ 3] 。金屬絲網波紋填料作為規整填料的代表性產品 ,在 20 世紀 60 年代由瑞士蘇爾壽公司研制成功 。1965 年在化工廠次使用即取得很好成效[ 4 ,5 ,6] 。同時 , 因其與其它塔器相比, 具有比表積高、分離效率高、壓降低、持液量少、適宜于分離難分離物系及熱敏性物系等點 ,工業應用日益擴大,并引起了世界各大公司的關注 。美國格利奇公司,德國蒙茨公司[ 7, 8] ,美國科克(Koch)公司 、日本住友公司先后加入至絲網波紋填料的應用開發, 理論研究和應用推廣銷售行列[ 9 ~ 12] 。經過 40 多年的發展 ,金屬絲網波紋填料成為規格、品種齊全的重要的高致密性填料之一。在精細化工、香料、醫藥等行業得到廣泛的應用。
     
    2 金屬絲網波紋填料和其它填料的比較
     
    化學工業中使用比較廣泛的金屬填料主要有拉西環填料,鮑爾環 ,階梯環, 矩鞍環填料及絲網波紋填料 , 其特性數據(部分)見表 1[ 13] 。
     
    拉西環因其亂堆時填料間易產生架橋 , 造成液體的偏流、溝流、股流、壁流及填料持液量大、壓降大 、氣體通量小等缺點 ,而逐漸被淘汰。鮑爾環和階梯環分別在拉西環、鮑爾環的基礎上發展而來 ,而金屬矩鞍環填料更是綜合開孔型填料和一般矩鞍型填料的結構特點集中了開孔型填料和矩鞍型填料的點 。因此 ,它們在性能上比各自原型填料均有很大改進。有文獻記載,鮑爾環與拉西環相比, 在相同壓降時,處理能力增加 50 %以上;在相同處理能力時 , 壓降減小一半;相同材質及相同尺寸時, 相對效率高 30 %左右[ 14] 。階梯環與鮑爾環相比, 在相同液體噴啉密度時 , 泛點氣速度較鮑爾環提高 10 %~ 20 %; 相同氣速 , 壓降低 30 %~ 40 %, 傳質系數較同規格鮑爾環高 5 %~ 10 %;操作彈性大, 階梯環液氣比(L/G)在 0 ~ 0 .5 范圍內均可維持塔的操作[ 15] 。曾經有研究人員對 Dg50 和 Dg38 兩種規格的國產金屬環矩鞍、金屬階梯環、金屬鮑爾環填料的泛點氣速和液體噴啉密度關系及填料壓降與氣速關系進行比較研究 ,結果表明 , 氣體通量以金屬環矩鞍填料大 ,金屬階梯環次之, 金屬鮑爾環小 , 壓降以金屬環矩鞍填料低, 金屬階梯環次之, 金屬鮑爾環高[ 16] 。
    金屬絲網波紋填料及其在化工生產中的應用
    金屬絲網波紋填料由垂直排列的波紋絲網條片(絲徑直徑為 0 .10 ~ 0 .25mm , 絲網為 80 ~ 40 目)組成盤狀規整填料, 每盤填料高度約 40 ~ 300mm 。波紋方向與塔軸傾角為 30°或 45°, 相鄰兩片波紋方向相反 ,填料盤外側箍圈可以有翻邊 ,以防壁流。上下相鄰兩盤旋轉 90°裝填 。因此, 與鮑爾環 ,階梯環, 金屬環矩鞍等散裝填料相比 ,金屬絲網波紋填料具有比表面積大、孔隙率高、分離效率高、重量輕、氣相通路傾角小、氣相通路有規則、壓力損失小填料壓降低、徑向擴散良好、氣液接觸充分等點, 在工業上得到了廣泛的應用。

    塔內件是填料塔的組成部分, 它與填料及塔體共同構成這一個完整的填料塔。所有塔內件的作用都是為了使氣液在塔內地接觸, 以便發揮填料塔的大效率和大生產能力。故塔內件選用的好壞直接影響填料性能的發揮和填料塔的性能, 即要求選用與塔填料相匹配的塔內件。對于金屬絲網波紋填料來說,選用以下塔內件較為合適 。
     
     
    液體分布器作為重要的塔內件, 對填料塔性能的影響大, 故選擇合適匹配的液體分布器對填料塔的設計是至關重要的。金屬絲網波紋填料塔液體分布器的選用一般遵循以下原則:1.足夠的淋液點(dpd), 一般而言, 填料的比表面積愈大, 淋點密度愈高 ;規整填料的淋點密度大于亂堆填料, 環形填料大于鞍形填料;2.必須保證淋點分布的幾何均勻性及各淋點流量的均勻性 ;3.根據生產需要選擇合適的操作彈性,以滿足不同工況的需要;4.有足夠的氣流通道面積,以避免局部液泛 。一般來說, 二級槽式液體分布器結構簡單, 升氣通道均勻 , 自由截面積大 ,占塔空間大 , 常用于 1m 以上塔器;單級槽式液體分布器結構緊湊, 槽間相互連接 , 液體分布均勻,多用于 0 .25 ~ 1m 塔或塔空間受限制 ;盤式液體分布器一般使用于中小流量液體分布的填料塔;排管液體分布器常用于中等以下液體負荷, 多作塔頂回流液體分布器。
     
    3 .2  填料支承裝置
     
    常用的填料支承裝置有兩種:一種為支承柵板,其柵條下端呈鋸齒形 ,以便液體由齒尖均勻流下;另一種為波紋填料梁型支承裝置, 它用厚 6 ~ 10mm ,高100 ~ 200mm 金屬板壓成的 70 ~ 125Y 型板波紋填料塞焊組成波紋填料梁 ,在兩個波紋填料間的連接柵條上設置相同型號的填料 ,其結構如同柵梁, 支承梁與填料形成一個完善的填料盤, 它在起到填料支承裝置作用的同時 ,還具有傳質和氣體分布作用 。
     
    3 .3  氣體進料及分布裝置
    對于小塔徑規整填料塔 , 氣相進料分布對對塔性能影響不大,大塔徑規整填料塔, 氣相進料分布狀況對塔性能的發揮有著較大的影響。
     
    塔徑小于 2 .5m 的填料塔可采用簡單的進氣及分布裝置,如氣相直接進塔或具有緩沖檔板的簡單進料裝置和孔管式氣體進料分布器。當塔徑大于 2 .5m 時,應采用底部敞開式氣體進口管 , 管端封口作為緩沖檔板, 它有中間緩沖檔板型和氣體雙進口管型等結構形式 ,能起到良好的氣體分布效果 。

    4 金屬絲網波紋填料在化工生產中的應用
     
    金屬絲網波紋填料已經在日;どa中 , 如產品精制分離,舊塔改造中獲得廣泛的應用 ,且效果明顯,現舉兩個例子予以說明。
     
    4 .1  三聚甲醛精制
     
    采用金屬絲網波紋填料塔分離提純三聚甲醛產品獲得成功 ,純度大于 99.7 %,雜質含量小于 300 × 10-6 ,提高了產量和生產能力 ,降低了能耗。
     
    4 .2  己二胺/二胺基環己烷的分離
     
    己二胺/二胺基環己烷的的分離 ,原來用瓷環及波紋板填料進行真空精餾 , 分離效果差 。精餾后制得尼龍為二級品,現用金屬絲網波紋填料塔 ,收率提高 20 %,精餾產品制得尼龍為一級品 。
     
     
     
     
     

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