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  • 萍鄉化工填料廠生產拉西環、鮑爾環、多面空心球填料,瓷球、陶瓷波紋填料、陶瓷規整填料
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    淺談散裝填料的發展趨勢
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    淺談散裝填料的發展趨勢

    2019-08-02      閱讀:
    摘要 介紹了散裝填料的種類、主要生產廠商、填料的表面處理方法和散裝填 料的應用范圍,分析了散裝填料未來的發展趨勢,并指出散裝填料與其它類型的塔填料 相比,在今后的一段時期仍將占有重要地位。
     
    本世紀初由 FTITZ RASCHING 開發出來的拉西環填料 次實現了填料的標準化, 使石油煉制中的分離過程得到性的改變。直到 60年代大多數的填料塔充填的是拉西環或伯爾鞍形填料(BERL SADDLES)此后隨著對填料塔內流體力學和傳質、傳熱過程研 究不斷加深,大直徑高的填料塔顯示出更多勢來,并有逐漸替代板式塔的趨勢。 美國 G-89-’ 公司已成功地將的散裝填料塔工業化。
    在散裝填料方面,繼 NORTON公司成功地開發了金屬INDEX填料(IMTP)后,許多 公司推出了類似的產品,如NUTTER公司的NUTTER環等。在 PALL環的基礎上,一些公司 推出了網格結構的 NORPAC環和 HIFLOW環,進一步提高了空隙率和通量,并降低了阻力 降。GLITSCH公司則購買了英國傳質公司 ,大力推廣階梯短環 ,其高徑比權為 0.3;,低,在隨機亂堆過程中具有一定程度規則排列的特點,因而阻力降低,通量 大,性能良。塑料填料的種類也很多,rasching公司等還開發了表面親水的塑料填料 ,據稱可以使傳質效率提高20%以上。
    進入60年代后,填料的發展朝著散裝化和規整化兩個方向發展,并顯示出各自 的勢來。KISTER 和BRIERLER分別對各類化工塔器的應用范圍作了詳細比較,他們建 議用流動參數作為塔內件選型的判據。大量的實驗數據和 工程經驗表明,散裝填料在液 - 氣比大的情況下操作時性能于規整填料和塔盤,在液 5 氣比大的吸收和 解析操作,高壓精餾和液-液的情況下,應用散裝填料比較有利,因此,在合成氨 的氣體凈化、石油化工和焦化等領域,散裝填料得到了廣泛的應用 T=U。另外,從化 性能、使耗用材料及生產費用小化的經濟方面來看,現代散裝填料的長處也特別值得 重視。


     散裝填料的分類

    改變填料的幾何和結構可以大幅度地提高相接觸面積,增加空隙率,減小壓降 ,這一點自拉西環的發明后,特別是鮑爾環填料的出現,得到人們的普遍重視。迄今為止, 不同幾何形狀和結構的填料五花八門,其中較少一部分應用于工業上,其余的或是 由于與現有流行產品雷同,或是由于制造費用過高點,在國內許多工業部門中得到采 用。
    近年國內填料生產發展迅速,生產廠家接近百家,但規模都不太大,與國外公 司相比研究開發能力普遍偏弱。其中以東南沿海一帶生產塑料填料主多,江西有不少陶瓷化工填料生產廠。表中列出了部分廠商所生產的一些散堆填料的型號對比。

    散裝填料表面處理

    散裝填料的分類方法有多種,根據幾何形狀和結構來劃分,有以下幾種不同的 種類 B 見表 ! C 。塔填料的研究開發是一個很重要的領域,在此方面從事研究開發的單位,國外有美國的KOCH-GLITSCH公司DALLAS TX化學加 工產品公司雅格公司,德 國 的 公 司 等。國內在此方面有影響力的有清華大學、天 津大學、上;ぱ芯吭旱葐挝。特別是清華大學研制的 ZJ 系列填料,具有傳質效率 高,阻力降小,應用范圍寬,設計彈性大等金屬填料,特別是塑料填料的表面能通常是 很低的,在使用過程中,當液體流經其表面時不容易鋪展形成薄膜,而是形成分散的液 珠或細小溝流,另外也使得填料個體下部難以被有效地潤濕,從而在很大程度上影響了 傳質效率。
     
    如聚乙烯的臨界表面張力是,聚丙烯的臨界表面張力是,高能表 面可使液體在上面鋪展,而低能表面將使液體在上面形成不連續的液體。因此,為了使 溶劑能在所流經的塑料填料表面充分鋪展,填料的表面就需要有足夠的表面能,使填料 表面的臨界表面張力大于溶劑的表面張力。溶劑在塑料填料表面有了良好的鋪展和浸潤 才能有效地進行傳質。另外,在塑料填料表面引入性基團,可以提高填料表面的性 ,同時也能提高其表面張力,這樣更有利于增進溶劑對填料表面的潤濕能力。

    金屬填料的表面處理
     
    金屬填料表面處理的方法有多種,但基本上是在填料表面上形成一層金屬化物的親水性 薄膜。具體的處理方法可以歸為兩類:氧化法和噴涂法。
     
    氧化法有高錳酸鉀法、堿液空氣氧化法、熱空氣氧化法、硫酸磷酸浸泡法、考蘭處理法 等;噴涂法主要要是利用等離子或火焰在金屬填料表面噴鍍上一層多孔陶瓷氧化物薄膜 ,以提高表面能,增加溶液對填料的浸潤性和鋪展性。
     
    塑料填料的表面處理
     
    用物理、化學及物理化學法都可以使塑料填料的表面能得到不同程度的提高,現行的塑 料填料的表面處理有以下幾種方法:
     
    表面粗糙化 用噴砂、磨砂及溶劑浸泡等方法,使填料的表面形成溝槽 或花紋,從而提高表面能,減小接觸角,以利于溶劑對填料的潤濕和鋪展。
     
    化學處理法 化學氧化法是利用化學反應使填料表面形成中性親水層,常用的 方法有液相氧化和氣相氧化兩種。液相法是利用重鉻酸鉀一硫酸溶液或采用其它酸、強 氧化劑對 ’(等塑料表面進行洗滌處理,有去 油、去污等作用,使塑料表面產生性基團,同時也使表面得到一定程度的粗化,與此 同時,表面還發生氧化作用,生成含氧性基團,從而大大改善塑料表面的表面能,改 善表面的潤濕性。另外,還有光化學法。該法是利用紫外線照射高聚物表面而引起化學 變化,發生裂解、關聯和氧化,達到改善填料表面張力的目的。光化學法必須選擇適當 的紫外線波長和光敏劑,才能得到較好的效果。用光化學處理與電暈法處理過的填料表 面潤濕性基本相同。
     
    雖然化學處理方法效果較好,操作方便、經濟,但處理液難以處理,容易對環境造成污 染。
     
    等離子處理法 按照等離子的發生條件不同,又可分為電暈處理法和輝光處理法 。利用高頻高壓電源,產生臭氧,促使塑料表面氧化而增加其性,同時,電火花又使 填料表面產生大量微細的孔穴,表面能增加,從而加大其表面活性及機械聯接性能,可 以用電暈法處理的塑料有:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、氟塑料及其它共聚物。輝光處 理法則是在一定的真空度下,采用不同的氣體形成等離子體對填料表面進行作用,并在 分子結構中引入含氧性基團。等離子處理法比較理想,具有處理時間短、速度快、無 污染等點,因而被廣泛采用。其缺點是經處理過的表面不穩定,填料經處理后如長期 放置不用,會導致表面張力逐漸下降乃至失效。
     
     輻射法  輻射法是用高能射線如 Y- 射線、X - 射線等照射塑料填料,以提高填料的表面張力。
     
     噴涂處理法 將親水性的兩性聚合物涂覆在塑料填料的表面,從而改變填料表 面的表面張力,提高其潤濕性。其缺點是合適涂層材料難以尋找,加工費用較高。
     
     塑料改性法 此方法是在制作塑料填料的母粒中添加入一定量的親水性助劑, 加工出表面張力較高,潤濕性和鋪展性具佳,傳質性能大為改善的塑料填料。這一個費 用相對較低,且具很大發展潛力的方法。
     
    散裝填料的工業應用
     
    散裝填料及塔設備主要用在吸收、解析、精餾、干燥、等氣 - 液及液 - 液接觸的 傳質傳熱過程,目前工業上實踐有:HCN 發生器、a- 甲基丙烯酸甲酯精餾、含酚廢水、冰醋酸精餾、喹啉與異喹啉精餾分離、辛酸與壬酸及其異構體精餾 分離、醋酸生產的精餾與吸收、煤氣洗苯、石油煉制減壓蒸餾、煉油脫蠟、乙烯生產脫 甲烷和乙烷、化肥生產脫硫和脫碳,HCI吸收、硫酸生產中的干燥塔、甲醇精餾、煙氣脫硫等。此外,反應蒸餾 、流化干燥、超重力分離等領域也在使用散裝填料。
     
    , 散裝填料研究和發展
     
    進入60年代以后規整填料得到很大程度上的應用,這對于散裝填料的應用和研究造成了 一定的沖擊。但是散裝填料具有易于加工,制作費用低,不易堵塞等特點,特別是由于 新型高效填料如階梯環填料、高流環、共軛環、短偏環等填料的不斷涌現,散裝填料的應 用范圍在填料塔中仍占主導地位。近年散裝填料的研究方向主要集中以下幾個方面:
     
    散裝填料填料的自規整化 吸取規整填料結構均勻、規則、對稱,大比 表面積、大空隙率、大等點,同時盡可能消除規整填料制造成本高,安裝維護不 便的缺陷。散裝填料的幾何形狀和結構朝著自取規整的方向發展,其目的是盡可能減少 填料個體之間的面接觸和線接觸,增加填料之間點接觸幾率,使填料在塔內堆放時趨于 均勻,使流體在填料層中分布均勻,減少溝流和壁效應。如 QH型偏環填料與鮑爾相比較,其降低很多,在塔內裝填時,縱向取向幾率要大得多,因而在液膜 的填料表面更加均勻,壓降也大幅度降低,傳質效率提高 30%~50%
     
    開發適用于新塔型的散裝填料 利用流態化能實現更高的氣流速率和傳質速 率的特點,開發流化填料塔,使填料塔也可以用于除塵。在流化填料塔中球形、橢球形 ,開孔及內包絲網的散裝填料都得到了不同的嘗試;利用塔體在高速旋轉時產生的強大 離心力——— 超重力強化傳質效率,開發適應于不同場合的散裝填料 ;為了克服流化填料塔返混程度較大、段數過多時壓降大的缺點,又開發出了填料旋轉塔,這種新的塔型可用于蒸發或冷卻結晶過程。
     
    填料功能復合化 在球形散裝填料內裝填絲網形成球形絲網填料,既利用了絲網填料比表面積大、空隙率大,表面潤顯率高的點,又避免了其裝填困難,拆修不便的缺陷;KOCH公司近發明了一種內部填充催化劑的鞍 形填料用于反應蒸餾,該填料性能兼有氣液傳質和催化反應的兩種特性,且制造成本低廉 。
     
    填料的表面改性        
    為了提高 散裝填料的表面能,提高傳質效率,球面溝槽式填料由球體和溝槽組成,主要是通過陶 瓷工藝制作成瓷球,并在球表面開設一定規格的溝槽,通過鍛燒而成,這種填料制作簡 單,重量輕,通透性能好,適用面廣 。
     
    復合填料塔將不同的塔型如固定填料塔和流化填料塔串聯使用,或是在同 一個塔內將規整填料和散裝填料分段使用,或是將不同類型、不同尺寸 (     結束語
     
    散裝填料和規整填料在不同的使用場合表現出各自的勢來,孰孰劣還不能過早地下 結論。 :國外公司在近的研究中指出 新型散裝填料在許多應用場合,其性能與規整填料相當或于規整填料。近些年來散裝填料規整化 和填料塔內件的不斷革新使得散裝填料競爭力不斷提高。除了固定填料塔外,散裝填料 在其它塔型如流態化填料塔、旋轉填料塔以及填料旋轉塔中也得到了廣泛應用。
     
    從近些年的理論研究和工業開發來看,散裝填料的發展趨勢是朝空隙率、減少壓降 ,比表積、改善潤濕性能,功能多樣化的方向發展。與其它填料相比,散裝填料在 今后相當長一段時間內在工業上仍將占有主要地位。
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