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高效規(guī)整填料性能和應(yīng)用
2019-07-17 閱讀：次
1 前言
隨著現(xiàn)代化工生產(chǎn)的發(fā)展 ,對蒸餾、吸收等塔設(shè)備提出了新的要求。生產(chǎn)能力大 ,壓力低 ,傳質(zhì)效率高的新型高效規(guī)整填料分離技術(shù) ,可為生產(chǎn)化工產(chǎn)品帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。80年代國外開始廣泛應(yīng)用規(guī)整填料 ,為促進(jìn)國內(nèi)外各種新型高效填料在我國更廣泛應(yīng)用把蒸餾、吸收、等單元操作的分離效率和生產(chǎn)能力提高到更高的水平 ,本文對規(guī)整填料及其主要性能作扼要介紹。
2 規(guī)整填料介紹
規(guī)整填料是在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料。它能實現(xiàn)每個理論級的壓力降小 ,故可降低塔底物料溫度而節(jié)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(guī)整填料在大型塔中已應(yīng)用成功。
規(guī)整填料的結(jié)構(gòu)形式有板波紋填料、格柵填料和絲網(wǎng)填料等 ,而主要為板波紋類型。新型規(guī)整填料有瑞士 Sulzer 公司的金屬絲網(wǎng)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。 板上還有碾壓的或麻點 ,以液體對填料表面的潤濕性。板片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(nèi)部形成許多相互交叉對稱的規(guī)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(nèi) ,促進(jìn)氣體的徑向混合。 國外高效規(guī)整填料的主要類型與規(guī)則見表 1。
2. 1 Ka tamax 和 Flexipac
Ka tamax 是 Koch公司的性金屬絲網(wǎng)型規(guī)整填料 ,其傳質(zhì)效果佳 ,已成功地應(yīng)用于反應(yīng)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。它代表一種而專有的方法 ,適用于使用固相催化劑的氣液相反應(yīng)蒸餾。此填料把固相催化劑暴露 ,與反應(yīng)液流相接觸 ,有佳的傳質(zhì)和傳熱特性。其結(jié)構(gòu)可使固相催化劑滯留在濾網(wǎng)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(wǎng)組成 ,約 0. 09m2 ,其邊緣密封。 濾網(wǎng)的目數(shù)有利于催化劑與液體良好接觸 ,濾網(wǎng)的卷曲處增加了每層周邊的長度 ,從垂直方向偏轉(zhuǎn)一定角度 ,提供氣液流動通道的空間 ,并可改變填料的生產(chǎn)能力。較大的卷曲高度使生產(chǎn)能力提高 ,但減少了傳質(zhì)表面積。此填料的氣液負(fù)荷量很大 ,液相負(fù)荷可達(dá) 50m3 /m2 h,氣相動能 F (氣速×氣體密度1 /2 )達(dá) 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(zhì)效率和生產(chǎn)能力與 Ka tamax 很近似。 這二種填料傳質(zhì)效率與生產(chǎn)能力的性能曲線形狀相同 , 而數(shù)據(jù)則 Ka tamax 比 Flex ipac稍高[1 ]。在典型的液體負(fù)荷操作范圍內(nèi) ,它們裝催化劑的接觸效率均大于 75% 。 Flexipac和 Sulzer規(guī)整填料的性能參數(shù)見表 2。
在煉油廠 C3 /C4 分離塔的汽提段 ,用 In-talox 2T 規(guī)整填料代替浮閥 , 操作壓力 2M Pa,其 HE TP為 450m m,使生產(chǎn)能力提高 25% 。Inta lox 2T 規(guī)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(yīng)用亦已取得成功。
Flexipac 為波紋板金屬填料 , 填料上帶有小孔和溝槽。 其傳質(zhì)效率和生產(chǎn)能力與 Ka tamax 很近似。 這二種填料傳質(zhì)效率與生產(chǎn)能力的性能曲線形狀相同 , 而數(shù)據(jù)則 Ka tamax 比 Flex ipac稍高[1 ]。在典型的液體負(fù)荷操作范圍內(nèi) ,它們裝催化劑的接觸效率均大于 75% 。 Flexipac和 Sulzer規(guī)整填料的性能參數(shù)見表 2。
2. 2 Flex eramic
Flexeramic陶瓷規(guī)整填料耐硫酸、鹽酸、氯化物、硝酸、醋酸、溴和氯。 1988年開始使用 ,其生產(chǎn)能力高 ,壓力降低 ,傳質(zhì)效率較高。它比陶瓷散堆填料的破損小 ,較少污染下游設(shè)備。 如 Flexeramic 48型 ,就比 37mm 鞍形填料效率高 ,生產(chǎn)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(guī)整填料 ,系帶孔波紋網(wǎng)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(xiàn)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(gòu)成重復(fù)的形式 ,在專門的應(yīng)用中提供良的性能。 A L系列特別適用于液氣流率低的化學(xué)品; AW 系列適用于高真空系統(tǒng)、分離效率高和壓力降損失小的場合。
2. 4 Intalox[ 5～ 8]Intalo x 規(guī)整填料具有性的表面結(jié)構(gòu)和雙波紋片結(jié)構(gòu) ,強化傳質(zhì) ,增加生產(chǎn)能力和分離效率。 Nor ton公司 Intalo x 規(guī)整填料和其它主要規(guī)整填料的有效生產(chǎn)能力、氣相動能 F W γ與等板高度 ( HET P)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)見圖 1。
對環(huán)己烷 /正庚烷系統(tǒng) ,在全回流操作條件下 ,已證明 ,在 F相同時 , Intalox 規(guī)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(guī)整填料代替浮閥 , 操作壓力 2M Pa,其 HE TP為 450m m,使生產(chǎn)能力提高 25% 。Inta lox 2T 規(guī)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(yīng)用亦已取得成功。
2. 5 Mellapac[9 ]
Sulzer 公司開發(fā)的金屬孔板波紋填料( M ella pac ) 有 12 種型號 , 應(yīng)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(yīng)用廣。 表 3 為孔板波紋填料的特性數(shù)據(jù)。 圖 2～ 圖 5為孔板波紋填料效率和壓力降隨氣體負(fù)荷的變化曲線。 由圖可見 ,同絲網(wǎng)波紋填料一樣 ,分離效率隨氣體負(fù)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(fù)荷在很大范圍內(nèi)變化而不影響其分離效率。
2. 6 BSH[4 ]
Nutter 公司生產(chǎn) BSH 規(guī)整填料 ,它的可膨脹的金屬織物結(jié)構(gòu)彌補了金屬絲網(wǎng)和片狀金屬規(guī)整填料間的差距。 BSH的織物結(jié)構(gòu)引起的毛細(xì)管作用 ,使填料在各種操作條件下具有很高的傳質(zhì)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(dá) 500m2 /m3 , 可滿足任何分離工藝之需。 它典型應(yīng)用在煉油廠的粗餾塔、反應(yīng)蒸餾、空氣分離和藥品精餾塔。
Nutter BSH高效填料與 Nutter的液體分布器等全部蒸餾塔的內(nèi)件相結(jié)合 ,在每臺塔內(nèi)有相當(dāng)于高的理論塔板數(shù) , 即 HE TP低和對每塊理論板低的壓力降。在環(huán)己烷—正庚烷精餾系統(tǒng)中 ,應(yīng)用 BSH— 250填料 ,當(dāng)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(guī)整填料氣相流速 Fs與 HET P的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)見圖 6。
2. 7 Sulzer packings[9 ]
金屬波紋填料有絲網(wǎng)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 ,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(wǎng)制成 ,波紋片有 AX 型、 BX 型和 CY 型三種 ,其中 BX 和 CY 型絲網(wǎng)填料為常用。 圖 7, 8為 BX 和 CY型絲網(wǎng)波紋填料效率和壓力降曲線 ,圖中顯示 ,隨氣體負(fù)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。 CY 型填料比 BX 型填料理論板數(shù)大 1倍 ,但同時壓力降增加 ,通量降低 ,成本。
2. 8 China pak
天津市博隆科技開發(fā)公司是化工部化學(xué)工程設(shè)計技術(shù)中心站新型填料及塔內(nèi)件的定點生產(chǎn)單位 ,技術(shù)上以天津大學(xué)為后盾。1994年該公司推出自行研制開發(fā)的產(chǎn)品—Chinapak 規(guī)整填料。 China pak 填料是 In-talox 和 Mellapak 填料化組合的產(chǎn)物 ,是Mellapak 型金屬孔板波紋填料的換代產(chǎn)品 ,其綜合性能于 Intalox 和 M ellapak 填料。該填料的結(jié)構(gòu)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(zhì)面積、氣液流路、橫向擴散能力、抗臟堵能力及剛度等均于 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(guī)整填料的特性參數(shù)見表 4。
應(yīng)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(jīng)濟(jì)效益明顯。 1995年吉化煉油廠改造溶劑塔 (Υ2200mm )、脫庚烷塔 (Υ2000mm ) ,湛江煉油廠常壓穩(wěn)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 -液篩板塔 ,塔徑 Υ1600mm ,開孔率 0. 6% ,因設(shè)計負(fù)荷偏小 ,不能維持正常生產(chǎn)。技術(shù)改造將該塔屬更換為天津大學(xué)化學(xué)工程研究所開發(fā)的規(guī)整填料 ,并改造其他相應(yīng)的塔內(nèi)件。改造后投產(chǎn) 2年余表明 ,脫硫效果達(dá)到生產(chǎn)要求。改造前后的數(shù)據(jù)對比見表 5。
該公司還生產(chǎn)其他各種規(guī)整填料 ,如金該公司還生產(chǎn)其他各種規(guī)整填料 ,如金鋁孔板波紋填料、金屬刺孔板波紋填料、金板網(wǎng)波紋填料、塑料孔板波紋填料和塑料絲網(wǎng)波紋填料等 ,品種繁多、性能良。
該公司還生產(chǎn)其他各種規(guī)整填料 ,如金該公司還生產(chǎn)其他各種規(guī)整填料 ,如金鋁孔板波紋填料、金屬刺孔板波紋填料、金板網(wǎng)波紋填料、塑料孔板波紋填料和塑料絲網(wǎng)波紋填料等 ,品種繁多、性能良。
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