CN105771873A - 一种高效传质的规整填料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效传质的规整填料，由高度不同的规整填料片单元组A、B交替排列组成；单元组A上、下两端都比单元组B凸出高度h，并且凸出部分用金属丝网包裹；单元组A、B采用相同的规整填料片。单元组A、B采用相同的规整填料片为孔板波纹、压延板波纹、丝网波纹、开窗导流或刺孔波纹的结构。本发明中的规整填料不仅使得气液两相在填料表面进行降膜接触传质，而且在填料盘交界处形成鼓泡式传质方式，因而大大增强了气液传质效率。本发明中规整填料实现了板式塔和填料塔中两种气液传质方式，有效地改善了高压操作条件下填料塔传质效率降低的不良状况，对于很多大规模的精馏、吸收等工业化生产具有重要意义。

Description

一种高效传质的规整填料

技术领域

本发明涉及一种新型的具有较高传质效率的规整填料，它具有填料表面降膜接触传质和塔板鼓泡气液传质的共同特点，大大增加了气液传质效率。

背景技术

规整填料作为填料塔中的气液接触的主要部件起着举足轻重的作用。近些年来，随着石油化工的发展及节能的需要，规整填料的开发与应用得到了迅猛发展，而蒸馏和吸收等化工领域的突破变化也促使着高通量规整填料的研发倍受青睐。但是在高压精馏场合，由于高压条件对操作物系和气液分布流动影响比较大，导致气液接触面积下降，传质推动力降低，最终使规整填料的传质效率降低。因而对于高压精馏分离，比如丙烷丙烯分离，工业中一般采用板式塔。由于丙烷和丙烯的相对挥发度较小，采用工业上常规蒸馏的方法，设计的塔高达到90米，塔板数在200块以上，回流比大于10，还要加压、制冷等工艺流程，这造成了操作费用和设备费用大大增加。近年来，随着对低碳烃类物质分离要求的增加，对于高压设备的需求也日益增多，人们迫切希望规整填料在高压精馏领域发挥出其优点，因而开发出一种在高压工况下高效传质的规整填料显得十分重要。

近些年来，人们对于提高规整填料的传质效率的研究层不出穷。CN202823396U中提出将规整填料表面特殊处理，使其布满连续的小波纹，这样增加了填料的比表面积和粗糙度，从而提高填料的传质效率。CN101549278A中利用发泡镍网材质经处理加工成为延展性波纹板，这样制作而成的规整填料具有较大的比表面积，从而具有较高的气液传质效率。CN203620643U中提出一种S型波纹填料，这种填料单元是将规整填料本体的上下两端分别规则设置直行波纹，直行波纹之间通过斜形波纹联通，这种通过规则设置的S型波纹填料增大了传质比表面积，优化了气液流路，因而表现出良好的传质性能。CN101380562A中提出在波纹填料片的波峰和波谷开设导流窗口，从而使沿波谷向下流动的液膜发生变化，有效地促进了填料表面液膜的更新和湍动，提高气液传质速率。

大多数专利发明只是针对改变填料片表面结构，使其比表面积或者粗糙度变大，然而在高压精馏工况下，气液物系物性发生很大改变，可能导致填料表面积得不到充分利用，因而这种方法还不能够完全解决高压精馏条件下填料的生产应用。

发明内容

本发明提出一种新型的具有较高传质效率的规整填料，该填料具备塔板鼓泡式气液传质和填料表面降膜接触式传质的共同特点，很大程度上增加了气液传质效率。

本发明是这样实现的：

一种高效传质的规整填料，由高度不同的规整填料片单元组A、B交替排列组成；单元组A上、下两端都比单元组B凸出高度h，并且凸出部分用金属丝网包裹；单元组A、B采用相同的规整填料片。

所述的单元组A、B采用相同的规整填料片为孔板波纹、压延板波纹、丝网波纹、开窗导流或刺孔波纹的结构。

所述的是单元组A、B中规整填料片数量优选为2片。

所述的单元组A上下两端凸出部分的高度h优选为10～30mm。

所述的包裹单元组A的金属丝网优选采用10～20目。

本发明的填料在塔中的应用，根据具体设备内径，当塔径较小时，将规整填料加工成标准高度的方形或圆形盘；当塔径较大时，将填料分块安装，并在填料层之间安装再分布器对气液相进行再分布。

当填料塔内部放置多个填料盘时，上下相邻两盘填料之间旋转角度为90°。

本发明的优点是：由于金属丝网封闭了规整填料单元组A的上下两端，当液相流体进入整个填料盘上端时，由于液体表面张力的作用，会在金属丝网上形成一层液膜，阻断了气相在单元组A下端的流入，这样使得气相只能从单元组B下端流入，气相流通截面积减小大约一半，这使得气相流速在填料盘交界处骤增，导致交界面部分发生局部液泛，从而使得液相在填料盘交界处形成一定液位。当气相从下盘填料进入上盘填料时，便形成了一种鼓泡的状态，这样填料盘间的交界面相当于一层塔板。本发明中的规整填料不仅使得气液两相在填料表面进行降膜接触传质，而且在填料盘交界处形成鼓泡式传质方式，因而大大增强了气液传质效率。本发明中规整填料实现了板式塔和填料塔中两种气液传质方式，有效地改善了高压操作条件下填料塔传质效率降低的不良状况，对于很多大规模的精馏、吸收等工业化生产具有重要意义。

附图说明

图1是发明填料的立体示意图。

图2是发明填料的俯视图。

图3是发明填料的主视图。

图4是发明填料内部气相流动示意图。

图5是相邻填料盘交界处局部液泛区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

如图1和2所示，一种具有较高气液传质效率的规整填料，由两种不同高度的规整填料片单元组A、B交替排列组成。单元组A比单元组B上、下两端都凸出h，凸出的部分用金属丝网包裹。规整填料片可以为孔板波纹填料片、开窗导流填料片、压延孔板波纹填料片、刺孔波纹填料片、金属丝网填料片等规整填料片。单元组A、B中填料片的数量都为2片。

单元组A上、下端用金属丝网包裹部分的高度为h，其中h可以为10mm～30mm。

对于小塔径生产，根据塔径设定规整填料盘高；对于较大塔径，可以采用分块安装与拆卸的方法。

如图3所示，当塔内放置多个填料盘时，上下相邻的填料盘安放角度旋转90°，若填料层较高，要每隔一段高度填料层安装再分布器进行液体再分布。

本发明填料压降比一般规整填料大，但是气液传质效率得到大大提高，尤其对于高压精馏、吸收等操作条件更为实用。

如图4和5所示由于液体具有表面张力，当液体流过金属丝网后会在丝网表面形成液膜，阻碍气相从填料单元组A下端流入。这样使得规整填料盘交界面处气相流动通道大大减小，其局部气速增大，导致局部液泛的发生。当气相流过局部液泛区域时，以鼓泡方式穿过该区域，从而增强了气液间传质效果。气相流过局部液泛区域后继续和规整填料表面流动的液膜进行接触传质。本发明规整填料实现了板式塔和填料塔两种气液传质方式，大大增强了传质效率。

实施例1：

采用塔径为DN400，高度为5m的冷模装置分别对本发明规整填料和一般开窗导流规整填料进行流体力学性能测试。塔顶安有液体分布器对液相进行初始分布。塔内填料层总共装有6盘规整填料，填料层总高度1320mm。规整填料盘中单元组A高度为220mm，单元组B高度为200mm。其中单元组A上、下两端凸出部分的高度h为10mm，并用20目的金属丝网包裹。填料片采用500X开窗导流填料片。实验过程采用喷淋密度范围为0～90m³/m²h，气相F因子范围为0～3.0Pa^0.5。结果表明，相比普通规整填料，本发明填料层压降比一般开窗导流填料高出约15～40％，持液量高出20％～50％。由于上下相邻填料盘之间局部液泛现象的发生，导致气相流动阻力的升高，从而使得压降和持液量增大。

实施例:2：

应用中试规模的填料塔在高压条件下对丙烷丙烯进行精馏分离，测试本发明规整填料传质性能。填料塔直径为DN600，塔内填料层为10盘规整填料，共分为两段，在填料层中间部分安装液体再分布器。本发明规整填料片采用250X型孔板波纹填料片。规整填料盘中，单元组A高度为250mm，单元组B的高度为220mm。单元组A上下端凸出部分高度h为15mm，并用12目金属丝网包裹。液相喷淋密度范围采用10～80m³/m²h，空塔气速范围为0.1～2.5m/s。通过实验数据计算得出本发明填料的传质单元高度和单位高度填料层的理论塔板数。事实证明，每米高度本发明规整填料相当于5～6级理论板数，和传统板式塔相比，大大减小了精馏塔高度，节省了固定投资费用。

实施例3：

将DN400的冷模塔中间不锈钢塔段改装成透明的有机玻璃塔段，塔内装有与实施例1中相同的规整填料层进行观察。实验过程中，发现在上下相邻的填料盘交界区域液相湍流更剧烈，并有一定液位的液体积聚在丝网层，气体以气泡的形式分散到该区域。该观察实验也进一步表明局部液泛区的存在。

Claims (7)

1.一种高效传质的规整填料，由高度不同的规整填料片单元组A、B交替排列组成；其特征是：单元组A上、下两端都比单元组B凸出高度h，并且凸出部分用金属丝网包裹；单元组A、B采用相同的规整填料片。

2.如权利要求1所述的填料，其特征是单元组A、B采用相同的规整填料片为孔板波纹、压延板波纹、丝网波纹、开窗导流或刺孔波纹的结构。

3.如权利要求1所述的填料，其特征是单元组A、B中规整填料片数量为2片。

4.如权利要求1所述的填料，其特征是单元组A上下两端凸出部分的高度h为10～30mm。

5.如权利要求1所述的填料，其特征是包裹单元组A的金属丝网采用10～20目。

6.权利要求1的填料在塔中的应用，其特征是根据具体设备内径，当塔径较小时，将规整填料加工成标准高度的方形或圆形盘；当塔径较大时，将填料分块安装，并在填料层之间安装再分布器对气液相进行再分布。

7.如权利要求6所述的应用，其特征是当填料塔内部放置多个填料盘时，上下相邻两盘填料之间旋转角度为90°。