CN105920867B - 一种新型催化蒸馏组件 - Google Patents

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Abstract

一种新型催化蒸馏组件，包括：催化剂颗粒填料、波纹丝网包、波纹板条和板条拉筋；所述的波纹丝网包内装填催化剂颗粒填料；所述的波纹丝网包为多片；所述的波纹丝网包由所述的波纹板条间隔定位和支撑；所述的板条拉筋与各波纹板条的同一端焊接连接。本发明采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰对应的底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以具有相同波峰中心距的波纹板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。该波纹状气相通道由于气体流和液体流方向的不断改变，显著改善了气液在催化剂中的扩散，增加了气液相与催化剂之间的横向传质传热效率，具有较高的理论板数。

Description

一种新型催化蒸馏组件
技术领域
本发明涉及一种新型催化蒸馏组件，适用于各种反应精馏的催化蒸馏塔中。
背景技术
反应精馏已经被广泛应用于许多催化反应，其原理是在精馏塔的精馏段和提馏段之间增加了反应精馏段，反应精馏段装入了既具有精馏作用又同时进行催化反应的催化蒸馏组件，使得反应微环境下的反应物浓度始终最大，而生成物的浓度最小，从而打破了化学平衡，使化学反应始终正向进行，催化蒸馏技术的应用大大提高了反应转化率和选择性。
为了达到上述目的，公开了许多催化蒸馏组件的专利和技术。专利99223276.7和02233432.7都公开了一种催化蒸馏组件的制作方法，其特征是将金属丝网与装有催化剂的玻璃纤维网袋卷制而成。专利CN1602988公开了一种催化蒸馏组件及使用该组件的催化蒸馏方法，其特征是将装填催化剂颗粒的丝网容器逐一或间隔的放置到填料板叠放形成的自由通道内并通过在填料波纹板上开孔达到提高组件持液量和传质效果的目的。专利CN101596370公开了一种催化剂装填构件及其装填方法，其特征是将催化剂装填在特制的筐篮内，筐蓝内设置通气的帽罩，气体通过帽罩横向穿过催化剂层，与催化剂中的液相发生传质和催化反应。专利ZL201220268070.1公开了一种高效催化蒸馏构件，其特征是催化蒸馏构件由导流槽互成90°角的上下两个半圆柱部分构成。专利CN 204107073U公开了一种催化蒸馏组件，其特征是装填催化剂的丝网袋是由斜波纹交错叠加的规整填料丝网构成，且组件的气相通道是由丝网袋之间加入规整填料板形成。
上述专利的构造和制作都较复杂，导致气相和液相阻力较大，且组件耗材较多。本发明催化蒸馏组件采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以具有相同波峰中心距的波纹板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。这种波纹状气相通道由于气体流和液体流方向的不断改变，显著改善了气液在催化剂颗粒填料中的扩散，增加了气液相与催化剂之间的横向传质传热效率，使得本发明具有较高的理论板数，而且本发明结构简单，制作容易，材料消耗较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种新型的高效率的催化蒸馏组件。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型催化蒸馏组件，包括：催化剂颗粒填料(1)、波纹丝网包(2)、波纹板条(3)和板条拉筋(4)；所述的波纹丝网包(2)内装填催化剂颗粒填料(1)；所述的波纹丝网包(2)为多片；所述的波纹丝网包(2)由所述的波纹板条(3)间隔定位和支撑；所述的板条拉筋(4)与各波纹板条(3)的同一端焊接连接。
所述的波纹板条(3)夹在两个相邻的波纹丝网包(2)之间，并是与波纹丝网包的波纹的波峰和波谷彼此吻合对应放置的波浪形板条，使两个相邻波纹丝网包之间形成固定的波纹状间隙，所述的波纹板条(3)两端焊接固定在所述的板条拉筋(4)上，所述的波纹板条(3)与所述的板条拉筋(4)形成固定框架。
所述的波纹丝网包(2)是由两片相同的波纹丝网片(201)以波峰底边为镜像面进行镜像扣合形成排管状，排管内装催化剂颗粒填料(1)；所述的形成波纹丝网包的两片波纹丝网片(201)扣合后的周边和波谷以焊接方式连接和封口。
所述的波纹丝网包(2)形成的排管方向为轴向水平，即，波纹丝网包(2)的波纹轴线方向与水平线之间的夹角为0°。
所述的波纹板条(3)的相邻波峰的中心距(h1)与波纹丝网包(2)的相邻波峰的中心距(h2)相等，且波峰中心距不大于组件高度(H)的1/2，即，h1＝h2≯1/2H。
所述的波纹丝网片(201)的波峰高度(h3)和波纹板条(3)的波峰高度(h4)相等，当h3＝h4时，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙等于波纹板条(3)的厚度。
所述的波纹丝网片(201)的波峰高度(h3)和波纹板条(3)的波峰高度(h4)不相等；当h3≠h4时，并有h3＞h4和h3＜h4的两种结构形式，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙由波纹板条(3)的波峰高度(h4)决定。
所述的固定框架有2个或2个以上。
本发明技术方案的优点在于：本发明催化蒸馏组件采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰对应的底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以具有相同波峰中心距的波纹板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。这种波纹状气相通道由于气体流和液体流方向的不断改变，显著改善了气液在催化剂中的扩散，增加了气液相与催化剂之间的横向传质传热效率，使得本发明具有较高的理论板数，而且本发明结构简单，制作容易，材料消耗较少。
附图说明
图1：本发明催化蒸馏组件结构组装示意图；
图2‐1为本发明波纹丝网包结构示意图；
图2‐2为图2‐1的A向示意图；
图2‐3为图2‐1的分解示意图；
图3‐1为本发明h3＞h4情况下的B向(1)示意图，
图3‐2、图3‐3、图3‐4为图3‐1分解示意图；
图4‐1是本发明h3＜h4情况下的B向(2)示意图和波纹板条与板条拉筋连接示意图；
图4‐2、图4‐3、图4‐4为图4‐1分解示意图；
其中，1、催化剂颗粒填料，2、波纹丝网包，3、波纹板条，4、板条拉筋，201、波纹丝网，L、催化蒸馏组件的长度，H、催化蒸馏组件的高度、D、催化蒸馏组件的宽度，h1、波纹板条的相邻波峰中心距，h2、波纹丝网的相邻波峰中心距，h3、波纹丝网的波峰高度，h4、波纹板条的波峰高度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
参见各附图，一种新型催化蒸馏组件，包括：催化剂颗粒填料(1)、波纹丝网包(2)、波纹板条(3)和板条拉筋(4)；所述的波纹丝网包(2)内装填催化剂颗粒填料(1)；所述的波纹丝网包(2)为多片见图1；所述的波纹丝网包(2)由所述的波纹板条(3)间隔定位和支撑；所述的板条拉筋(4)与各波纹板条(3)的同一端焊接连接。
所述的波纹板条(3)夹在两个相邻的波纹丝网包(2)之间，并是与波纹丝网包的波纹的波峰和波谷彼此吻合对应放置的波浪形板条见图3‐4、图4‐4，使两个相邻波纹丝网包之间形成固定的波纹状间隙，所述的波纹板条(3)两端焊接固定在所述的板条拉筋(4)上，所述的波纹板条(3)与所述的板条拉筋(4)形成固定框架见图4‐3、图3‐3。
所述的波纹丝网包(2)是由两片相同的波纹丝网片(201)以波峰底边为镜像面进行镜像扣合形成排管状见图2‐1至图2‐3，排管内装催化剂颗粒填料(1)见图2‐1；所述的形成波纹丝网包的两片波纹丝网片(201)扣合后的周边和波谷以焊接方式连接和封口。
所述的波纹丝网包(2)形成的排管方向为轴向水平见图1、图2‐1，即，波纹丝网包(2)的波纹轴线方向与水平线之间的夹角为0°。
所述的波纹板条(3)的相邻波峰的中心距(h1)与波纹丝网包(2)的相邻波峰的中心距(h2)相等，且波峰中心距不大于组件高度(H)的1/2，即，h1＝h2≯1/2H。
所述的波纹丝网片(201)的波峰高度(h3)和波纹板条(3)的波峰高度(h4)相等，当h3＝h4时见图1，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙等于波纹板条(3)的厚度。
所述的波纹丝网片(201)的波峰高度(h3)和波纹板条(3)的波峰高度(h4)不相等；当h3≠h4时，并有h3＞h4见图3‐1和h3＜h4见图4‐1的两种结构形式，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙由波纹板条(3)的波峰高度(h4)决定。
所述的固定框架有2个或2个以上。
实施例1：
(1)参见图1、2、3、4所示，首先选择：①颗粒直径1.5mm的催化剂；②孔径1mm的304SS不锈钢丝网；③厚度2mm、宽度20mm的304SS不锈钢板；
(2)将不锈钢丝网压制成波峰高度h3＝20mm，波峰中心距h2＝50mm，长度L＝800mm，高度H＝400mm的波纹丝网片；
(3)将两个波纹丝网片以波峰底边为镜像面进行镜像扣合形成排管状并压边，留取排管一头，其余压边全部焊接封死，自预留的排管口装填催化剂颗粒填料，然后焊接封死，制取了波纹丝网包；
(4)将不锈钢板压制成长度400mm，波峰高度h4＝15mm，波峰中心距h1＝h2＝50mm的波纹板条；
(5)将不锈钢板剪裁成长度500mm的不锈钢条作为板条拉筋；
(6)按照附图1～3所示的结构进行组装，最后将拉条筋板逐个与波纹板条焊接，从而制成了长800mm、高400mm、宽500mm、波纹丝网包间隙宽5mm的催化蒸馏组件。
实施例2：
按照实施例1同样的方法和步骤，只是波纹板条的波峰高度h4＝10mm，参见图1、2、3所示的结构进行组装，最后将拉条筋板逐个与波纹板条焊接，从而制成了长800mm、高400mm、宽500mm、波纹丝网包间隙宽10mm的催化蒸馏组件。
实施例3：
按照实施例1同样的方法和步骤，只是波纹板条的厚度5mm，波峰高度h4＝h3＝20mm，参见附图1、2、3所示的结构进行组装，最后将拉条筋板逐个与波纹板条焊接，从而制成了长800mm、高400mm、宽500mm、波纹丝网包间隙宽5mm(即波纹板条的厚度)的催化蒸馏组件。
实施例4：
按照实施例1同样的方法和步骤，只是波纹板条的波峰高度h4＝25mm，参见图1、2、4所示的结构进行组装，最后将拉条筋板逐个与波纹板条焊接，从而制成了长800mm、高400mm、宽500mm、波纹丝网包间隙宽5mm的催化蒸馏组件。
实施例5：
按照实施例1同样的方法和步骤，只是波纹板条的波峰高度h4＝30mm，按照附图1、2、4所示的结构进行组装，最后将拉条筋板逐个与波纹板条焊接，从而制成了长800mm、高400mm、宽500mm、波纹丝网包间隙宽10mm的催化蒸馏组件。
对比实施例1：
对比实施例1为现有技术中的一种催化蒸馏组件，该催化蒸馏组件是将金属丝网与装有催化剂的玻璃纤维网袋卷制而成。
对比实施例2：
对比实施例2为现有技术中的一种催化蒸馏组件，该催化蒸馏组件是将两个波纹交错的金属丝网规整填料板叠焊在一起，依靠金属丝网规整填料板的波纹构成催化剂丝网袋，将这种丝网袋叠加在一起构成。
对比实施例3：
对比实施例3为现有技术中的一种催化蒸馏组件，该催化蒸馏组件是将装填催化剂颗粒的丝网容器逐一或间隔的放置到填料板叠放形成的自由通道内并通过在填料板上开孔形成的。
分别取实施例1～5的催化蒸馏元件和对比实施例1～3在内径为300毫米的流体力学试验装置上在液体喷淋密度L＝20m3/(m2.h)(立方米每小时每平方米)和气相动能因子Fv＝1.90m/s(kg/m3)0.5进行总持液量和压降的试验和传质性能试验(以传质单元高度H25计)，结果如表1所示，其中，L＝20m3/(m2.h)表示每平方米填料截面每小时通过的液体量为20立方米，H25指在25℃下进行传质试验的传质单元高度。
表1
从表1看出，采用本发明提供的催化蒸馏元件，无论传质单元高度还是压降都明显低于现有的催化蒸馏组件，说明本发明的催化蒸馏元件传质效率较高，压降较低，操作弹性大。
综上所述，本发明采用两片相同的径向呈水平的波纹丝网片并以波峰对应的底边为镜像面进行镜像扣合焊接形成的排管作为催化剂包，以具有相同波峰中心距的波纹板条夹在两个波纹丝网包之间，使两个波纹丝网包之间形成了固定的波纹状间隙作为气相通道。这种波纹状气相通道由于气体流和液体流方向的不断改变，显著改善了气液在催化剂中的扩散，增加了气液相与催化剂之间的横向传质传热效率，使得本发明具有较高的理论板数，而且本发明结构简单，制作容易，材料消耗较少。
上述实施例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型催化蒸馏组件，其特征在于，包括：催化剂颗粒填料(1)、波纹丝网包(2)、波纹板条(3)和板条拉筋(4)；所述的波纹丝网包(2)内装填催化剂颗粒填料(1)；所述的波纹丝网包(2)为多片；所述的波纹丝网包(2)由所述的波纹板条(3)间隔定位和支撑；所述的板条拉筋(4)与各波纹板条(3)的同一端焊接连接；
所述的波纹板条(3)夹在两个相邻的波纹丝网包(2)之间，并是与波纹丝网包的波纹的波峰和波谷彼此吻合对应放置的波浪形板条，使两个相邻波纹丝网包之间形成固定的波纹状间隙，所述的波纹板条(3)两端焊接固定在所述的板条拉筋(4)上，所述的波纹板条(3)与所述的板条拉筋(4)形成固定框架；
所述的波纹丝网包(2)是由两片相同的波纹丝网片(201)以波峰底边为镜像面进行镜像扣合形成排管状，排管内装催化剂颗粒填料(1)；所述的形成波纹丝网包的两片波纹丝网片(201)扣合后的周边和波谷以焊接方式连接和封口；
所述的波纹丝网包(2)形成的排管方向为轴向水平，即，波纹丝网包(2)的波纹轴线方向与水平线之间的夹角为0°；
所述的波纹板条(3)的相邻波峰的中心距h1与波纹丝网包(2)的相邻波峰的中心距h2相等，且所述的波纹板条(3)的相邻波峰的中心距h1与波纹丝网包(2)的相邻波峰的中心距h2均不大于组件高度H的1/2，用公式表述为：h1＝h2≯1/2H。
2.根据权利要求1所述的一种新型催化蒸馏组件，其特征在于，所述的波纹丝网片(201)的波峰高度h3和波纹板条(3)的波峰高度h4相等，当h3＝h4时，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙等于波纹板条(3)的厚度。
3.根据权利要求1所述的一种新型催化蒸馏组件，其特征在于，所述的波纹丝网片(201)的波峰高度h3和波纹板条(3)的波峰高度h4不相等；当h3≠h4时，并有h3＞h4和h3＜h4的两种结构形式，两个相邻波纹丝网包(2)之间的间隙由波纹板条(3)的波峰高度h4决定。
4.根据权利要求1所述的一种新型催化蒸馏组件，其特征在于，所述的固定框架有2个或2个以上。
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