CN1062249C - 碳化硅微孔陶瓷填料 - Google Patents

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Abstract

本发明筛选出一种具有微孔结构碳化硅系列新型微孔陶瓷填料,它不仅具有良好的耐腐蚀性能,抗压强度大,不易破碎等特点,还由于微孔的存在具有良好的使传质表面和理想的表面更新速率,孔隙率可达50%,其原料组成为碳化硅,粘结剂,糊精和湿润剂,经混合拌匀,挤压成型,干燥,高温烧结制得碳化硅系列新型微孔陶瓷填料,设有拉西环、长城环、阶梯环、鲍尔环、多孔空心球、矩鞍及板波纹填料(图1为拉西环填料示意图)。

Description

碳化硅微孔陶瓷填料
本发明属化工生产中填料塔用填料。
填料塔是化工生产中通常采用的塔器设备,它具有结构简单、造价低廉等特点,在填料塔中除了要设计好塔的喷淋装置和合理的塔内件之外,在一定操作条件下选择好适用的塔填料是填料塔操作质量的关键因素之一,根据填料塔所处理介质的性质不同,可选用对应的适用的材质制成的颗粒填料或规整填料,陶瓷填料、塑料填料和不锈钢填料经常被选作耐腐蚀填料,但因陶瓷填料,塑料填料,不锈钢填料的表面结构比较光滑,使传质表面的形成和更新都受到了难以克服的影响,致使塔的处理能力,操作效率都明显降低,而由不同材质的金属丝网制成的高效丝网波纹规整填料因价格较贵或其它原因也受到限制,因此,有的塔填料的研究者也在从事研究改进颗粒填料的表面结构和新型高效填料的筛选工作。
本发明的目的是筛选出一种具有微孔结构的塔填料,现已筛选出的碳化硅系列新型微孔陶瓷填料,它不仅具有良好的耐腐蚀性能,还由于微孔的存在更仅具有良好的传质表面结构和理想的表面更新速率,提供了从未有过的微孔填料结构,其孔隙率可高达50%,此外还具有抗压强度大,不宜破碎等特点。
碳化硅系列新型微孔陶瓷填料的原料组成为碳化硅,粘结剂,湿润剂和糊精,经依次混合均匀,挤压成型,再经干燥、高温烧结等工序制得所说的新型微孔陶瓷填料。
本发明提出的碳化硅系列新型微孔陶瓷填料的原料配比叙述如下;碳化硅系列新型微孔陶瓷填料的主要成份为碳化硅,具有强度高,耐腐蚀,耐高温的特点,因此也是微孔填料的骨架成份,在配料中碳化硅占原料总量的60~73.8%(重量),其粒径为16目~120目,粒径的大小和粒径分布情况均可影响孔隙率的数值,一般情况下孔隙率可在20~50%之间。
粘结剂是碳化硅系列新型微孔陶瓷填料的基础原料之一,它是由长石,粘土和硅石粉料混配而成,混配比例为长石50~70%(重量)粘土和硅石均为20~40%(重量),其中长石属熔剂性原料,在高温下长石熔融体具有较大的粘度,可以起到高温热塑作用和高温胶结作用,防止高温变形,在烧结过程中起助熔作用;粘土则具有独特的可塑性与结合性,调水后可塑造成型,烧结后变得致密坚硬,有利于填料坯体的烧结和机械强度的提高,粘结剂在配料中占原料总量的18~25%(重量)此外,在配料中还要加入占原料总量的1~7%(重量)的糊精,以及入占原料总量的3~12%(重量)的湿润剂,在配料中以水充作湿润剂。
本发明提出的碳化硅系列新型微孔陶瓷填料的制造工艺过程为先按原料配比称量好碳化硅、粘结剂、糊精及湿润剂,然后将碳化硅和粘结剂混合并拌合均匀;再加入糊精和湿润剂继续拌合均匀,经相应模具挤压成型,制得所需填料的坯体,最后将坯体干燥并入窑经高烧结制得所需填料,再经降温并出窑得到成品。
制造微孔陶瓷填料的干燥和烧结过程是先将坯体在70℃条件下先行干燥24小时,再在110℃条件下继续干燥10小时然后入窑,再以温速为20℃/小时升温至1300℃~1340℃,烧结72小时后开始自然降温,约经50小时窑温降至50℃以下时即可出窑得到所需填料,烧结全过程约为132小时。
制造微孔陶瓷填料的挤压成型过程,可以连续生产也可单件生产,模具的几何形状和空间结构决定了填料的类型,目前制得的微孔陶瓷填料类型有:图1为拉西环填料示意图;其环高与环外径相等,壁厚则根据环外径决定,图2为长城环填料示意图;其环高与环外径相等,壁厚则根据环外径决定,具有4~8个对应缺口,缺口宽度与突出部分宽度之比为1∶2,缺口深度为环外径的1/4~1/3,图3为阶梯环填料示意图;其高度为环外径的1/2~2/3,在其下端突出一顺势延伸的扩大口,也可视为突台,其内径与环外经相当,高度为环高的1/5~1/4,向环内侧导入的均布翅片为4~6个,壁厚则根据环外径决定,图4为鲍尔环填料示意图;其环高与环外径相等,壁厚则根据环外径决定,在其周边均布二排向环内侧导入的均布翅片4~6个,开口高度(翅片高)约为环高的1/5,图5为多孔空心球填料示意图;其为一空心球系由二个半球合成,球径则根据需要决定,在球体的三维方向各开有一个通过球心的圆形通孔,以此为基准在每一象限间具有三个圆孔的球体表面的对称中心(也就是将球体沿X轴和Y轴分别旋转45°的中心位置)也各有一个通过球心的圆形通孔,球体表面共有14个孔,(球径小时则只有三维方向的6个孔),
图6为矩鞍型填料示意图;其外形略似马鞍,其断面近似为半圆形,侧面的内缘和外缘的轮廓线为同心圆的半圆弧,形成一整体略似马鞍形的结构,图7~9为波纹板填料示意图;图7为单片波纹板,图8为组装后的俯视图,图9为其断面图,组装后的波纹板填料也可以没有图示的外圈,板与板之间可通过烧结予以固定。
由本发明提出的碳化硅系列新型微孔陶瓷填料与原有的以陶瓷、塑料、金属板为原料生产的填料相比,以拉西环为例,在流体力学性能上(表一)在传质性能上(表二)都有了新的突破和提高。
表一:表二:实施例一:取粉体颗粒度为16目~46目的碳化硅1000克(66.7重量%),粘结剂320克(21.3重量%),糊精70克(4.7重量%),湿润剂110克(7.3重量%),先将碳化硅和粘结剂混合并充分拌合均匀,然后,再加入糊精和湿润剂并继续拌合均匀,在拉西环模具内挤压成型制得20X20X3拉西环填料坯体,先在70℃条件下干燥24小时,再在110℃条件下干燥10小时,置入茂福炉内进行烧结,以温速为20℃/小时升温至1320℃经72小时烧结后开始自然降温,再经50小时炉温降至50℃以下时取出,制得碳化硅系列新型微孔陶瓷拉西环填料。
实施例二:取粉体颗粒度为60目~120目的碳化硅2000克(73.8重量%),粘结剂460克(17重量%),糊精90克(3.3重量%),湿润剂160克(5.9重量%),先将碳化硅与粘结剂混合并充分拌合均匀,然后,再加入糊精和湿润剂并继续拌和均匀,经在半球形模具内挤压成型,并将二个半球粘合成球,打孔制得直径为30mm的在三维方向具有φ6通孔的壁厚为6mm的空心球填料坯体,经在70℃条件下干燥24小时并置入窑内再在110℃条件下继续干燥10小时,以温速为20℃/小时升温至1300℃,经72小时烧结后开始自然降温,再经50小时窑温降至50℃以下时出窑,制得碳化硅系列新型微孔陶瓷多孔空心球填料。

Claims (2)

1.一种碳化硅陶瓷填料,包括16目~120目的60~73.8%(重量)的碳化硅,18~25%(重量)的由长石、粘土和滑石粉组成粘结剂,1~7%(重量)的糊精和3~12%(重量)的水。
2.一种权利要求1碳化硅陶瓷填料的制备方法,先将碳化硅和粘结剂混合均匀,再依次加入糊精和湿润剂,经模具挤压成型得到填料坯体,在70℃下干燥24小时,再在110℃下继续干燥10小时后置入窑内,以温速为20℃/小时升温至1300℃~1340℃,烧结72小时后开始自然降温,当窑温经50小时降至50℃以下时出窑。
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