专利名称：固定床用活性颗粒固定架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及催化、吸附、吸收、干燥等操作用固定床设备，具体地说，是一种固定床用活性颗粒固定架。
在催化、吸附、吸收、干燥等诸多化工单元操作过程中，常用到固定床工艺和设备。传统的固定床模式是将活性固体颗粒(催化剂、吸附剂、吸收剂、干燥剂等)直接倒入床层进行填装，如
图1所示。这种装填方式常存在以下问题无论是气液、气固、气固气还是气固液等接触方式，操作过程中气、液常发生沟流、壁流、偏流以及返混、短路现象，降低了效率，尤其是在催化反应过程中，固定床层中气液分布不均导致了局部浓度、温度过高或者过低，既影响催化剂的利用率和选择性，甚至会导致催化剂的失活。另外，此种装填方式的床层压降一般很大，造成了过程能耗的加大。
对此，国内外已采用了许多方法来改善床层中温度、浓度分布。以延长活性固体的使用寿命、提高效率和降低压降。但是现有技术大多数是从活性材料本身及其载体的结构和性能来考虑，均未从根本上解决问题。
美国专利US4443559曾在甲基叔丁基醚(MTBE)生产中采用将催化剂用玻璃布、不锈钢丝网包扎成一个个小球，然后散装于床层，这不仅费工费时，而且该方法未跳出乱堆填装的思路，未有效地解决气液分布的均匀性问题。欧洲专利EP640385提出用金属丝网将催化剂包裹成一个个圆柱状，类似于药物胶囊，然后将其交叉堆放于塔内，这样虽降低了床层压降，但仍存在着较大的气液分布不均问题，而且费工费时，装填要求苛刻。
本实用新型的目的是提供一种固定床用活性颗粒填料固定架，它使活性颗粒填料分布均匀，减少气液发生沟流、壁流、偏流以及返混、短路现象，提高固定床的效率，降低床层压降，延长活性颗粒填料的使用寿命，并且活性颗粒填料装填容易，再生和卸料方便。
八十年代兴起的规整填料，尤其是丝网波纹填料，具有高效、低阻、通量大和气液分布均匀的特点。特别是经过合理装配，它具有显著的床层各向同性的优点。本实用新型借鉴了规整填料的设计思想。
本实用新型设计的固定床用活性颗粒固定架是由多片金属丝网制成的波纹片垂直交叉排列在金属丝网制成的柱体架盘中，波纹片波峰的走向与柱体架盘的轴线(垂线)成30-80°的倾角，优选的为60-75°，两相邻波纹片互以相反方向的倾角排列，柱体架盘高20-500mm，叠装在固定床塔中构成活性颗粒填料固定架。
上述固定架制作波纹片和柱体架盘所用的丝网可以是碳钢、不锈钢、黄铜、紫铜、铝或钛等金属材料制成的丝网，根据活性颗粒填料的粒径不同，可以选择丝径为0.05-2mm的丝网，丝网的目数可以选择20-120目，常用的为40-70目，其原则是网孔的直径要小于活性颗粒自身的最小几何尺寸。
上述固定架中波纹片的波纹峰高b根据活性颗粒填料的粒径而定。粒径较大，波纹峰高也应较大，反之，则较小。一般，峰高在3-30mm，常用的为4.5-26mm。
常用的固定床塔为圆柱形塔，此时，波纹片的长度L与圆柱形塔的塔内径D和波纹峰高b有关。当塔内径D和波纹峰高b一旦确定，则第i块波纹片的长度L可由下式计算L=〔D2-(2ib)2〕其中放于中间一片与内径等长的波纹片i为1，依次向两边排列为2,3，……
对于圆柱形固定床塔，上述柱体架盘也应为圆柱形，其直径一般小于塔内径1-5mm，以保证其被顺利地装入固定床中。柱体架盘高20-500mm，优选的为50-200mm。
对于塔内径小于1.0m的固定床塔，柱体架盘可以是整体型的。对于塔内径大于1.0m的固定床塔或无法兰结构的塔器，则可采用分块制作，即制成二块或多块架盘，它们可以拼合成与固定床塔匹配的横截面，然后从人孔放入塔中再组装。
上述柱体架盘可以如下制作先将波纹片按要求垂直排列成形，然后在其外侧和底部用金属丝网包裹焊接封装。即制成柱体架盘。在上述固定床的每一层或间隔的柱体架盘上可以包扎有防止壁流的零壁流导引环。该零壁流导引环的结构与规整填料零壁流导引环相同(参见CN96231087.5)。
活性颗粒装填入柱体架盘的方法可以是将柱体架盘放在振动台上，开启振动台，将活性颗粒慢慢倒入柱体架盘上表面，随入振动，活性颗粒不断流入柱体架盘的各个通道。直至填满。活性颗粒的填充率一般占柱体架盘容积的50-95％，大多数情况为70-85％。然后将装填好活性颗粒的柱体架盘叠装在固定床塔中。
采用本实用新型的固定床用活性颗粒固定架，可使活性颗粒分布均匀，从而有效抑制气、液发生沟流、壁流、偏流、返混、短路等现象，也避免了床层截面上局部浓度和温度过高或过低，提高了固定床的效率，大幅度降低了床层压降，延长了活性颗粒的使用寿命，减少了能耗。同时，采用本实用新型固定架，活性颗粒装填容易。当活性颗粒需要再生或卸出时，可以很方便地将整块柱体架盘取出。因此，可以避免活性颗粒在装卸过程中的破损。
图1为传统的乱堆式固定床示意图。
图2a为本实用新型的装有波纹片和活性颗粒的柱体架盘示意图。其中1为装有波纹片和填料的柱体架盘；2为波纹片；3为零壁流导引环；4为金属丝网制成的柱体架盘。
图2b为相邻两波纹片排列方式示意图。
图3为采用本实用新型固定架的固定床塔示意图，其中1为装有波纹片和活性颗粒的柱体架盘；5为液体分布器；6为压盖；7为底盘支撑栅格。
以下通过实施例进一步阐述本实用新型。
实施例1 催化反应蒸馏合成MTBE的固定床塔。
采用丝径为0.156mm,60目的不锈钢丝网制作波纹片2和柱体架盘4。柱体架盘4为圆柱形。波纹片2的波纹峰高b为12.3mm，波纹片2波峰走向与柱体架盘4的轴线的倾角为75°，在柱体架盘4中，相邻的两片波纹片互以相反倾角方向垂直排列。柱体架盘4高100mm，直径为96mm，在柱体架盘4上部外侧包扎有零壁流导引环3，用粒径为0.4-0.8mm的强酸性离子交换树脂均匀装填入柱体架盘中，慢慢振动，使填充率为80％，将如此的10盘柱体架盘4叠装入内径为100mm的圆柱形的固定床塔中。该固定床塔与传统的同内径，装填同等重量和型号的强酸性离子交换树脂的乱堆式固定床塔相比，压力降减低了50％，催化剂的有效使用寿命延长了23％。
实施例2 用分子筛吸附CO2气体。
采用丝径为0.2mm,40目的不锈钢丝网制成的波纹片2和柱体架盘4。柱体架盘4为圆柱形。波纹片2的波纹峰高12.4mm，倾角为70°，柱体架盘4高100mm，直径为97mm，上部外侧包扎有零壁流导引环3。用粒径为3-4mm的5A分子筛按实施例1装填入柱体架盘中，填充率为62％，将12盘柱体架盘叠装入内径为100mm的圆柱形的固定床塔中。将该固定床塔与传统的同内径，装填同等重量和型号的分子筛乱堆式固定床塔进行同工况操作对比实验。采用本实用新型的该固定床塔，整个床层压力降只为乱堆式固定床塔的38％，单位时间内吸附CO2的量提高了12％，吸附剂再生周期延长了36％以上。
权利要求1．一种固定床用活性颗粒固定架，其特征是它由多片金属丝网制成的波纹片(2)垂直交叉排列在金属丝网制成的柱体架盘中，波纹片(2)波峰的走向与柱体架盘的轴线成30-80°的倾角，两相邻波纹片(2)互以相反的倾角方向排列，柱体架盘高20-500mm，叠装在固定床塔中构成活性颗粒填料固定架。
2．根据权利要求1所述的固定架。其特征是波纹片(2)和柱体架盘用丝径为0.05-2mm的碳钢、不锈钢、黄铜、紫铜、铝或钛，目数为20-120目的丝网制成。
3．根据权利要求1所述的固定架，其特征是波纹片(2)波纹的峰高(b)为3-30mm。
4．根据权利要求1所述的固定架，其特征是波纹片(2)波峰的走向与柱体架盘轴线的倾角优选的为60-75°。
5．根据权利要求1所述的固定架，其特征是柱体架盘的横截面与固定床塔的横截面相匹配。
6．根据权利要求1所述的固定架，其特征是二块或多块柱体架盘拼合而成，拼合成的横截面应与固定床塔的横截面相匹配。
7．根据权利要求1所述的固定架，其特征是每一层或间隔的柱体架盘(4)上包扎有防止壁流的零壁流导引环(3)。
专利摘要一种固定床用活性颗粒固定架,它由多片金属丝网制成的波纹片2垂直交叉排列在金属丝网制成的柱体架盘4中,波纹片2波峰的走向与柱体架盘的轴线成30—80°倾角,两相邻波纹片2互以相反倾角方向排列,柱体架盘高20—500mm,叠装在固定床塔中构成活性颗粒固定架。采用本固定架保证了活性颗粒充填的固定床中气、液流动的均匀性,使固定床层横截面上气体、液体浓度和温度的均匀性好,并大幅度降低了塔的压降和延长了活性固定颗粒的使用寿命。
文档编号B01J8/02GK2306829SQ9723704
公开日1999年2月10日 申请日期1997年9月12日 优先权日1997年9月12日
发明者张志炳, 卞克建 申请人:南京大学