一种基于高通量规整填料支撑的大通量填料塔的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工设备领域，具体涉及一种基于高通量散堆填料支撑的大通量填料
Ο
【背景技术】
[0002]填料塔是一种重要的传质设备，用于进行气-液、液-液两相内的传质或化学反应。填料塔广泛地应用于化工、石油、医药、环保、食品领域的精馏、吸收、萃取、洗涤等过程。
[0003]填料的结构和性能对填料塔的经济技术指标具有决定性的影响。填料按结构可分为散堆型填料和规整型填料，散堆型填料是将若干具有一定几何形状的填料颗粒无规则堆放而成。散堆型填料的几何形状对填料塔性能有很大的影响。典型的散堆型填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、Θ环等。
[0004]化学工业出版社出版的《分离过程与设备》234页提到:填料层中液体流动状态可分为三个区间:1.低速下操作；2.气速逐渐增大，持液量增加，称为载液区；3.气速进一步增大，气液两相的相互作用达到十分剧烈程度，持液量随气速的微小变化而急剧增加，此后填料层顶部开始积液并伴随有严重的液滴飞溅和雾沫夹带等现象，称为液泛区。填料液泛可能在填料层顶端、填料层中或填料下端面支撑处引发。化学工业出版社出版的《塔设备》183页提到:大量实践得出:液泛往往从支承板面首先开始。散堆填料通常的特点是，颗粒小、堆积密度高的填料效率高，但通量低；颗粒大、堆积密度低的填料效率低，但通量高。
[0005]专利申请号为CN201410554212.4的专利公开了一种基于压降标准偏差分析的填料塔液泛预测方法，包括以下步骤:1)在填料塔的各填料层沿环向设置压降测压口 ；2)智能差压变送器通过测压管与压降测压口连接并进行实时检测；3)智能差压变送器通过数据线将压降数据传送至数据采集器，然后进行数据处理得到压降随塔操作通量的变化曲线和压降标准偏差分布曲线；4)以压降标准偏差分布曲线作为判断该填料塔液泛的依据，当标准偏差曲线的斜率超过临界值时，为液泛状态，压降测压口的采集频率大于20赫兹。现有技术中，关于填料塔液泛预测或监控的技术较多，对如何解决该问题的报道缺较少。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中填料塔液泛给生产带来的问题，本发明提供了一种基于高通量散堆填料支撑的大通量填料塔，为了延迟或避免填料塔中液泛的到来，提高生产效率。本发明采用的技术方案如下:
一种基于高通量规整填料为支撑的大通量填料塔，在规整填料的下端放置较上端规整填料比表面积更低的或通量更大的规整填料。
[0007]所述填料的材质为金属、塑料、陶瓷、碳纤维。
[0008]所述下层的通量更大的填料可与上层填料采用相同或不同的材质。
[0009]所述上层规整填料的高度为0.lm至100m，下层大通量规整填料的高度为0.lm至100mo
[0010]所述填料塔为精馏塔、吸收塔或萃取塔。
[0011]在实验过程中发现高比表面积填料500X、700X，依据相关行业标准，下端面由于波峰高度低、填料片间距小、水表面张力大，有液体的聚并现象，阻塞了气路，造成气速增大，更易夹带液体，引发液泛。实验过程中发现500X和700X填料都是从塔底开始液泛，这与前面塔顶动能因子大、更易液泛的推测是矛盾的。由于普通填料支撑对填料下端面的引流点偏少，引流作用不强，采用低比表面积填料加强引流作用或能推迟液泛的到来。
[0012]本发明可避免填料下端面的液泛，可有效提高全塔的操作通量、降低压降，使液泛发生在塔顶，可有效增大填料通量。
【附图说明】
[0013]图1为700X型规整填料不同支撑下的流体力学特性。
[0014]图2为500 X填料支撑条件下气相通量40m3/h时不变液相流量下压降图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
为探究填料支撑对通量的影响，避免填料下端面支撑处的液泛，采空气-水体系在气液两相等摩尔流条件下比较工业格栅式支撑、螺旋板式支撑和低比表面积填料支撑，用一块5cm高不锈钢500 X替换最下一块700 X填料，填料层高度不变，500 X填料下用螺旋板支撑，三种支撑方式对700X填料通量的影响。
[0016]实验装置及参数:流体力学采用空气-水体系，玻璃塔内径102_，填料层高75cm(装15块700 X填料)。气相最大通量40m3/h，液量两流量计并联，大流量计最大通量500L/h，小流量计最大通量60L/h。
[0017]操作方法:全塔液泛后，固定气液相流量(等摩尔)，待压降稳定2分钟后测U型管压差，逐渐增大流量，直至液泛。
[0018]实验结果:
等摩尔流量下实验结果如图1所示，得到两点实验结论:
a.米用格栅支撑和螺旋板支撑分别在26L/h和24L/h时在最下一块填料有积液；米用500 X填料支撑时液相通量做到30L/h，气相通量37.3m3/h并未液泛。
[0019]b.采用格栅支撑和螺旋板支撑的流体力学数据基本相符，而且最下一块填料替换成500X填料后，液相通量在14L/h及以上时压降减小了 1/3~1/2。
[0020]保持气量40m3/h，继续增大液量，实验结果如图2所示，因等摩尔流实验受设备气相通量限制，将用500 X填料支撑的填料保气相通量40 m3/h,不断增大液相通量，在液相通量180 L/h时，最上五块填料有明显鼓泡积液现象。与此对应的是采用工业格栅支撑的填料在气量32.4 m3/h、液量26 L/h时最下一块填料2/3有积液。
[0021 ] 由以上实验结果可知:700 X填料下加500 X填料可避免填料下端面的液泛，使液泛发生在塔顶，可有效增大填料通量。
[0022]作用机理的探讨:内径102mm塔内格栅三条肋板与700 X填料接触点约67个，而500 X与700 X填料接触点约482个，是前者的7.2倍。使用格栅支撑时，部分液体运动到下端面时需横向运动到格栅处再顺格栅滴下；而使用500 X填料支撑时，液体运动到下端面可被及时引走。故500 X填料做支撑引流作用比较强，避免了液体在700 X下端面的聚并。500 X填料本身在下端面虽然也有液体聚并的问题，但其允许的通量要大于700 X填料塔顶的通量约束。
[0023]
实施例2
为探究填料支撑对通量的影响，避免填料下端面支撑处的液泛，采空气-水体系在气液两相等摩尔流条件下比较工业格栅式支撑和低比表面积填料支撑，用两块5cm高不锈钢250 X替换最下两块500Y填料、填料层高度不变；500Y填料下直接用工业格栅支撑，这两种支撑方式对500Υ填料通量的影响。
[0024]实验装置及参数与实施例1相同。实验操作与实施例1类似。实验显示，用10cm高的250X填料替换掉两块500Y填料后，填料床层降压只有原来的1/3~1/2，全塔通量增加到原来的3倍，液泛从塔顶最上两块填料盘间开始。
[0025]
实施例3
为探究填料支撑对通量的影响，避免填料下端面支撑处的液泛，采空气-水体系在气液两相等摩尔流条件下比较工业格栅式支撑和低比表面积填料支撑，从下到上按顺序装填一块5cm高碳纤维的250 X填料、一块5cm高不锈钢500Y填料、14块双层金属丝网的900X填料，填料层总高度80cm ；900Y填料下直接用工业格栅支撑，这两种支撑方式对900Υ填料通量的影响。
[0026]实验装置及参数与实施例1相同。实验操作与实施例1类似。实验显示，用两块顺序装填的填料替换掉两块900Υ填料后，在相同通量下填料床层降压只有原来的1/3~1/2，全塔通量增加到原来的2.8倍，液泛从塔顶最上两块填料盘间开始。
【主权项】
1.一种基于高通量规整填料为支撑的大通量填料塔，其特征在于在规整填料的下端放置较上端规整填料比表面积更低的或通量更大的规整填料。2.根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于规整填料的材质为金属、塑料、陶瓷、碳纤维。3.根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于下端的比表面积更低的或通量更大的填料可与上端填料采用相同或不同的材质。4.根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于上端规整填料的高度为0.1m至100m，下端比表面积更低的或大通量规整填料的高度为0.05m至100m。5.根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于所述填料塔为精馏塔、吸收塔或萃取塔。
【专利摘要】本发明公开了基于高通量规整填料为支撑的大通量填料塔，具体为将比表面积更低的或通量更大的规整填料放置在低通量规整填料的下端，可有效提高全塔的操作通量、降低压降。
【IPC分类】B01J10/00, B01J14/00, B01D53/18, B01D11/00, B01D3/14
【公开号】CN105233516
【申请号】CN201510647245
【发明人】高云虎, 丁立, 李新良, 徐志红
【申请人】江苏华益科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月9日