專利名稱：一種球形散堆填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛用于化工環(huán)保等諸多領(lǐng)域的反應(yīng)及分離過程的高效球形散堆填料。
背景技術(shù)：
填料是決定填料塔的分離性能的主要因素。理想的填料塔應(yīng)該是傳質(zhì)效率高、分離能力大、壓降和造價低。顯然填料是決定分離效果的關(guān)鍵。目前填料分離塔的主要關(guān)注方向是開發(fā)能提供充分氣液接觸面的散堆和規(guī)整填料，盡可能減少分離過程中的壁流、溝流、結(jié)焦、堵塞等問題。
為發(fā)揮散堆填料容易裝填和在防止結(jié)焦、堵塞等優(yōu)勢，有不少散堆填料被開發(fā)出來。散堆填料形狀越來越復(fù)雜、制作過程越來越繁瑣，填料本身各向不同性，除了易拆裝、易清洗的優(yōu)點(diǎn)外，綜合性能不如規(guī)整填料。
規(guī)整填料比散堆填料具有更好的氣液通道和傳質(zhì)表面，因此各向同性較好，塔效高，被廣泛用于石化化工等大型分離裝備中。規(guī)整填料的裝填難度大，很難裝填緊密和水平，壁流、溝流和結(jié)焦堵塞嚴(yán)重，影響分離效果，必須定期清洗。
針對散堆填料以上的缺點(diǎn)，本發(fā)明人經(jīng)過長期的研究和試驗(yàn)，創(chuàng)造出一種各向同性的球形散堆填料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種廣泛用于化工環(huán)保等諸多領(lǐng)域的反應(yīng)及分離過程的高效球形填料。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多孔空心體球形填料，特別是(絲)網(wǎng)狀或刺狀的多孔空心體球形填料均能夠充分融合散裝填料容易裝卸和規(guī)整填料各向同性的特點(diǎn)，更好的實(shí)現(xiàn)氣液分布和充分接觸，更有利于克服普通填料塔所存在的氣液分配不均容易壁流、溝流等分離難題。并有利于提高相間湍動，球形填料的各向同性和其鏤空的巨大空間及全球面勻布的小孔將更有利于液氣在球體內(nèi)外的分布、分散、接觸、傳質(zhì)和傳熱。該填料重點(diǎn)解決了氣液的有效分布和傳質(zhì)問題，與傳統(tǒng)填料通過增加接觸面達(dá)到較好分離效果的研發(fā)方向不同，結(jié)果令人鼓舞。
因此球形填料不但具有散堆填料易裝卸、易清洗的優(yōu)點(diǎn)，而且也有規(guī)整填料的各向同性的優(yōu)點(diǎn)，填料在塔內(nèi)能定向排列，氣液兩相流動規(guī)則化，對傳質(zhì)傳熱過程更為有利，它使氣、液有效接觸面增大，傳質(zhì)系數(shù)提高，從而減少阻力，提高分離效率，具有加工容易、用料節(jié)省、通量大阻力小、分離效果高的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)對傳統(tǒng)的散堆填料是一個突破。
具體的說，本發(fā)明提供一種用適合物系性質(zhì)的材料制成的球形內(nèi)空的或者空心可內(nèi)裝各種填充物的填料，該球形填料可以通過例如金屬絲網(wǎng)、金屬拉網(wǎng)、多孔金屬板等沖壓成半球再焊接而成。球類可以根據(jù)物系要求，裝填各種材質(zhì)的球形和其他任何形狀的填料，也可以用磨具制備塑料、陶瓷的填料，也可以用竹材、藤等天然材料編制而成，根據(jù)物系得處理要求選擇不同的材質(zhì)和不同的球形填料及其組合。
球形填料的大小及孔徑可根據(jù)實(shí)際情況確定，填料的材質(zhì)由體系性質(zhì)確定，填料上的孔形狀及孔的尺寸有塔徑及填料尺寸和體系性質(zhì)確定。以下總結(jié)了球形填料、拉西環(huán)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及球形填料、拉西環(huán)、石墨環(huán)形填料的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和效果。
流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算球形填料的濕填料因子平均值為245m-1。濕填料因子的值相當(dāng)于唐山產(chǎn)φ38陶瓷矩鞍環(huán)、φ50的拉西環(huán)的填料因子數(shù)據(jù)，在φ25～φ38塑料鮑爾環(huán)之間。而φ25的拉西環(huán)的濕填料因子為524m-1。比較兩個流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，球形填料的濕填料因子明顯小于φ25拉西環(huán)的濕填料因子，這說明球形填料比φ25拉西環(huán)阻力小，發(fā)生液泛時的氣流速度高，即水力學(xué)性能好。
傳質(zhì)性能實(shí)驗(yàn)在相同的操作條件下進(jìn)行，結(jié)果如下表1拉西環(huán)形填料數(shù)據(jù)表

表2石墨環(huán)形填料數(shù)據(jù)表

表3球形絲網(wǎng)填料數(shù)據(jù)表(矩形孔尺寸為1.5mm×1.5mm)

從上述表中可以看出，φ40內(nèi)空的球形絲網(wǎng)填料與25×25的拉西環(huán)相比，其堆積個數(shù)僅為拉西環(huán)的1/3左右，堆積密度是拉西環(huán)的1/4，比表面積僅為拉西環(huán)的1/16，空隙率僅為99％，比拉西環(huán)大1/4，但其傳質(zhì)單元高度卻很相近，均為4塊塔板數(shù)。明顯比幾何尺寸相近的石墨環(huán)傳質(zhì)效率高。
可見球形填料具有用料及裝填個數(shù)少、孔隙率大、處理能力大、重量輕、傳質(zhì)效率高，多孔與內(nèi)空結(jié)構(gòu)有助于湍動和氣液有效接觸與分布，不但大大提高傳質(zhì)效率，而且防止結(jié)焦與堵塞。
本發(fā)明填料的優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步說明液體在穿過球形塔填料的孔向下流動時，被分割成小液滴，與從孔中向上流動的氣體接充分觸，而不僅僅限于在填料表面接觸，增強(qiáng)了氣液傳質(zhì)的效果。
球形塔填料結(jié)構(gòu)簡單，材料用量少，空隙率能夠達(dá)到95％以上，所以塔允許的處理能力大，操作彈性大。
球形塔填料制作材料用量少，相應(yīng)塔的支撐內(nèi)構(gòu)件承重要求降低，節(jié)約設(shè)備成本。
由于球形塔填料的幾何特性各向同性，裝進(jìn)塔內(nèi)能夠定向排列，分布性能好，有效控制了壁流現(xiàn)象產(chǎn)生。
球形各向同性，裝進(jìn)塔內(nèi)能夠定向排列，氣液兩相流動規(guī)則化，從而減少阻力，提高分離效率。
本發(fā)明所述的球形散堆塔填料可用于石油化工、精細(xì)化工領(lǐng)域中化學(xué)反應(yīng)、精餾、吸收、萃取等廣泛過程。


圖1絲網(wǎng)球形塔填料示意圖。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明的一個示例絲網(wǎng)球形塔填料的示意圖，填料尺寸外徑Φ40，矩形孔尺寸為1.5mm×1.5mm。
圖2絲網(wǎng)球型塔填料俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可用下文中的非限定性實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1用冷模填料性能評價裝置對球形散堆塔填料進(jìn)行流體力學(xué)性能評價及傳質(zhì)性能評價。
流體力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下不同的液體噴淋密度下，測得濕填料因子值為249m-1、238m-1、250m-1、241m-1，平均值為245m-1。
傳質(zhì)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下在操作條件為噴淋密度14.15m/h、氣速0.865m/s、操作壓力為101kPa時，填料層壓力降為40mmH2O，傳質(zhì)性能評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每米填料相當(dāng)于4.02塊理論塔板。
對比實(shí)施例1用冷模填料性能評價裝置對φ25拉西環(huán)填料進(jìn)行流體力學(xué)性能評價及傳質(zhì)性能評價。
流體力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下不同的液體噴淋密度下，測得濕填料因子值為537m-1、529m-1、519m-1、521m-1、513m-1、518m-1。平均值為523m-1。文獻(xiàn)記載φ25拉西環(huán)填料的濕填料因子值為524m-1。
傳質(zhì)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下傳質(zhì)在操作條件為噴淋密度14.15m/h、氣速0.865m/s、操作壓力為101kPa時，填料層壓力降為73mmH2O，傳質(zhì)性能評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每米填料相當(dāng)于4.12塊理論塔板。
權(quán)利要求
1.一種用于化工環(huán)保領(lǐng)域的反應(yīng)及分離過程的散堆填料，其特征在于，該填料是多孔空心體球形填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的散堆填料，其中，所述的球形填料是網(wǎng)狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的散堆填料，其中，所述的球形填料是絲網(wǎng)狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一所述的散堆填料，其中，所述球形填料結(jié)構(gòu)是內(nèi)空或球內(nèi)裝各種填充物的填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之任一所述的散堆填料，其中，材質(zhì)選用金屬、陶瓷、塑料、竹材和藤中的一種。
6根據(jù)權(quán)利要求1-5之任一所述的散堆填料，其中，所述球形填料是通過金屬絲網(wǎng)、金屬拉網(wǎng)或多孔金屬板沖壓成半球再焊接而成或其他可用的成形方式制成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一所述的散堆填料的應(yīng)用，其特征在于，，所述填料用于石油化工、精細(xì)化工領(lǐng)域中的化學(xué)反應(yīng)、精餾、吸收、萃取過程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種加工簡單、容易成形、分配效果好的新型球形填料?？蓮V泛用于化工、環(huán)保等各個領(lǐng)域。
文檔編號B01J19/30GK101091902SQ20061008649
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者段占庭, 董月梅, 尹應(yīng)武, 李健虹, 李 瑞, 張立塔, 楊福衛(wèi), 馮倩 申請人:北京清華紫光英力化工技術(shù)有限責(zé)任公司