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峰谷搭片式波纹填料开发与应用

峰谷搭片式波纹填料开发与应用
梁泰安 周伟 杜剑婷
摘 要:峰谷搭片式波纹填料比常见的波纹填料效率高约10%,通量 增大20%,压降降低30%,综合性能更为优良。峰谷搭片式波纹填料已成功地在茂名石油化工公司的四蒸馏减压塔项目中得 到应用。
关键词:填料塔;波纹填料;峰谷搭片式波纹填料
分类号:TQ 053.5 文献标识码:A
文章编号:1000-7466(2000)02-0001-03
Developmentand application of Dapak packing
  LIANGTai-an, ZHOUWei, DUJian-ting
(Tianjin University Modern Packed Tower Technology Company,Tianjin 300072,China)
AbstractTheefficiency of Dapak rises 10%,the flux ris es 20%,the pres suredrop drops 30%,the synthetically function is more better.Dapak havebe en s uccessfully applied to the project of fourthdistillation-decompressed column o f Maoming PetrochemistryEngineering Company.
Key words
packedtower;ripple packing;Dapak▲
  填料塔是化工分离过程中的一种重要气液传质设备,填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相传热、传质的接触表面。
  自从60年代初的金属丝网波纹填料和70年代末的金属孔板波纹填料问世以来,填料塔技术 及其基础理论研究不断深入发展,瑞士苏尔寿(Sulzer)公司的麦勒派克填料(Mellapak)代表了化工填料研究领域的世界先进水平。
  随着社会的进步,人们对于填料塔技术不断地提出了更新、更高的要求,企盼着效率更高、通量更大、压降更低及性能更为优良的化工填料不断地被开发出来,国内外的专家为此付出了辛勤劳动。几年来,天津大学填料塔新技术公司先后开发出数种新型化工填料,并已获得了国家专利,峰谷搭片式波纹填料就是其中的一种。
1 结构特点
  峰谷搭片式波纹填料不同于常见的孔板波纹填料,它属于新型的断续波 纹填料中的一种,外观形状见图1。该填料是在常见波纹填料的基础上,在波纹 填料的每一完整波纹棱线上分段间隔、反向进行切割和冲压,产生多个凹坑和切口,成为不完整的断续波纹,生成了非同以往的新型结构形状。
图1 Dapak填料单片结构
  该填料的结构特征:在其每一周期波纹的波峰上,规则间断地开设截面形状呈三角形的谷段,构成谷段的每个谷面为上小下大的梯形或平行四边形,谷段的深度小于1/2波峰高度。且在该填料的每一周期波纹的波谷中,规则间断地开设截面形状呈三角形的峰段,构成峰段的每个峰面为上大下小的梯形或平行四边形,峰段高度小于1/2波谷深度。
  如上所述,峰谷搭片式波纹填料的波纹与众不同,波峰上有谷,波谷中有峰,是1种具有新型结构形状的断续波纹填料,其正截面形状见图2。
图2 Dapak填料截面形状
  该填料易于生产制造,填料上切割成的凹坑和切口并不影响整体填料片的刚度和强度,填料片之间也不存在“互咬现象”,组盘安装使用方便。
2 实验与结果
  我们先后采用峰谷搭片式波纹填料Ⅰ型和常见的250Y孔板波纹填料进行了传质性能和流体力学对比实验。
  峰谷搭片式波纹填料Ⅰ型的传质性能实验是采用氯苯-乙苯物系在减压全回流下进行的 ,填料层高度为1.8m,实验数据见图3。流体力学实验是采用空气-水物系得到 的,填料层高度为1.4 m,实验数据见图4。250Y孔板波纹填料的对比实验数据见图3和图5。
图3 DapakⅠ型填料性能
图4 DapakⅠ型填料流体力学性能
图5 250Y孔板波纹填料流体力学性能
  实验结果表明,峰谷搭片式波纹填料Ⅰ型的传质效率比250Y孔板波纹填料高约10%,其通量比250Y孔板波纹填料增大20%,而其压降比250Y孔板波纹填料降低30%,综合性能更优良。事实说明,峰谷搭片式波纹填料是一种传质效率更高、通量更大、压降更低和抗脏堵能力更强的新型填料,应用前景非常广阔。
3 机理分析
  峰谷搭片式波纹填料与常见的孔板波纹填料比较,具有如下独有的特点 。
  (1)比表面积100%充分利用 填料的比表面积对其效率有着直接影响。为使常见波纹填料双 面表层均匀产生液膜,通常在填料片上均匀加工出一些圆孔,不仅大幅度增加了加工制造成本,而且使得比表面积减少约8%,致使填料效率受到一定的影响。在峰谷搭片式波纹填料上设有众多的凹坑和 切口,可以代替常见波纹填料表面的圆孔,不仅节约了原有冲压工艺中8%的下脚料,还相对增加了填料的比表面积,进而明显地提高了 峰谷搭片式波纹填料的效率。
  (2)三度空间的气体网络通道 由于峰谷搭片式波纹填料片上众多凹坑和切口的存在,形成了特有的上下、前后和左右三度空间气体网络通道,与常见波纹填料的单一方向汽相通道相比具有更大的优势,因而使得峰谷搭片式波纹填料比常见波纹填料 通量增大20%,压降降低30%。
  (3)双向流体的高效切割功能 峰谷搭片式波纹填料上存在的大量切口好似万把尖刀,可把向上的气流和向下的液流千万次地切割分解,能够更有效地促进液流和气流的均匀分布。
  (4)瀑布溅射的喷雾效果 峰谷搭片式波纹填料上存在的大量凹坑和切口,造成了每一束液流的无数个落差,每个落差都形成了一个小的瀑布,每束液流在瀑布处向四面八方溅射,生成无数微小的液滴,产生良好的喷雾效果,更加有利于液流和气流的充分混合。
  (5)液体流动的扇形扩散轨迹 在常见波纹填料中,当一束液流从上端流入,经过填料片后一般可扩散成2~3束流出 ,分流系数K1=2.5;在峰谷搭片式波纹填料中,当一束液流从上端流入,经 过填料片后可扩散成6~7束流出,分流系数K2=6.5,扩散倍数N=K2/K1=2.6,相对增加了1.6倍。
  (6)减少壁流的有效途径 峰谷搭片式波纹填料将常见的传统长波纹断开缩短,使得靠近塔壁的液流经过扩散之后,在液流自重的作用下,其中有一部分不再流向塔壁,致使影响填料效率的壁流状况减小30 %左右。
4 应用
  峰谷搭片式波纹填料于1997年研制成功,现已获得国家专利 ,专利号:ZL97220464.4。该 填料于1997年首次应用于茂名石油化工公司的四蒸馏减压塔,塔径8 400 mm,是目前国内蒸馏装置中自行设计的塔径蕞大、难度蕞高的大型混 合式塔器。由茂名石油化工公司设计院与天津大学化学工程研究所、天津大学填料塔新技术公司合作,于1997年完成设计、制造和安装,并于1998年8月12日投料试车,8月13日产出合格产品,取得一次性开车成功。
  峰谷搭片式波纹填料还先后在镇海、中原油田和克拉玛依等地厂矿推广应用,均已获得 成 功。该填料到目前为止已累计生产、销售约3000 m,经济效益显著,其应用前景非常广阔 。
  在1999年4月5日于北京举办的第7届中国专利技术博览会上,峰谷搭片式波纹填料项目荣获金奖,并得到金牌、金杯和获奖证书。峰谷搭片式波纹填料必将在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等领域得到广泛应用。
(王编)■
 
 
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