一种基于高通量散堆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 塔。
【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： 一种基于高通量散堆填料支撑的大通量填料塔，在塔中在低通量散堆填料的下端放置 较低通量散堆填料通量大的散堆填料。
[0007] 所述上层散堆填料的高度为o.lm至100m，下端通量大的散堆填料的高度为0.01m 至100m。
[0008] 所述下端的通量大的填料为比表面积更低、颗粒更小的填料。
[0009] 所述下端的通量大的填料为一种或多种填料。
[0010]所述填料的材质为金属、塑料、陶瓷、碳纤维；下端的填料可与上层填料采用相同 或不同的材质。
[0011]上述散堆填料不做具体限定，可为现有技术中的散堆填料。
[0012] 本发明的原理： 在假设液相全塔分布是理想状态，由于塔顶气相动能因子Fg更大，可推测液泛应从塔 顶开始。
[0013] 证明过程： 假设气相符合理想气体定律（水精馏体系和空气-水体系基本符合）
可知Fg与压力的平方根正反比，由于塔顶压力小，故Fg更大，理论上更易液泛。
[0014] 散堆填料的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。根据我 们的推测，填料液泛理论上应该从填料顶开始。
[0015] 在实验过程中发现散堆填料的支承板面由于填料颗粒与支承网贴合在一起，且形 成毛细现象，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。
[0016] 作用机理:对于低通量的填料来讲，与高通量填料的接触相比于与普通网状支承 板面的接触，接触点数量多，且非常均匀，引流作用强，可避免低通量填料层下端的液泛。对 高通量填料来讲，填料层下端面与支承板面所允许的通量是要大于低通量填料的，可有效 延缓液泛，增大通量。
[0017] 实验过程中发现3mm*3mm0环填料和4mm*4mm0环填料都是从塔底支承板面开始液 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，容易造成填料的液泛。
[0018] 技术效果:为此，我们在普通颗粒填料的下端装一层通量更大的颗粒填料，对上层 填料而言，下端的引流作用加强了，能推迟液泛的到来;对下层填料而言，本身的通量大，也 不会液泛。相同构型的散堆填料通量低的原因是填料颗粒小，堆密度高，但效率也会高。在 下端装填一段高通量的填料后，全塔通量很大，且能利用小颗粒填料高效率的优点。
【附图说明】
[0019] 图1为不同回流量下三种填料装填方式压降、液泛通量的实验结果。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 为探究填料支撑方法对通量的影响，避免填料下端面支撑处的液泛，在内径50mm，高度 60cm的玻璃塔内，采乙醇-正丙醇体系在全回流精馏操作条件下比较以下三种填料装填方 法的液泛通量和压降：a. 3mm*3mm9环填料；b. 4mm*4mm9环填料；c.下端装5cm高4mm* 4mm9环填料，上端装55cm高3mm*3mm9环填料。
[0021 ]实验方法:全塔液泛后，固定加热功率，则流量稳定，待压降、塔顶塔底温度稳定60 分钟后测U型管压差，逐渐增大流量，直至液泛。
[0022]实验结果如图1所示，不同回流量下三种填料装填方式压降、液泛通量的比较： 从图中可以看到下端装5cm高4mm*4mm9环填料、上端装55cm高3mm*3mm9环填料的安装 方法相比于全塔装3*3Θ环填料的可有效降低全塔压降，增大全塔通量。全塔装3*3Θ环填料 在回流量3 8 m L / m i η的情况下就已经液泛，而下端装了 5 c m的4 mm * 4 mm Θ环填料后，在回流量 87mL/min的情况下才开始在塔底有积液。此液泛通量与4_*4_θ环填料相当。在下端装5 cm 高的4mm*4mm0环填料后，可避免3*3Θ环填料下端的液泛，而增大全塔的通量。
[0023] 实施例2: 如实施例1中描述的实验流程，从下往上依次装5cm高5mm*5mm0环填料，5 cm高的4mm* 4mm0环填料，50cm高的3mm*3mm0环填料，再测全塔通量，发现压降显著降低，且通量提高到 120ml/min后，在塔顶才发生液泛。
[0024] 实施例3: 如实施例1中描述的实验流程，从下往上依次装5cm高拉西环填料，55cm高的 3mm*3mm0环填料，再测全塔通量，发现压降显著降低，且通量提高到120ml/min后，在塔顶才 发生液泛。
[0025] 实施例4: 如实施例1中描述的实验流程，从下往上依次装5cm高拉西环、鲍尔环、阶梯环、 金属英特洛克斯填料的混合填料，55cm高的3mm*3mm0环填料，再测全塔通量，发现压降显著 降低，且通量提高到120ml/min后，在塔顶才发生液泛。
[0026] 实施例5: 如实施例1中描述的实验流程，从下往上依次装lcm高拉西环，lcm高鲍尔环填 料，lcm高阶梯环填料，lcm高金属英特洛克斯填料的混合填料，56cm高的3mm*3mm0环填料， 再测全塔通量，发现压降显著降低，且通量提高到120ml/min后，在塔顶才发生液泛。
[0027] 由以上实验结果可知:在下端装5cm高的4mm*4mm0环填料后，可避免3*3Θ环填料下端的 液泛，而增大全塔的通量、降低压降。
[0028] 从下往上依次装5cm高5mm*5mm9环填料，5cm高的4mm*4mm9环填料，50cm高的3mm* 3_θ环填料，可避免4*4Θ环填料下端的液泛，而进一步增大全塔的通量、降低压降。
[0029] 装填一定数量(实施例4中为四种）的混合填料做支撑段填料也能有效提高填料塔 整体的通量。
[0030] 依次装填四种大通量的填料做为支撑段填料也可有效提高填料塔整体的通量。
[0031] 总结起来，在下端装合适高度的高通量散堆填料后，可避免低通量填料下端的液 泛，而增大全塔的通量、降低压降。
【主权项】
1. 一种基于高通量散堆填料支撑的大通量填料塔，其特征在于在塔中在低通量散堆填 料的下端放置较低通量散堆填料通量大的散堆填料。2. 根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于所述上层散堆填料的高度为0.1m至100m， 下端通量大的散堆填料的高度为0. 〇lm至100m。3. 根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于所述下端的通量大的填料为比表面积更 低、颗粒更大的填料。4. 根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于所述下端的通量大的填料为一种或多种 填料。5. 根据权利要求1所述的填料塔，其特征在于所述填料的材质为金属、塑料、陶瓷、碳纤 维;下端的填料可与上层填料采用相同或不同的材质。
【专利摘要】本发明公开了一种增加散堆填料塔整体通量的方法，具体为将通量更大的散堆填料放置在低通量散堆填料的下端，可有效提高全塔的操作通量、降低压降。
【IPC分类】B01J10/00, B01D53/18, B01D11/00, B01J14/00, B01D3/14
【公开号】CN105457327
【申请号】CN201510647364
【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4月6日
【申请日】2015年10月9日