填料塔工業(yè)應(yīng)用

為解決廢氣中有機(jī)胺類物質(zhì)的惡臭污染問題，采用自制生物填料塔處理三甲胺廢氣，考察了生物填料塔運(yùn)行的主要影響因素及對(duì)三甲胺廢氣的凈化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)氣中三甲胺質(zhì)量濃度為80.00mg/m3、氣體流量為0.3m3/h(停留時(shí)間不小于30s)、循環(huán)液噴淋密度為0.5m3/(m2?h)的條件下，三甲胺去除率達(dá)99.9%，凈化后氣體能達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn);生物填料塔對(duì)三甲胺的總?cè)コc容積負(fù)荷呈直線關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9949，表明三甲胺廢氣的生物凈化效果顯著。

摘要

塔設(shè)備有許多種類型，塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成常見的單元操作有:精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增

聚炳烯槽填料塔隨著新型塔填料的相繼開發(fā)和應(yīng)用，填料塔的優(yōu)點(diǎn)更顯突出，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。在煉油、石油化工、精細(xì)化工、化肥、制藥和原子能工業(yè)部門，以及環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用已趨于成熟。填料塔尤其適用于真空蒸餾、常壓及中壓下的蒸餾，當(dāng)然還有大氣量的兩相接觸過程(如氣體的吸收、冷卻等)，但在高壓精餾塔中應(yīng)用時(shí)要特別謹(jǐn)慎。人們正在對(duì)高壓精餾填料塔進(jìn)行研究，企圖從填料塔的結(jié)構(gòu)和操作方法上予以解決，例如有人提出填料層分段乳化操作或采用超重力場(chǎng)分離等。在突破高壓精餾塔應(yīng)用填料的局限性方面已取得了一些進(jìn)展，其關(guān)鍵是徹底弄清高壓(高液相負(fù)荷)對(duì)塔的處理能力和效率的影響，可利用淺床層和高性能塔構(gòu)件(如氣體分布器、液體分布器及再分布器)。也有人建議開發(fā)適用于高壓蒸餾的組合式填料。

填料塔應(yīng)用的另一個(gè)新領(lǐng)域是空氣分離裝置。30年代以前的空分設(shè)備，主要是滿足焊接、切割用氧及化工用氮。由于現(xiàn)代鋼鐵、氮肥、化工及火箭等技術(shù)的發(fā)展，氧、氮及稀有氣體的用量迅速增加。國外一些大公司，如德國的Linde公司，美國的APCI公司(空氣制品與化學(xué)品公司)、英國的BOC公司(氧氣公司)和法國的空氣液化公司等，均已開始把填料塔應(yīng)用于空分方面的研究，瑞士Sulzer公司作為填料生產(chǎn)廠商與上述公司積極合作，已取得可喜成績(jī)。

空分裝置中規(guī)整填料的另一個(gè)用途是在粗氬塔中使用。過去的粗氬塔為篩板塔，無法得到氧含量小于2×10-6的純氬。改用填料塔，便可取消過去生產(chǎn)純氬產(chǎn)品時(shí)使用的下游工藝。

80年代后期和90年代初期，國外還是推出了一些高效新型填料，數(shù)量上雖不是很多，但也還有特色。

Envicon公司的新型Mc-Pac環(huán)金屬填料，有30mm×15mm和65mm×30mm 這2種尺寸。據(jù)制造商介紹，與50mm鮑爾環(huán)相比，其較大型號(hào)的效率提高40%，壓降減小60%。Raschig公司的Raschig-Super-Ring塑料環(huán)，按照該公司的介紹，與50mm塑料鮑爾環(huán)相比，它的壓力損失減少了70%，負(fù)荷能力提高了50%。Lantc公司的Q-pacMetalHybridPacking(混合填料)，具有規(guī)整填料的效率和能力，又有散堆填料的經(jīng)濟(jì)性和通用性，能降低HETP(理論塔板等效高度)30%以上，壓力損失減少40%。Lantc公司的IMPAC工藝塔填料，其傳質(zhì)效率比Intalox高出30%以上，其優(yōu)良的綜合性能在現(xiàn)代散堆填料領(lǐng)域內(nèi)一枝獨(dú)秀，對(duì)于精密分離、熱敏物系和節(jié)能改造十分有利。Lantc公司的IMPAC冷卻塔填料，具有良好的水滴分散性能和自分布性能，每m3有多達(dá)5萬個(gè)的水滴。與現(xiàn)有填料相比，效率可提高40%以上，具有長(zhǎng)達(dá)10年的使用壽命，有效地降低了操作成本。Lantc公司的LANPAC環(huán)保塔填料，與其他尺寸相同的填料相比，它可更有效地降低壓降，提高傳質(zhì)效率，且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)證明不堵塞。Koch公司的K4GTM高效填料，自稱是從拉西環(huán)算起，鮑爾環(huán)是第二代，從前的其他各種散堆高效填料是第三代，它是第四代第一個(gè)散堆填料，具有更低的壓降和非常高的分離能力，經(jīng)美國得克薩斯州大學(xué)能量研究中心試驗(yàn)證明，其能力可比鮑爾環(huán)提高15%，該公司稱其是目前最先進(jìn)的散堆填料之一。此外，還有日本的M-pak環(huán)和Koch公司的K-pak環(huán)。

Sulzer公司的Katapak化學(xué)反應(yīng)器用填料，是以雙層絲網(wǎng)制成的波紋填料，在絲網(wǎng)的夾層內(nèi)裝有催化劑[5]。Sulzer公司的Optiflow規(guī)整填料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，由薄板片沖壓折疊和組 裝而成，它改變了液相在Mellapak板渡填料表面上穩(wěn)定流過較長(zhǎng)距離的傳統(tǒng)模式，通過曲折而不斷改變方向的板片，促進(jìn)液相的分散-聚合-再分散循環(huán)，保證與氣相的良好接觸，并使傳質(zhì)表面不斷更新。它綜合了規(guī)整填料和散堆填料的優(yōu)點(diǎn)，既具有很高的效率，又具有極大的通量。據(jù)稱，與常規(guī)塔板和填料相比，在相同的分離效率條件下，處理能力可提高20%~25%，而在相同的處理能力情況下，傳質(zhì)效率可提高50%。Raschig公司的Supekpak300型板式規(guī)整填料的比表面積為300m2/m3。根據(jù)制造商提供的數(shù)據(jù)，與迄今在比表面上可相比擬的填料相比，它的負(fù)荷能力提高26%，壓力損耗降低33%。日本三菱商事(株)的Mc-pak規(guī)整填料，分為絲網(wǎng)和板材2類，絲網(wǎng)500目，比表面積為1000m2/m3。板材類有250S、350S、500S和500SL共4種，比表面積分別為250m2/m3、350m2/m3、500m2/m3，其中500SL為高液負(fù)荷和低壓降型?？偟奶攸c(diǎn)是壓力損耗小，操作范圍寬，HETP小，操作彈性大。Schott公司的Durapack玻璃纖維規(guī)整填料，是該公司的專利產(chǎn)品，為高抗腐產(chǎn)品，具有高通量、低壓降及良好的分離性能。比表面積為280m2/m3和400m2/m3。空隙率分別為80%和72%，網(wǎng)紋表面分為粗糙表面和光滑表面，裝入DN100~DN1000mm的塔內(nèi)。此外，瑞土Kühni公司還將Rombopak系列擴(kuò)展到12M型。它的比表面積為450m2/m3。制造商在一個(gè)內(nèi)徑為DN50mm的實(shí)驗(yàn)塔內(nèi)用氯苯/乙苯試驗(yàn)體系在6600Pa壓力下測(cè)得:當(dāng)F因子為0.5Pa時(shí)，為10塊理論塔板;當(dāng)F因子為2Pa時(shí)，為7塊理論塔板。Montz公司提供了他們的鉭質(zhì)Montz-PakA300型填料，它的板厚為0.05mm。Nutter公司生產(chǎn)的BSH規(guī)整鎮(zhèn)料是介于網(wǎng)、板填料之間的新型高效填料，它獨(dú)特的可膨脹金屬織物結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了金屬絲網(wǎng)和片狀金屬規(guī)整填料間的差距。BSH織物結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管作用，使填料在任何操作工況下都具有最高的傳質(zhì)效率。填料的開口處可保證填料有效表面不斷更新和填料兩邊液體的交換，達(dá)到最佳的氣液接觸和分離效果，其比表面積高達(dá)500m2/m3，可滿足任何分離工藝需要。它典型應(yīng)用在煉油廠的粗餾塔、反應(yīng)蒸餾、空氣分離和制藥化學(xué)塔。BSH填料配用Nutter公司專利液體分布器等全部塔內(nèi)件，理論塔板數(shù)高、HETP低、壓降小。

近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，該填料利用毛細(xì)管來影響長(zhǎng)程相互作用力，可使原需要共沸精餾等的物料在一個(gè)塔內(nèi)完成且再也無需共沸劑等中間物料，大大提高精餾效率，有效降低塔高。

塔內(nèi)件和填料及塔體共同構(gòu)成了一個(gè)完整的填料塔，塔內(nèi)件是填料塔的組成部分。

塔內(nèi)件的作用是為了使氣液在塔內(nèi)有更好地接觸，以便于發(fā)揮填料塔的最大生產(chǎn)能力和最大效率，所以說塔內(nèi)件設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)填料塔的操作運(yùn)行和填料性能的發(fā)揮。

此外，填料塔的"放大效應(yīng)"除了填料本身固有的因素之外，塔內(nèi)件對(duì)它的影響也很大。

塔內(nèi)件主要包括以下幾個(gè)部分:

一、液體分布裝置

二、填料壓緊裝置

三、填料支撐裝置

四、液體收集再分布及進(jìn)出料裝置

五、氣體進(jìn)料及分布裝置

六、除沫裝置

填料是填料塔中的傳質(zhì)元件，它可以有不同的分類。填料的類型有兩大類:拉西環(huán)矩鞍填料;鮑爾環(huán);鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的壁面上開一層或兩層長(zhǎng)方形小窗。波紋填料有絲網(wǎng)形和孔板形兩大類。

對(duì)填料的基本要求有:傳質(zhì)效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產(chǎn)能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經(jīng)久耐用具有良好的耐腐蝕性，較高的機(jī)械強(qiáng)度和必要的耐熱性。取材容易，價(jià)格便宜。