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1、鞍环填料的新构型—双鞍环性能分析摘要介绍新型鞍环填料—双鞍环填料的构型和特点。通过性能试验与对比分析,表明其基本性能和若干技术经济指标优于环矩鞍填料,可代替传统填料用于塔的节能改造以及热敏性物系分离与真空精馏的填料塔设计。关键词双鞍环填料性能分析环矩鞍填料1概况塔填料的进化形成散装填料和规整填料两大系列。若以综合性能论,散装填料不及规整填料,但在投资省,装卸简易,对塔内件制作、安装的要求平和等方面独具优势,因而十分广泛地应用于工业分离过程。两种填料互补互济,呈并行发展。另外,因散料填装新型的效率、通量和压降等基本性能明显优于传统的塔盘,故越益频繁地用于旧塔改造,以追求扩产增容、节能降耗的目
2、标。填料技术的进展体现在填料构型的不断改进、完善和创新。从拉西环到鲍尔环,从环形填料到鞍形填料以及环鞍联体结构的出现,现代填料节节攀上高效、低阻、大通量的新水平,结构渐趋成熟,形成以下特点:(1)环壁开孔如在传统拉西环环壁开窗!,构成鲍尔环,使壁内外沟通,内表面有效率提高;气流通畅,阻力降低等。与拉西环相比,鲍尔环处理量高出50%~100%;压降降低50%~70%。(2)“扁环”结构“扁”是指环体高径比趋小,从初时的1变为0.5或更小。环体趋扁,填料重心下降,卧置填料在床层中的几率减小,而卧置填料的阻力最大。“扁”亦有利于气液湍动,活化内表面。作为扁环!的阶梯环是鲍尔环的改进型,其性能比鲍
3、尔环明显提高,通量高出10%~20%,压降低30%~40%,分离效率高5%~10%。(3)环鞍联体这类填料结构亦环亦鞍,取环体之高通量、鞍形之良好布液功能。环矩鞍类填料达到更高水平。对比鲍尔环,其通量高出15%~30%,压降低40%~70%,分离效率高约10%。本文推出自行开发的双鞍环(SA系列)填料在保留上述结构特征并考虑液流在床层的聚散机制与填料的堆积情况,从而改善床层的整体性能。本填料已获专利,专利号ZL97214344.0。2双鞍环的构型双鞍环,外观如两只大小不同的环矩鞍并连。矩鞍连一体,环圈呈‘台阶’。或者,可视为半个鲍尔环,从内壁向外冲出直径不等的两个环圈;半圆柱面的中腰有凸缘
4、;两头有翻边。图1双鞍环填料外形图这一构型既有‘开窗’亦属‘扁环’环鞍合壁。它有矩鞍环的雏型,也有纳特(Nutter)环的构思[1],具备了以下特点:(1)在水力学上的合理性环壁和环圈促成液流在内外表面多次循环,液表更新;环内相搭的翅头将液流从环壁导向各个方向;环壁中腰的凸缘促使液流向两侧均匀拉开,润湿表面。(2)良好的堆积性能填料的水力学和传质性能是床层宏观的统计学结果。填料塔性能的优劣不仅要看填料单体结构,更要考虑由这些填料堆积床层的整体性能。例如,同一种填料的乱堆和整砌的两种床层的性能完全不同,说明床层疏密均匀极为重要。SA环单体中大小环圈结构一改散装填料结构对称性的特点,使填料堆积
5、成床时避免套叠,空隙均匀,气流阻力减小;多枚翅条均匀切割环内空间,更利于液流在表面集散。SA填料形成的良好床层结构体现在后面的性能测试数据分析中。(3)提高强度重量比填料在床层中受温热、挤压作用,承受其上结构的重负,须保证必要的强度(和刚度)。填料尺寸越大,要求材质越厚。双鞍环由于两头翻边,尤其是中腰冲有凸缘的自身梁结构;可采用薄材加工。在保证必要的强度同时,加工材料较其它填料减薄0.2mm~0.3mm,不仅节省材料,而且减少塔的重量。提高填料的强度重量比原本是一项重要的技术经济指标,这对SA填料是一个优势。3双鞍环填料性能测定双鞍环流体力学传质性能测试在500塔中进行,以空气水为介质
6、进行。该普通不锈钢填料床高1m,液体分布器为多孔排管式,布点密度大于300点/m2。传质实验采用氧解析法。实验范围,气相动能因子F=1.0~4.5m/s(kg/m3)0.5;液相喷淋密度L=0~60m3/m2h。3.1双鞍环填料几何特性双鞍环填料的几何特性如表1所示。表1双鞍环填料几何特性3.2比压降△P(mmH2O/m)整理实验结果,将比压降与气相动能因子F的关系绘于图2与图3。用Leva方程进行关联式中,L为喷淋密度,m3/m2·h;F为气相动能因子,m/s·(kg/m3)0.5;A1B1C1为关联系数,可从表2查取。表2比压降关联系数在载点、泛点的操作范围内,(1)式对SA25/4
7、0和SA40的最大计算误差分别为15%和16%。图2SA25/40△P—F关系曲线图3SA—40△P-F关系曲线比压降可用另一种方法,即Eckert通用关系图查算。图算时需用压降填料因子φ△P。φ△P值与填料结构、材质和液体负荷有关。可根据实验数据,归纳出φ△P的关联式。表3压降填料因子φ△P实验值由表3数据回归:式中,A2、B2为关联系数,可由表4查取。表4φ△P的关联系数在F=1.0~4.0范围内,(2)式最大计算
