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精馏实际项目中填料该如何选择?

各种填料的不断涌现和广泛应用,给化工装置生产带来了巨大的经济效益。而单体填料仅仅是完成一定的传质传热过程的填料床层系统的一个传热传质单元,所以说填料的选择不是孤立的,而是需要结合物系的特点、性质、床层的结构和安排、填料热床层的支撑等因素综合考虑的。这些因素在某种程度上对填料的选择起着重要作用,甚至是决定性作用。现在来说说对于特定的传热传质过程,如何选择填料?

1、填料的比表面积——传热传质性能

填料的研发通常注重两个参数,即比表面积和空隙率。填料的比表面积就是单位体积填料所具有的表面积,是提供气液热交换和组分交换的场所,直接关系到传质传热的效率,对于同一类型的填料比表面积越高,传质传热效率也越高。当然,不同形式和结构的填料其比表面积在传质传热过程中的作用也是不相同的。比表面积的作用取决于填料的湿润度和对气液均匀分布、接触的程度。也正因为如此,才会出现各种不同结构、规格和形式的填料。

填料的传质性能通常用等理论板高度来表示,等理论板高度越低说明这种填料的传质传热性能越好。当然,研究文献给出的等理论板高度通常是在空气和水的物系中的研究成果,工程应用中必须结合实际物系的具体情况,通过已有工程应用的实践经验进行必要的调整。

2、填料的通量——流通能力

前边提到填料的空隙率,这是体现填料流通能力的关键因素。填料的空隙率是单位体积填料空间所占的比例,是气体和液体流动的通道,对于同一类型的填料,空隙率越高流通能力越大。当然,不同形式和结构的填料,空隙率对填料的流通能力的作用也是不相同的。对于特定的传热传质过程,填料的流通能力通常采用能力因子或液泛点来表示,工程设计中通常采用液泛点或至大能力因子的70%~80%作为设计点来决定填料床层的直径。

3、气体通过填料的动力损失——填料床层的压力降

气体通过填料床层必然会产生流动的压力损失,特别是减压蒸馏塔,填料床层的压力降直接关系到减压蒸馏装置的加工能耗或者是减压拔出率。因此,填料的压力降成为填料选择的重要因素之一。

填料塔的研究和应用表明,在相同传热传质效率和流通能力下,不同结构、规格、形式的填料所构成的填料床层,气体通过的阻力损失是不同的。

4、填料的抗堵塞能力

新疆喜乐彩在填料的选择中,常会遇到物系中含有固体颗粒、机械杂质油泥等,这就要求填料的抗堵塞能力强。一般来讲,空隙率大的填料较空隙率小的填料抗堵塞能力强,散堆填料较规整填料抗堵塞能力强,格栅类填料抗堵塞能力强。

5、填料的抗结焦能力

工程应用实践表明,某些物系,特别是高温热敏感物系,在填料床层内部极易发生结焦现象,严重影响装置的正常生产,例如减压蒸馏塔的洗涤段等。在这种情况下,必须选择抗结焦能力强的填料。

需要注意的是,抗结焦能力的填料必须具有如下特点:

a.具有较高的空隙率;

b.填料强度高,安装、检修、生产操作波动等非正常过程不易造成变形而改变填料层的不均匀性和密实程度;

c.填料床层空隙规范、规整性高;

d.填料表面光滑,不易滞留沉积物;

e.填料板片连续性小,结焦物不易沿板片连续增长;

f.填料床层内部不易形成易堵塞性通道。

基于这样一种原则,虽然有些填料抗结焦能力强,但这一类填料的比表面积比较低,传质传热效率也较低,达到相同的分离效果,需要的填料床层较高,不但设备投资会增加,也会由于床层过高造成床层内部填料表面润湿不够,而增加床层的结焦倾向。为解决这一问题,工程上多采用复合填料床层。

通过对实际发生的填料床层结焦现象进行分析,发现大多数结焦现象发生在填料床层的内部。说明要防止填料床层结焦,充分润湿填料、减轻填料床层内部液体分布的不均匀性是十分重要的。

此外,出于对产生结焦的填料床层检修处理考虑,采用散堆填料要比采用规整填料产生结焦之后的处理要容易得多。但散堆填料具有板片的不连续性,往往容易变形,也容易造成填料床层内部流道的不均匀性。因此,对于易发生结焦的物系,必须从填料的选择、填料床层的设计以及液体分布系统全面综合考虑。

讲了这么多,可以看出结构和规格的选择必须综合多方面的因素。尽管填料的传热传质效率、通量代表了填料的重要性能参数,但是工程应用中物系的某些特点如结焦倾向、堵塞倾向、腐蚀性等也是填料选择时必须统筹考虑的因素。


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