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精餾實際項目中填料該如何選擇?

各種填料的不斷涌現和廣泛應用,給化工裝置生產帶來了巨大的經濟效益。而單體填料僅僅是完成一定的傳質傳熱過程的填料床層系統的一個傳熱傳質單元,所以說填料的選擇不是孤立的,而是需要結合物系的特點、性質、床層的結構和安排、填料熱床層的支撐等因素綜合考慮的。這些因素在某種程度上對填料的選擇起著重要作用,甚至是決定性作用。現在來說說對于特定的傳熱傳質過程,如何選擇填料?

1、填料的比表面積——傳熱傳質性能

填料的研發通常注重兩個參數,即比表面積和空隙率。填料的比表面積就是單位體積填料所具有的表面積,是提供氣液熱交換和組分交換的場所,直接關系到傳質傳熱的效率,對于同一類型的填料比表面積越高,傳質傳熱效率也越高。當然,不同形式和結構的填料其比表面積在傳質傳熱過程中的作用也是不相同的。比表面積的作用取決于填料的濕潤度和對氣液均勻分布、接觸的程度。也正因為如此,才會出現各種不同結構、規格和形式的填料。

填料的傳質性能通常用等理論板高度來表示,等理論板高度越低說明這種填料的傳質傳熱性能越好。當然,研究文獻給出的等理論板高度通常是在空氣和水的物系中的研究成果,工程應用中必須結合實際物系的具體情況,通過已有工程應用的實踐經驗進行必要的調整。

2、填料的通量——流通能力

前邊提到填料的空隙率,這是體現填料流通能力的關鍵因素。填料的空隙率是單位體積填料空間所占的比例,是氣體和液體流動的通道,對于同一類型的填料,空隙率越高流通能力越大。當然,不同形式和結構的填料,空隙率對填料的流通能力的作用也是不相同的。對于特定的傳熱傳質過程,填料的流通能力通常采用能力因子或液泛點來表示,工程設計中通常采用液泛點或至大能力因子的70%~80%作為設計點來決定填料床層的直徑。

3、氣體通過填料的動力損失——填料床層的壓力降

氣體通過填料床層必然會產生流動的壓力損失,特別是減壓蒸餾塔,填料床層的壓力降直接關系到減壓蒸餾裝置的加工能耗或者是減壓拔出率。因此,填料的壓力降成為填料選擇的重要因素之一。

填料塔的研究和應用表明,在相同傳熱傳質效率和流通能力下,不同結構、規格、形式的填料所構成的填料床層,氣體通過的阻力損失是不同的。

4、填料的抗堵塞能力

在填料的選擇中,常會遇到物系中含有固體顆粒、機械雜質油泥等,這就要求填料的抗堵塞能力強。一般來講,空隙率大的填料較空隙率小的填料抗堵塞能力強,散堆填料較規整填料抗堵塞能力強,格柵類填料抗堵塞能力強。

5、填料的抗結焦能力

工程應用實踐表明,某些物系,特別是高溫熱敏感物系,在填料床層內部極易發生結焦現象,嚴重影響裝置的正常生產,例如減壓蒸餾塔的洗滌段等。在這種情況下,必須選擇抗結焦能力強的填料。

需要注意的是,抗結焦能力的填料必須具有如下特點:

a.具有較高的空隙率;

b.填料強度高,安裝、檢修、生產操作波動等非正常過程不易造成變形而改變填料層的不均勻性和密實程度;

c.填料床層空隙規范、規整性高;

d.填料表面光滑,不易滯留沉積物;

e.填料板片連續性小,結焦物不易沿板片連續增長;

f.填料床層內部不易形成易堵塞性通道。

基于這樣一種原則,雖然有些填料抗結焦能力強,但這一類填料的比表面積比較低,傳質傳熱效率也較低,達到相同的分離效果,需要的填料床層較高,不但設備投資會增加,也會由于床層過高造成床層內部填料表面潤濕不夠,而增加床層的結焦傾向。為解決這一問題,工程上多采用復合填料床層。

通過對實際發生的填料床層結焦現象進行分析,發現大多數結焦現象發生在填料床層的內部。說明要防止填料床層結焦,充分潤濕填料、減輕填料床層內部液體分布的不均勻性是十分重要的。

此外,出于對產生結焦的填料床層檢修處理考慮,采用散堆填料要比采用規整填料產生結焦之后的處理要容易得多。但散堆填料具有板片的不連續性,往往容易變形,也容易造成填料床層內部流道的不均勻性。因此,對于易發生結焦的物系,必須從填料的選擇、填料床層的設計以及液體分布系統全面綜合考慮。

講了這么多,可以看出結構和規格的選擇必須綜合多方面的因素。盡管填料的傳熱傳質效率、通量代表了填料的重要性能參數,但是工程應用中物系的某些特點如結焦傾向、堵塞傾向、腐蝕性等也是填料選擇時必須統籌考慮的因素。


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