新型节能填料

1、 周周 大大 军军湘潭大学化工学院湘潭大学化工学院 2 0 0 6 年年 9 月月塔填料技术总是伴随着能源危机而发展，塔填料技术总是伴随着能源危机而发展，也将随着人们用能要求的提高而再提高也将随着人们用能要求的提高而再提高！ 随着我国经济的高速发展，环境与能源作为可持续发展随着我国经济的高速发展，环境与能源作为可持续发展战略的核心问题，也必然会越来越受到人们的高度关注。战略的核心问题，也必然会越来越受到人们的高度关注。 填料塔和其他塔设备相比，它常因结构简单、投资少；填料塔和其他塔设备相比，它常因结构简单、投资少；压降小、能耗低而备受青睐，填料塔与填料技术的发展压降小、能耗低而备受青睐，填料塔

2、与填料技术的发展也总是伴随着世界能源危机而走过来的。也总是伴随着世界能源危机而走过来的。 华南理工研发的华南理工研发的共轭环，天津大学的共轭环，天津大学的网孔波纹填料，清网孔波纹填料，清华大学的扁环填料，以及南京大学的华大学的扁环填料，以及南京大学的无壁流规整填料无壁流规整填料等等具有自主知识产权的填料，均达到了世界先进水平具有自主知识产权的填料，均达到了世界先进水平 。 90年代后，随着能源危机的过去，填料技术的发展也开年代后，随着能源危机的过去，填料技术的发展也开始变得缓慢，仿佛进入了休眠期。始变得缓慢，仿佛进入了休眠期。尽管如此，我们相信尽管如此，我们相信新型填料的开发仍将会继续，其重点

3、仍将是规整填料，新型填料的开发仍将会继续，其重点仍将是规整填料，因为能源问题，永远是人类发展的瓶颈。因为能源问题，永远是人类发展的瓶颈。 新型节能填料的开发，必须依赖新技术与新理论的应用新型节能填料的开发，必须依赖新技术与新理论的应用才能取得突破性进展。才能取得突破性进展。工作原理图工作原理图液相液相气相气相气相气相结构示意图结构示意图锥度螺旋填料的结构特征锥度螺旋填料的结构特征 气液两相流体可以气液两相流体可以借助于离心力，可获得较大的借助于离心力，可获得较大的分离因素；分离因素； 将塔内气液两相流体的将塔内气液两相流体的逆流接触方式改为错流接逆流接触方式改为错流接触，触，可大幅度减少阻力，

4、增加负荷；可大幅度减少阻力，增加负荷； 可在填料的可在填料的螺旋间隙中形成稳定液膜，且更新频螺旋间隙中形成稳定液膜，且更新频率极高，率极高，能有效增加传质面积，提高传质效率；能有效增加传质面积，提高传质效率； 气液两相分布状况好，无壁流，气液两相分布状况好，无壁流，液相的停留时间液相的停留时间比常规填料要长，但比常规填料要长，但不会形成死角，更不会导致不会形成死角，更不会导致液相的局部累积；液相的局部累积； 液泛气速大，具有较强的自清洗功能，液泛气速大，具有较强的自清洗功能，即使用于即使用于含固体颗粒的结晶体系，或高粘度物系，含固体颗粒的结晶体系，或高粘度物系，填料层填料层的也无堵塞现象。的也

5、无堵塞现象。 实验研究结果与分析实验研究结果与分析-压降特性压降特性 随着喷淋密度的增加，填料随着喷淋密度的增加，填料层的压降增加也越显著。层的压降增加也越显著。 在较大的操作负荷范围内填在较大的操作负荷范围内填料层的压降并无明显增加，仅料层的压降并无明显增加，仅在接近泛点时，才有较为显著在接近泛点时，才有较为显著的增大。的增大。 锥度螺旋填料在不同的喷淋锥度螺旋填料在不同的喷淋低气速时，锥度螺旋填料的压低气速时，锥度螺旋填料的压密度下均有一压降的相对稳定密度下均有一压降的相对稳定区，但稳定区的范围随喷淋密区，但稳定区的范围随喷淋密度的增大而逐渐缩小。度的增大而逐渐缩小。 在稳定区内，随喷淋密

6、度的在稳定区内，随喷淋密度的增加，填料层压降的增加并不增加，填料层压降的增加并不十分明显。十分明显。P /Pam-1FV / m.s.(kg.m-3)0.5锥度螺旋填料不同喷淋密度下的压强降锥度螺旋填料不同喷淋密度下的压强降实验研究结果与分析实验研究结果与分析-压降比较压降比较降比降比环略高，随着气速的增加，环略高，随着气速的增加，压降之差明显减少；压降之差明显减少；当气速较高时，锥度螺旋填料当气速较高时，锥度螺旋填料的压降反而低很多，相同喷淋密的压降反而低很多，相同喷淋密下，气速越高差值越大，这说明下，气速越高差值越大，这说明在相同压降下，锥度螺旋填料允在相同压降下，锥度螺旋填料允许更大的气

7、相负荷，或在相同负许更大的气相负荷，或在相同负下，压降更小；下，压降更小；实验研究表明，在相同气相负实验研究表明，在相同气相负荷，锥度螺旋填料的压降平均要荷，锥度螺旋填料的压降平均要低低50.2，最高可达，最高可达814。而在相同压降的情况下，锥度螺而在相同压降的情况下，锥度螺旋填料的生产负荷平均可提高旋填料的生产负荷平均可提高20.8，最高可达，最高可达28.8。 P /Pam-1FV / m.s.(kg.m-3)0.5锥度螺旋填料与锥度螺旋填料与q q环的压降比较环的压降比较Pactapered thread packing泛点气速泛点气速与与泛点泛点压降的比较压降的比较填料名称填料名称喷

8、淋密度喷淋密度 m m3 3m m-2-2h h-1-181.5181.5197.8197.81114.11114.11130.41130.41146.7146.7163.01163.01锥度螺旋锥度螺旋泛点气速泛点气速 msms-1-1 0.450.450.410.410.340.340.290.290.270.27泛点压降泛点压降 PamPam-1-1 1346134621452145198519851816181618631863环环泛点气速泛点气速 msms-1-1 0.410.410.360.360.320.320.270.270.250.25泛点压降泛点压降 PamPam-1-1

9、2853285334453445342134213981398131063106拉西环拉西环泛点气速泛点气速 msms-1-10.250.250.180.180.140.14/ / / /泛点压降泛点压降 PamPam-1-1329732973266326633143314/ / / / 在相同喷淋密度下，与在相同喷淋密度下，与环填环填料相比，其泛点气速平均要料相比，其泛点气速平均要高出高出8.76%，而泛点压降则，而泛点压降则要低要低45.38 ； 与拉西环填料相比，泛点压与拉西环填料相比，泛点压降则要低降则要低58.8，泛点气速，泛点气速则要高出则要高出23倍，其优势更倍，其优势更为明显。

10、为明显。 实验研究结果表明，锥度螺实验研究结果表明，锥度螺旋填料在相同液相负荷情况旋填料在相同液相负荷情况下，可使填料塔的生产能力下，可使填料塔的生产能力平均提高平均提高55.6，同时单位，同时单位产品的能耗还可降低产品的能耗还可降低50。 锥度螺旋填料q环填料拉西环UGF /ms-1Lw/m3m-2h-1三种填料泛点气速与泛点压降的对比三种填料泛点气速与泛点压降的对比不同喷淋密度下三种不同喷淋密度下三种填料的泛点气速对比填料的泛点气速对比不同填料动持液量的比较不同填料动持液量的比较动持液量动持液量 m3m-3 填料名称填料名称喷淋密度，喷淋密度，m3m-2h-181.5197.81114.1

11、1130.41锥度螺旋填料锥度螺旋填料 0.238840.406030.429910.45857环的动持液量环的动持液量 0.253170.281830.296160.31527 从表中可以看出，在相同喷淋密度下，锥度螺旋填从表中可以看出，在相同喷淋密度下，锥度螺旋填料的动持液量比料的动持液量比环填料要大。环填料要大。 在喷淋密度为在喷淋密度为97.81至至30.41 m3.m-2.h-1情况下，锥度螺旋填料的动持液量比情况下，锥度螺旋填料的动持液量比环填料平均要大环填料平均要大31%左右。大持液量是锥度螺旋填料左右。大持液量是锥度螺旋填料区别于一般常规填料的一项重要特征。区别于一般常规填料的

12、一项重要特征。导致锥度螺旋填料高持液量的主要因素导致锥度螺旋填料高持液量的主要因素: 流线性连续流道，可以维持气液两相相对稳定的流动状态流线性连续流道，可以维持气液两相相对稳定的流动状态; 错流流动，相互间的扰动与影响较小错流流动，相互间的扰动与影响较小; 液膜的厚度虽然会随液相量增大而增加，但锥度螺旋产生的离液膜的厚度虽然会随液相量增大而增加，但锥度螺旋产生的离心力也会随液相量的增加而加大，在增大离心力的挤压作用下，心力也会随液相量的增加而加大，在增大离心力的挤压作用下，液膜的厚度又会相对减薄，从而在较大的液相量范围，会维持液膜的厚度又会相对减薄，从而在较大的液相量范围，会维持相对稳定的液膜

13、厚度与压强降相对稳定的液膜厚度与压强降; 流线性连续流道，不会有壁流，填料层内也不会形成死角，更流线性连续流道，不会有壁流，填料层内也不会形成死角，更不会导致填料层内局部液相的大量累积，因此可获得比其他填不会导致填料层内局部液相的大量累积，因此可获得比其他填料更高的动持液量料更高的动持液量 大持液量的工业优势大持液量的工业优势: 有利于提高填料表面的润湿率有利于提高填料表面的润湿率,提高传质效率提高传质效率; 有利于提高气液两相的传质推动力有利于提高气液两相的传质推动力; 有利于提高填料塔的液相负荷有利于提高填料塔的液相负荷; 使填料塔对不同物系具有更强的适应能力使填料塔对不同物系具有更强的适

14、应能力; 使填料塔具有更强的自清洗功能使填料塔具有更强的自清洗功能,填料表面不填料表面不容易结垢容易结垢,更不容易堵塞更不容易堵塞; 使塔设备具有板式塔持液量较高使塔设备具有板式塔持液量较高,板上两相错板上两相错流流动和填料塔压降小、能耗低、传质面积流流动和填料塔压降小、能耗低、传质面积大的双重优势。大的双重优势。开发研究锥度螺旋填料的意义 为新型塔填料的开发，提出了一条完全不同的设为新型塔填料的开发，提出了一条完全不同的设计思路与全新的研究方向。计思路与全新的研究方向。 对传统填料要求大、高空隙率的性能评价指标提对传统填料要求大、高空隙率的性能评价指标提出了挑战。和出了挑战。和q q环环比，比表面积小，比，比表面积小，但传质效率则可提高但传质效率则可提高12.4%12.4%；空隙率比拉西环小空隙率比拉西环小12.3%,12.3%,但压降却小但压降却小58.8% 58.8% 。