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  Hangyang paper杭氧_能源/化工_工程科技_专业资料。* 开发研制* 高通量填料在空分精馏中的开发应用 林秀锋,陈桂珍 ( 杭州杭氧填料有限公司,浙江省杭州市临安青山湖街道东环路 99 号 311305 ) 摘要: 随着空分设备精馏塔的规模越来越大

  * 开发研制* 高通量填料在空分精馏中的开发应用 林秀锋,陈桂珍 ( 杭州杭氧填料有限公司,浙江省杭州市临安青山湖街道东环路 99 号 311305 ) 摘要: 随着空分设备精馏塔的规模越来越大 ,推广应用高通量、低阻力、高效率的规整填料 已成为空分行业发展的共识。介绍几种传统规整填料实现高通量性能的解决方案 ,提出高通量填 料产品的结构设计与优化原理,分析高通量填料的试验性能,阐述高通量填料在空分设备中的典 型应用场合。 关键词: 高通量填料; 空气分离; 精馏塔; 流体力学测试 中图分类号: TB657. 6 文献标识码: B Development and application of highflux packings in air separation rectification Lin Xiufeng ,Chen Guizhen ( Hangzhou Hangyang Packing Co. ,Ltd. ,99 # Donghuan Road,Qingshanhu Subdistrict,Lin ’ an, Hangzhou 311305 ,Zhejiang,P. R. China) Abstract: With increasing enlarging of scale of rectification tower of air separation plant ,the popularization and application of the regular packings of high flux,low resistance and high efficiency becomes the consensus for development of air separation industry. Here , several solutions of realizing high flux with traditional regular packings are briefed,the structural design and optimization principle for highflux packing products are proposed ,澳门银河娱乐网, the test performances of highflux packings are analyzed ,and the typical application fields of the highflux packings in air separation plant are described. Keywords: Highflux packing; Air separation; Rectification tower; Test of fluid mechanics 随着空分设备规模不断大型化,为特大型空分 设备配套的单元设备和部机越来越大 ,按常规设计 的精馏塔塔径接近 6 m 甚至更大,无法满足运输条 件; 同时设备大型化也带来诸如放大效应等一系列 不良后果,精馏塔的运行性能难以保障。逐步推广 高通量、低阻力、高效率的空分设备精馏用规整填 料也逐渐成为空分行业发展的共识 。 量的目的,可以从流道转向、波纹截面形状等多个 方面的优化来实现提高气液处理量的目的 。 以流道转向优化为例,天津大学赵汝文等人认 为,空分设备精馏塔常见的垂直板波纹填料可分为 单向斜波、双向斜波、单向曲波和双向曲波等多种 [1 ] 结构形式 , 产品分类关键在于波纹结构特征是 单向波纹还是双向波纹,通道是否弯曲等。设计关 键在于通道两头改变方向,即在每层填料的上、下 两端,通道转向或弯曲,使气液从本层填料通道流 进下一层填料通道时,由弯曲通道引导转向,从而 1 高通量典型方案 为了在确保传质效果的前提下达到提高填料通 0801 收稿日期: 2013- 作者简介: 林秀锋,男,1982 年生,硕士,工程师,现在杭州杭氧填料有限公司从事空分精馏塔及填料的设计 、 开发 与应用工作。 · 1· 使通量得以提高。 如苏尔寿公司在 21 世纪初开始 推广 的 Mellapak plus 填 料, 比 常 规 填 料 可 提 高 20% 30% 的处理量[2]。 另外, 流道转向优化的 pak type M、Flexipac hc、天大 填料代表还有 Montz双向曲波填料等填料。如图 1 所示。 图1 流道转向优化填料 另一种提高通量的有效方法是通过改变波纹截 面形状 ( 如图 2 所示 ) 。 如朱夏霖等人提出将填料 波纹的截面形状由三角形改为半圆弧形 ,从而达到 [3 ] 减少气体阻力、增加液体通量的目的 ( 图 2b ) 。 而费维扬教授等人也提出可将截面改为梯形 ,以达 到抑制液相的偏流与沟流, 增加气液有效接触面 [4 ] 积,降低压降,提高通量的目的 ( 图 2c ) 。 这种 设计的关键点在于抑制液体在波纹三角截面夹角处 积聚,从而提高气液通量。 图2 波纹截面形状优化填料 2 高通量结构设计 杭州杭氧填料有限公司 ( 以下简称: 杭氧填 料公司) 开发的高通量填料主要针对原有填料能 力的关键限制点而设计。结合长期运行经验、气液 流道模拟及流体力学试验等观察 ,发现制约填料性 能的充分发挥,导致填料出现局部液泛,进而影响 整体通量的主要位置为填料盘交接处 ,因此着重对 该区域的流道及截面形状进行优化 。 通过改变填料片边缘流道方向, 将填料片上、 下端流道方向与塔轴倾角逐步减小为零 ,从而确保 填料在运行时上、下盘接触面处气液流向一致,避 免该区域的压降因转向而突然增加 ,以降低接触面 处的剪切力,达到减少阻力及气液夹带,实现降低 局部压降防止早期液泛的目的。 在截面设计上,考虑到引起局部液泛的关键在 于填料盘交接处的液体积聚,因此采用将该区域截 [5 ] 面逐步过渡成弧形的设计 , 使填料片边缘部分 波纹截面逐步变为弧形, 而中间主体部分结构不 · 2· 变,如图 3a 所示。 变截面的设计使边缘处填料片 相互之间形成一定空隙,相当于片与片之间是悬空 的,使液体不会在片间积聚。变截面设计在消除同 片填料片内滞液死角的同时消除了相邻填料片滞液 死角,而这种 效 果 是 同 截 面 波 纹 片 ( 如 图 3c 所 示) 所不具备的, 由于截面各处相同, 边缘相邻 片滞液死角依然存在。 3 试验与结果分析 现通 过 对 杭 氧 填 料 公 司 开 发 的 500YG、 750YG、800YG 型填料进行流体力学试验,来比较 分析高通量填料产品的性能。填料流体力学测试在 一内径为 600 mm 的有机玻璃塔中进行, 采用空气 —水物系在常态下进行试验。 试验装置如图 4 所 500YG 型、 HYTL示,试 验 填 料 为 11 盘 HYTL750YG 型、HYTL800YG 型填料, 分别进行 0 、5 、 10 、15 、20 、25 、30 m3 / ( m2 · h ) 等喷淋密度 L 3 0. 5 下,泛点因子 F 为 0. 2 4 m / s ( kg / m ) 范围内 的流体力学特性测试。 图3 波纹截面优化设计 图4 高通量填料流体力学测试 测 试 结 果 如 图 5 所 示。 通 过 与 常 规 500Y、 750Y 型等填料对比不同喷淋密度下的泛点因子 F , 可见高通量填料边缘结构能够起到很好的导流效 果,有效减少盘间液体积聚,相对于常规填料,泛 点因子 F 得到了很大的提高。 图5 高通量填料测试压降图 4 空分设备中高通量填料的应用 4. 1 鉴于高通量填料优异的高通量、低压降、高泛 点性能,能够显著地减小精馏塔塔径,高通量填料 也逐步在空分设备中得到推广应用 。现以几种空分 设备典型的应用场合为例,介绍高通量填料的应用 情况。 增加通量 以 500YG 型填料为例, 由流体力学试验结果 可知,500YG 型填料泛点因子比常规 500Y 型填料 显著提高,尤其适用于空气分离气液流量较大的场 合。如某空分设备上塔因流程需要从辅塔中间位置 安排污氮气抽口,导致该抽口以下部位气体通量特 别大,常规 500Y 型填料难以满足,选择 500YG 型 填料则可满足塔径设计要求。 · 3· 4. 2 加强传质效果 800YG 型填料的比表面积达到 800 m / m , 可 2 3 时将增加单位截面气体通量, 进而导致阻力增加; 同时要求对其他配套塔内件进行适度优化 。因此高 通量填料的设计要同塔器整体设计 、阻力、成本等 因素综合考虑。 ( 2 ) 塔器设计时, 应考虑实际运行条件物系 下对各参数的影响,如空分设备实际开车阻力往往 比按常态物系测试的阻力更低 简单地套用测试数据。 [7 ] 用于对传质要求较高的场合。如当流程对纯氮要求 较高,常规的 750Y 型填料达不到分离效果, 而上 塔辅塔高度受限时, 可采用 800YG 型填料来保证 传质分离效果。 4. 3 整体采用高通量填料, 以控制塔径, 节约制 造与运行成本 如空分设备上塔采用高通量填料 ,将使塔径缩 小 15% 左右, 高通量填料的采用不仅大大降低了 产品制造、配套成本,还可以节约后期运行成本。 4. 4 特大型空分设备中高通量填料的应用 3 以 8 万到 12 万 m / h 等级特大型空分设备为 例,若采用常规填料进行设计,塔器直径将至 6 , 在设计时不能 ( 3 ) 高通量填料作为一种新型的填料 , 其应 用效果还有待进一步验证,大批量的广泛推广应用 还需要更多的实际开车数据作为支撑 。 ( 4 ) 高通量填料如安装不好, 其边缘过渡结 构使通量增加的优良性能将不能得到有效发挥 ,因 此对高通量填料的制造安装过程要求更为严格 。? 参考文献: [ 1] 赵汝文,于健,高占. 我国大型塔器技术进展与技术 J] . 现代化工,2008 ,28 ( 9 ) : 511. 创新 [ [ 2] 菲利克斯·摩舍,奥尔文 · 凯斯勒. 改进规整填料几 何形状 . 深冷技术,2000 提高分馏塔负荷容量 [J] ( 2 ) : 1112. [ 3] 朱夏霖. 大流量圆弧形填料: 中国,03219680. 6 [ P] . [ 4] 清华 大 学. 一 种 具 有 梯 型 波 纹 的 规 整 填 料: 中 国, 3. 0 [ P] . [ 5] 杭州杭氧填料有限公司 . 边缘优化改进型板波纹规整 P] . 填料: 中国,9. 2 [ [ 6] 杨修玲,马金成. 大型空分设备精馏塔的研制 [M] ∥边瑾. 深冷技术: 故障处理. 杭州: 杭州出版社, 2010 : 14. [ 7] 陈桂珍,林秀锋. 空分填料塔设计中的流体力学特性 [ J] . 化学工程,2010 ,38 ( 9 ) : 2730. 7 m,将大幅增加运输、 制造以及后期运行成本, 而且该直径等级的塔器已很难满足运输条件 。若采 用高通量填料进行设计, 可将塔径控制在 5 m 以 内,满足公路运输条件。 鉴于高通量填料优异的性能,高通量填料已相 3 继在多套 20000 、30000 m / h 等级空分设备中应用 并成功开车,同时也逐步在更大等级的空分设备中 [6 ] 推广应用,已取得良好的效果 。 5 结 论 高通量填料是一种具有高通量、低压降、高泛 点、高传质效果的填料, 随着空分设备大型化发 展,若能广泛推广,对降低制造成本、提高运输能 力、减少运营成本等都不无裨益。目前各厂家在高 通量填料开发上已出现了百花齐放的局面 ,笔者建 议日后在高通量填料应用时应考虑以下几个方面 : ( 1 ) 采用高通量填料的设计使塔径缩小的同 ※ ※ ※ 杭氧股份和武钢氧气公司联合研制的氪氙精制提取设备开车成功 2014 年 1 月 14 日,由杭州杭氧股份有限公司和武汉钢 0. 53 /0. 04Y 型 铁集团氧气有限责任公司联合研制的 KrXe氪氙精制提取设备在武钢氧气公司开车一次成功,氪、 氙 产品纯度均达到 99. 999% 以上,各项指标合格,满足设计 要求。 长期以来,氪、氙等稀有气体精制提取设备一直依赖 进口。为填补国内空白,加速稀有气体精制设备国产化进 程,杭氧股份从 2007 年就开始立项开发。 该氪氙精制提取 设备的投运成功,缩小了杭氧股份在氪氙精制提取技术方 面与国外企业的差距,极大提高了杭氧股份在国内及国际 市场上的竞争力,也充分证明了杭氧股份在空分领域具有 强劲的科技研发能力。 · 4·

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