研究与开发（334～337）金属丝网波纹填料性能研究李亚军，林泰明中石油兰州石化公司化工研究院，甘肃兰州）摘要：分别对BX和1700X金属丝网波纹填料进行了流体力学和分离性能试验。结果表明，两种填料的分离能力都比较高，BX填料通过能力大，操作范围宽，1700X填料只适合在低负荷下使用。关键词：丝网填料；性能；分离能力。中图分类号：TQ051。文章号：1009-0045(2000)06-0334-04近年来，板式塔和填料塔都得到了迅速发展，新型塔板、新型填料不断涌现，向着节能、高效、大型化发展，在工业生产中取得了良好的应用效果。 国际著名精馏专家K.教授曾指出：近15年来，精馏吸收领域最突出的变化是新型填料特别是规整填料在大直径塔中的广泛应用，这标志着塔填料、塔内件及填料塔的综合设计技术进入了新的阶段。目前工业生产中应用最广泛的规整填料是用各种材料制成的波纹填料。金属网波纹填料是20世纪60年代由瑞士苏尔寿公司开发的一种规整填料，由若干片平行的金属丝网冲制成波纹网片，垂直叠装组装成圆盘状填料，组成一个完整的填料单元。由于它分离性能好，处理量大，只要设计合适，就可以作为一种填料单元使用。
该类填料在难分离体系的精密蒸馏中应用广泛，作为低压降下传质效率高的装置而备受青睐。金属网波纹填料根据波纹角度不同可分为两种，前者波纹角度为30°，后者波纹角度为45°。填料结构形状不同造成填料性能的差异。由于填料性能对填料塔的传质性能、负荷大小、操作是否稳定及适用范围等影响很大，苏尔寿在开发此种填料的过程中，进行了大量的填料性能试验，并发表了比较完整的填料性能数据，可作为设计计算的参考。目前国内各厂生产的填料规格大都与苏尔寿的类似，虽然各厂也有各自生产的填料特性编号，但仔细对比就会发现，各厂列出的填料结构尺寸和特性相差不大，与苏尔寿的数据非常相似。 因此利用相似的工业生产条件试验该类型填料的性能，对推广该类高效填料的工业应用具有现实意义。试验过程试验所采用的设备及工艺采用某示范生产装置的溶剂回收蒸馏塔，该设备在示范生产装置的试验研究中长期运行正常，经证明其数据完全符合设计要求，运行稳定可靠，试验过程见图1。收稿日期：2000-04-17； 修订日期:2000-09-28作者简介:李亚军(1969年—1997年山东巨野人，硕士，工程师。年份:2000-12-18主要设备为直径150mm的填料塔，该塔精馏段、提馏段均设有试验用的金属丝网波纹填料；塔进料口及进入塔的液体回流口均设有液体分布试验系统。试验选定的体系为甲醇-水体系，即甲醇与水按一定质量分数(50%~65%)组成的溶液。
甲醇为兰州石化公司化肥厂产品，纯度高，符合GB338-92的要求，水份含量小于0.5%。二次脱盐水由兰州石化公司石油化工厂提供，符合二次脱盐水质量要求。分析方法原料及塔顶产品分析采用规定方法，即卡尔费休通用法，测定样品中水份含量。塔底出液分析采用气相色谱法。结果与讨论实验采用两种丝网波纹填料，一种是BX填料，在示范生产装置中已运行较长时间；另一种是深圳某科技公司新研制的1700X高精度丝网波纹填料，该公司认为此填料分离效率较高，适用于理论塔板数极高的应用。对以上两种填料分别进行试验。 BX型金属网波纹填料试验BX型金属网波纹填料由天津大学填料厂生产，该填料的结构尺寸列于表1。BX填料结构尺寸结构名称波峰高度/mm数值结构名称比表面积/数值当量直径/mm边长/mm11网孔孔径/mm78开孔排列规则三角波角/30孔间距/mm10空隙率/16堆积密度/材质不锈钢填料的填料高度为：下蒸馏段2.m。 试验在连续操作下进行，改变进料量、回流比和操作气速等条件考察填料及操作性能，试验结果列于表2。BX型填料试验结果进料量回流比塔顶温度kPa塔底压力31.0117.7684.4684..0117.7984.4684..6027.2484.4684..3615.4384.4684..6022.9784.4685.18从数据可以看出BX填料的操作压降在范围内很宽，塔工艺情况稳定，塔压降的增幅也在可以稳定操作的范围内。
在测定了进料质量分数、塔顶、塔底产物组份后，用计算机对各板进行模拟计算，将不同操作条件下各组数据拟合出的理论塔板数见表3。从表中可以看出，BX型填料的分离效率较高，每米填料的理论塔板数为81块。随着气液负荷的增加，每米填料的理论塔板数呈下降趋势。BX型填料分离能力计算结果为609液液负荷/834每米填料理论塔板数/88每米填料压降/下降幅度不大，与表1数据基本一致。这是BX型填料的试验性能图。李亚军等金属丝网波纹填料性能研究1700X金属丝网波纹填料试验1700X金属丝网波纹填料的特征数据见表，从外观结构分析，此填料峰低，空隙率小。 由于目前尚无该类型填料的试验数据及在工业生产中的应用报道，因此该填料的分离能力、通过能力、压降、持液量等性能值得研究。1700X填料特性数据填料型号比表面积压降。1700X填料的蒸馏试验在与BX填料试验相同的条件下进行，为使二者具有可比性。考虑到1700X填料的分离效率可能更高，填料层装填高度较低，蒸馏段和m。 1700X型填料试验结果如下： 1700X型填料试验结果： 进料速率/kgh 塔顶产量/kgh 回流比 塔顶温度/塔顶压力/kPa 塔底压力/.64 20..84.46 85..80 20..84.46 85..30 16..84.46 86..70 32..84.46 86..80 28..84.46 88.82 根据实测数据，利用计算机软件进行数据积分： 789 装液量/011 填料每米理论塔板数/填料每米压降/kPam 可以看出，1700X填料的每米理论塔板数约为BX填料的2倍。
从表中数据可以看出1700X填料的运行数据波动较大，这是1700X填料的试验性能图。实际操作中，1700X填料很难在长周期下稳定运行，往往运行10~12小时压降逐渐增大，塔内持液量也逐渐增大，如系数为0.93，运行16小时后可见收集塔内持液量大，这是1700X填料的显著特点，也是1700X填料压降塔操作工况不易稳定的主要原因。持液量大说明填料层内液体多，液体在填料层内停留时间长，在填料层内建立正常稳定的质量分数和温度梯度分布的平衡时间长，不利于塔的平衡操作，调节控制不灵敏。 这也增加了启动过程的时间和能耗，这是该填料的一个缺点。根据实验条件分析，1700X填料在载液区的操作是一个渐近过程，所以不容易准确确定装填点，它可以存在于一个区域内。在一般应用中，压降可近似取0./组数据应为填料的装填点。虽然1700X填料具有较高的分离能力，