阶梯环填料创新的设计理念

2014-12-18 16:13

      1、阶梯环填料层中的空隙必须连续
      剖析拉西环流体阻力大的原因是塔内填料层中的空隙不连续。
      阶梯环属于环形填料的一种，模仿鲍尔环环壁上开窗孔的经验，使填料层内的气、液分布性能大为改善，阻力降低。但陶瓷鲍尔环失败之处也在于开两层窗孔而大大降低了机械强度，阶梯环设计不能重蹈其覆辙。我们只开一层窗孔，窗孔形状也很在讲究，陶瓷鲍尔环是矩形窗孔，波兰开发的填料为等边三角形窗孔。阶梯环设计 只开一层窗孔，4个长圆形窗孔消除应力集中现象。窗孔上下方各有一层十字筋板支撑，克服了鲍尔环开孔后机械强度降低的致命弱点。
两层十字筋板不直接相连，上下错开互成45度，为米字形结构，上下两层筋板之间有一段短距离用一柱子连接，使环内气流四通八达，填料层内空隙完全连续，流体阻力必然降低。开长圆形窗孔能使环内表面积充分润湿，得到充分利用，这点至关重要。
     2、阶梯环的高径比
20世纪70年代出现的短拉西环，它与拉西环比较填料间的空隙较为连续，所以流体阻力比拉西环大为降低，液泛速度提高，通量加大。
受短拉西环的启迪，阶梯环设计打破传统拉西环、螺旋环、鲍尔环高、径相等的框框。短拉西环的高径比为1/2。此值是否为最佳，值得质疑。我们设计了高径比为0.5、0.6、0.7等样品，送天津大学化工系测定它的流体力学性能和传质性能，才能确定陶瓷阶梯环高径比的最佳值。
      3、阶梯环的持液量问题
塔内的持液量是影响填料阻力，空隙率和液泛速度的重要因素。填料设计中一定要降低填料层的持液量，在淋洒度13～30m3/(m2.h)操作范围内，控制填料液膜厚度在0.6～0.1mm。
      4、填料的比表面积
填料的比表面积是填料的重要几何特性数据。
      5、提高填料的传质性能，降低传质单元高度。
从20世纪50年代到70年代，硫酸工业的干燥塔和吸收塔的空塔气速按0.6～0.7m/s设计，填料高度均为6m。塔径大，填料用量多，十分笨重，降低填料高度的呼声很高。因此提高填料传质性能、降低填料传质单元高度成为设计工作的重要课题，是成败的关键。打电话是在环壁的一端增加一个截圆锥翻边，破坏填料结构的轴向对称，从根本上克服填料床层内填料互相套叠的可能，使填料内外表面积得到充分的利用。
截圆锥体翻边是阶梯环一个具有标识性的结构，作用显而易见，增加液体分布集散点，可使填料堆叠时由线接触改为点接触，接触点液膜的表面不断更新，加大了吸收推动力，强化传质过程，对提高填料的传质性能十分有利。
       6、阶梯环的机械强度
      我们将在以后着重讲这一点。