SP规整填料和MSR散堆填料的结构优化及性能测试
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第四届全国精馏技术交流与展示大会
SP规整填料和MSR散堆填料的结构优 化及性能测试
北京泽华化学工程有限公司
2011.6
1
内容提要
泽华公司简介 填料的发展趋势 SP规整填料的结构优化及性能测试 MSR散堆填料的性能测试 结论
2
泽华公司简介
清华大学
院系
清华控股公司 行政部门
后勤
清华同方
紫光集团 … 泽华公司
15
MSR的结构优化及性能测试
填料的设计理念 填料的结构 实验内容 结论
新型填料设计理念
敞开式结构，使填料内外表面能充分暴露。 较高的径高比，使填料在装填时水平放置的几率较高，减少填料片对气
流的阻挡。 多鞍环外形，较圆形有较大比表面积和喷淋点。 内部筋片能均匀地分割环内空间，且此筋条与外环相互连接，中心支撑
二是相邻两层波纹板上的边缘相互交错，流 体在流经两层填料交界处时形成急转弯，从 而引起不良流动，进而导致局部液泛产生。
6
填料发展趋势 二、散堆填料
散装填料由于加工制造比较简单，安装和拆卸方 便，便于清洗，因而有广泛的应用。目前我国工业 中应用比较广泛的散装填料为环形填料或者鞍环填 料，例如鲍尔环、环矩鞍等，这些填料受构型所限， 加工工序复杂，且其总体的比表面积较小，喷淋点 不多，生产能力与传质效率仍受到一定的限制。
实验内容 内容一：Φ50MSR填料性能测试
1、几何参数
填料
尺寸mm 堆积个数 堆积密度 比表面积
径×高×厚 个/m3
kg/m3
m2/m3
孔隙率 m3//m3
MSR 50×18×0.5 35790 200
鲍尔环 50×50×0.8 6500
316
环矩鞍 50×27×0.8 14685 181
110 112.3 110
400
300
200
100
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
velocity in column m/s
12
不同喷淋密度下的压降测试结果
dp Pa/m dp Pa/m
1200 1000
800 600 400 200
0 2.0
SP250Y 250S 250SW Lw=12.39
2.5
3.0
3.5
velocity in column m/s
3.4
u ( m/s) 0
u (m/s) 0
三种填料在喷淋密度相同的条件下，250S的平均传质单元 高度最小，250SW次之，SP250Y的平均传质单元高度最大。
14
结论
通过测试三种规整填料SP250Y、250S和250SW 在不同喷淋密度下的压降及效率，实验结 果表明250S和250SW的压降低于SP250Y，效率 高于SP250Y，所以250S和250SW的性能明显优 于SP250Y。
3
主要技术和产品
塔内件研发和设计 提供以下技术服务 可行性研究、装置的工艺模拟和优化 设备诊断、优化操作 提供改造方案、现场安装指导服务 协助制定开车、停车、检修方案 加工制造
4
填料发展趋势
一、规整填料
目前，炼油、石化及化学工业中广泛应用的金属 规整填料，是孔板波纹填料，如Mellapek填料等。它 由若干相互平行的金属波纹板组成，波纹断面为锯 齿形，波距约为波峰高度的2倍，波纹倾角为45 º或60 º，相邻波纹板的波峰方向成相反排列，安装时，上 下二层填料旋转90 º堆放。
7
SP规整填料的结构优化及性能测试
填料的结构 实验内容 结论
8
填料的结构
250S
250SW
9
填料的结构
250S
特性： 1、减小了波顶角与波距，波顶角为 45-75°，可以减小气体在填料通道 中的摩擦阻力，降低压降。
2、波纹表面打有Φ4mm小孔，波纹 板两端开有单排或双排边缘孔，直 径为6~15mm。这样可以使气体在 流经上下两盘波纹板的交界处时向 多个方向流动，而不必按照原有的 急转流道流动，减小此处的局部阻 力，从而有效遏制局部液泛的发生 。
，利于加强外环的刚度。 取消任何翻边，防止液液萃取中液滴的凝聚。 易于加工，开胚后一次成型。
MSR-多阶梯环的结构(ZL200820109998.9)
填料的径高比2.5～3，接近扁环。 中心支撑结构，刚度较好。 鞍形较环形填料比表面积大。 鞍形较环形的喷淋点多，液体分散效果好，有利于传质。 易于加工，开胚后一次成型。
不同喷淋密度下的效率测试结果
0.50
SP250Y
250S
0.45
250SW
Lw=12.39
0.40
0.50
SP250Y
250S
0.45
250SW
0.40
HTSE (m) HTSE(m)
0.35
0.35
0.30
0.30
0.25
0.25
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
料传质单元高度H与液体喷淋密度L、空塔气速 V的关系。
0.97 0.956 0.978
2、压降测试 每米填料压降
每传质单元高度填料压降
3、泛点气速
12 m3/m2 h 18 m3/m2 h 24 m3/m2 h
MSR
3.58
3.22
2.96
鲍尔环
2.98
2.71
2.60
环矩鞍
3.47
3.22
3.10
不同喷淋密度下的泛点气速
4 传质性能 用空气-氧气-水体系作氧解吸实验，得出填
现有技术的该类填料虽然具有良好的性能，但如 要进一步提高生产能力，则仍有压降较高、易液泛 的缺点。具体说存在两个问题：
5
一是波纹顶角约90 º，波距约为2倍波峰。这 种构型，使相邻两块波纹板通道内交叉流动 的两股气流在接触面附近形成相互摩擦与碰 撞，产生剧烈的涡流损失，因而产生的压降 大，生产能力不高。
1600
1400
SP250Y
250S
1200
250SW
Lw=18.4
1000
800
600
400
200
0
4.0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
velocity in column m/s
三种填料在喷淋密度相同的条件下，250SW的压 降最小，250S次之，SP250Y的压降最大。
实验内容－效率测试
10
填料的结构
250SW
特性： 250S与倾斜角度为75°的板波纹
规整填料间隔排放，目的是减少流 体流经上下两盘波纹板界面时的急 转弯，防止局部阻力的激增现象， 避免形成局部液压降测试结果
700
600
SP250Y
250S
250SW
500
Lw=0
dp pa/m
SP规整填料和MSR散堆填料的结构优 化及性能测试
北京泽华化学工程有限公司
2011.6
1
内容提要
泽华公司简介 填料的发展趋势 SP规整填料的结构优化及性能测试 MSR散堆填料的性能测试 结论
2
泽华公司简介
清华大学
院系
清华控股公司 行政部门
后勤
清华同方
紫光集团 … 泽华公司
15
MSR的结构优化及性能测试
填料的设计理念 填料的结构 实验内容 结论
新型填料设计理念
敞开式结构，使填料内外表面能充分暴露。 较高的径高比，使填料在装填时水平放置的几率较高，减少填料片对气
流的阻挡。 多鞍环外形，较圆形有较大比表面积和喷淋点。 内部筋片能均匀地分割环内空间，且此筋条与外环相互连接，中心支撑
二是相邻两层波纹板上的边缘相互交错，流 体在流经两层填料交界处时形成急转弯，从 而引起不良流动，进而导致局部液泛产生。
6
填料发展趋势 二、散堆填料
散装填料由于加工制造比较简单，安装和拆卸方 便，便于清洗，因而有广泛的应用。目前我国工业 中应用比较广泛的散装填料为环形填料或者鞍环填 料，例如鲍尔环、环矩鞍等，这些填料受构型所限， 加工工序复杂，且其总体的比表面积较小，喷淋点 不多，生产能力与传质效率仍受到一定的限制。
实验内容 内容一：Φ50MSR填料性能测试
1、几何参数
填料
尺寸mm 堆积个数 堆积密度 比表面积
径×高×厚 个/m3
kg/m3
m2/m3
孔隙率 m3//m3
MSR 50×18×0.5 35790 200
鲍尔环 50×50×0.8 6500
316
环矩鞍 50×27×0.8 14685 181
110 112.3 110
400
300
200
100
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
velocity in column m/s
12
不同喷淋密度下的压降测试结果
dp Pa/m dp Pa/m
1200 1000
800 600 400 200
0 2.0
SP250Y 250S 250SW Lw=12.39
2.5
3.0
3.5
velocity in column m/s
3.4
u ( m/s) 0
u (m/s) 0
三种填料在喷淋密度相同的条件下，250S的平均传质单元 高度最小，250SW次之，SP250Y的平均传质单元高度最大。
14
结论
通过测试三种规整填料SP250Y、250S和250SW 在不同喷淋密度下的压降及效率，实验结 果表明250S和250SW的压降低于SP250Y，效率 高于SP250Y，所以250S和250SW的性能明显优 于SP250Y。
3
主要技术和产品
塔内件研发和设计 提供以下技术服务 可行性研究、装置的工艺模拟和优化 设备诊断、优化操作 提供改造方案、现场安装指导服务 协助制定开车、停车、检修方案 加工制造
4
填料发展趋势
一、规整填料
目前，炼油、石化及化学工业中广泛应用的金属 规整填料，是孔板波纹填料，如Mellapek填料等。它 由若干相互平行的金属波纹板组成，波纹断面为锯 齿形，波距约为波峰高度的2倍，波纹倾角为45 º或60 º，相邻波纹板的波峰方向成相反排列，安装时，上 下二层填料旋转90 º堆放。
7
SP规整填料的结构优化及性能测试
填料的结构 实验内容 结论
8
填料的结构
250S
250SW
9
填料的结构
250S
特性： 1、减小了波顶角与波距，波顶角为 45-75°，可以减小气体在填料通道 中的摩擦阻力，降低压降。
2、波纹表面打有Φ4mm小孔，波纹 板两端开有单排或双排边缘孔，直 径为6~15mm。这样可以使气体在 流经上下两盘波纹板的交界处时向 多个方向流动，而不必按照原有的 急转流道流动，减小此处的局部阻 力，从而有效遏制局部液泛的发生 。
，利于加强外环的刚度。 取消任何翻边，防止液液萃取中液滴的凝聚。 易于加工，开胚后一次成型。
MSR-多阶梯环的结构(ZL200820109998.9)
填料的径高比2.5～3，接近扁环。 中心支撑结构，刚度较好。 鞍形较环形填料比表面积大。 鞍形较环形的喷淋点多，液体分散效果好，有利于传质。 易于加工，开胚后一次成型。
不同喷淋密度下的效率测试结果
0.50
SP250Y
250S
0.45
250SW
Lw=12.39
0.40
0.50
SP250Y
250S
0.45
250SW
0.40
HTSE (m) HTSE(m)
0.35
0.35
0.30
0.30
0.25
0.25
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
料传质单元高度H与液体喷淋密度L、空塔气速 V的关系。
0.97 0.956 0.978
2、压降测试 每米填料压降
每传质单元高度填料压降
3、泛点气速
12 m3/m2 h 18 m3/m2 h 24 m3/m2 h
MSR
3.58
3.22
2.96
鲍尔环
2.98
2.71
2.60
环矩鞍
3.47
3.22
3.10
不同喷淋密度下的泛点气速
4 传质性能 用空气-氧气-水体系作氧解吸实验，得出填
现有技术的该类填料虽然具有良好的性能，但如 要进一步提高生产能力，则仍有压降较高、易液泛 的缺点。具体说存在两个问题：
5
一是波纹顶角约90 º，波距约为2倍波峰。这 种构型，使相邻两块波纹板通道内交叉流动 的两股气流在接触面附近形成相互摩擦与碰 撞，产生剧烈的涡流损失，因而产生的压降 大，生产能力不高。
1600
1400
SP250Y
250S
1200
250SW
Lw=18.4
1000
800
600
400
200
0
4.0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
velocity in column m/s
三种填料在喷淋密度相同的条件下，250SW的压 降最小，250S次之，SP250Y的压降最大。
实验内容－效率测试
10
填料的结构
250SW
特性： 250S与倾斜角度为75°的板波纹
规整填料间隔排放，目的是减少流 体流经上下两盘波纹板界面时的急 转弯，防止局部阻力的激增现象， 避免形成局部液压降测试结果
700
600
SP250Y
250S
250SW
500
Lw=0
dp pa/m