表面泡沫化波紋板填料的製作方法
2023-10-24 22:03:52
表面泡沫化波紋板填料的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種表面泡沫化波紋板填料。填料板構型為波紋板形式，在波紋板的表面具有一定厚度的立體微孔結構，立體微孔孔徑在10目—100目之間，微孔層厚度為波紋板厚度的0.1-0.8倍之間，將多塊波紋板疊加組合即為整體填料，整體外形可根據實際需要製作成各種型狀。表面泡沫化波紋板填料適用於氣液傳質過程和氣液固多相反應過程。
【專利說明】表面泡沬化波紋板填料
【技術領域】
[0001]本發明屬於規整填料【技術領域】，涉及一種表面泡沫化、孔道化波紋板填料，特別適用於在高真空度下難分離物系的精餾操作。
【背景技術】
[0002]填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。塔內的填料是其核心，它決定了傳質傳熱效率。尤其針對難分離物系的分離，填料更為關鍵。難分離物系一般相對揮發度接近於1，所需理論板數多、回流比大，系統達到穩定的時間長，這會給操作和運行帶來很大的不便，並且大大增加設備投資費用。因此開發新型高性能的塔填料，對整個傳質過程至關重要。
[0003]80年代新型的規整填料不斷湧現，發展至今，規整填料利用其明顯的優勢已經在傳質分離領域得到廣泛應用。規整填料相對於散堆填料有以下優勢:I)比表面積大，分離效率高；2 )通量及操作彈性大；3 )阻力壓降小；4 )放大效應低；5 )持液量少，操作液一氣比和彈性較大，變工況迅速；6)節能，可降低塔徑；7)規整填料上的網孔或波紋便於液膜形成，其波紋的導向性有良好的細分布作用，使液體的溝流減少。
[0004]規整填料主要分為:絲網類、織網類、格柵類、波紋板類。其中工業上應用的規整填料絕大部分為波紋填料。現今為提高波紋填料傳質效率，採取在波紋板表面製造孔或縫隙的方法，增加填料潤溼性和氣液有效接觸面積，降低壓降，提高傳質效率。例如專利號為「200810052976.8」的一種篩孔網板波紋填料片和規整填料，它是由表面打有許多孔的波紋板組成，它是先在平板上打孔，再把平板製作成波紋板，孔的密度非常高可以達到60%以上。
[0005]最近對填料的研究，主要集中於填料材質和構型，且研究已經比較充分，繼續研究填料的材質和構型，很難促進填料技術的進步。需要研究填料的表面，站在微觀的角度，改變填料的微觀結構，在填料表面製造微孔道。
[0006]對此，許多研究者進行了有關泡沫陶瓷、發泡金屬和毛細精餾的一些相關研究工作，他們設計的初衷是克服現有填料比表面積小，理論板數少，壓降高，重量大，潤溼性差，孔隙率小的缺點。相關的專利有:專利號為「94223047.7」的剛玉系列新型微孔陶瓷填料，它是用剛玉顆粒與粘結劑混合，乾燥、燒結而成。它的孔道結構完全由剛玉顆粒間的間隙形成，這樣形成的孔道結構不夠理想。
[0007]專利號為「02214650.4」的泡沫狀陶瓷平板填料，它是利用泡沫陶瓷材質做成平板的形狀，在平板上設計是不同形狀的溝槽。在仿製發泡陶瓷波紋板的結構，有發泡陶瓷的一系列優點，但由於外形限制，沒有發泡陶瓷波紋板填料的效果好。
[0008]專利號為「200510032704.8」的泡沫陶瓷環形填料，它是將發泡陶瓷材質做成了拉西環的形狀。由於壁面存在很多孔道，這樣它就有了鮑爾環和絲網填料的特點，Φ25πιπι陶瓷環填料，其孔隙率達到90%以上，壓降為同型號陶瓷填料的48%-68%，不鏽鋼填料的71%-88%，傳質單元高度比陶瓷填料降低30%-40%，比金屬填料降低10%-20%。但是它發泡陶瓷用在了簡單的拉西環結構上，結構上的限制影響了它的傳質效率進一步提高。
[0009]專利號為「200910068734.2」的發泡鎳規整填料，它是利用發泡樹脂做骨架，在上面鍍鎳製得發泡鎳，再將發泡鎳平板加工為波紋板。由於這種波紋板內部的孔道結構，使其比表面積很大，重量輕，壓降低，分離效率比與其對應的金屬絲網波紋板填料提高了 50%。
[0010]波紋板填料傳質效果優良，是一種在工業上應用最廣泛的規整填料，波紋板的外形和發泡陶瓷的材質要結合起來，會達到好的效果，但是波紋塑型非常困難。專利號為「201010219988.2」的碳化矽泡沫陶瓷波紋規整填料解決了此問題，它是先將有機泡沫切割成波紋板形狀，再將碳化矽塗覆於板上，然後用模具使之成型。成型後在碳化矽漿液裡浸泡，如此重複數次。此種方法雖在填料內形成了孔道結構，增加了傳質效率，解決了陶瓷填料不好成型的問題，但是塗覆的碳化矽可能不均勻，操作上難度大，且程序複雜，在反覆塗覆時易堵塞孔道。
[0011]以上發明雖然都涉及到在填料上增加孔結構，大大增加了傳質效率，但是由於整個板面存在通透的孔道，它的機械強度不高，易碎，一般的發泡陶瓷抗壓強度為2.45MPa，而一般陶瓷填料的抗壓強度為130MPa以上。
[0012]總之，現有的填料還有比表面積小，理論板數少，壓降高，重量大，潤溼性差，孔隙率小，氣液接觸面積少(只有一面板是氣液接觸面)的缺點。發泡陶瓷(或金屬)波紋板填料存在:發泡陶瓷(或金屬)波紋板填料塑型困難；發泡陶瓷(或金屬)機械強度低，易碎；難於形成好的孔道結構的問題。
【發明內容】
[0013]本發明的目的在於製作一種泡沫化的表面具有孔道結構的波紋板填料，它解決了現有塔填料存在的比表面積小，理論板數少，重量大，潤溼性差，孔隙率小，氣液接觸面積少(只有一面板是氣液接觸面)的問題。相比其他的發泡陶瓷(或金屬)填料，它解決了發泡陶瓷(或金屬)波紋板填料塑型困難；發泡陶瓷(或金屬)機械強度低，易碎；難於形成好的孔道結構的問題。
[0014]本發明的技術方案如下:
一種表面泡沫化的波紋板填料，該填料整體構型為波紋板形式，在波紋板的表面具有立體的孔道結構，再多塊波紋板疊加組合即為整體填料。也就是說在普通波紋板填料的表面增加了一定厚度的孔道結構。立體孔道孔徑在10目一 100目之間，孔道層厚度在波紋板厚度的0.1-0.8倍之間。此填料可以用於高真空下的精餾過程或者液氣比低時的吸收、解析、氣液反應或者氣液固三相反應過程。它的材質可以是陶瓷，金屬或金屬合金。它既可以單面製作出立體微孔結構也可以雙面製作出立體微孔結構。
[0015]填料板的整體幾何外形可以根據實際需要按照各種型號波紋板幾何外形製作，即在不同型號波紋板外形框架下，在其表面製作一層立體孔道。列舉陶瓷表面泡沫化的波紋板填料製作方法與普通陶瓷波紋板填料製作過程的區別:在配泥、混合時不摻入泡沫塑料或者泡沫樹脂，在原料混合均勻後，擠壓成型前，在填料模具入口處均勻的嵌入10目-100目活性炭顆粒，進入模具擠壓成型，再截片、粘結、乾燥、燒制。
[0016]本發明優點在於:
1.泡沫陶瓷波紋板成型簡易。在波紋板擠壓成型前在表面混入活性炭顆粒，以活性炭顆粒作為製造孔道的介質，解決了泡沫陶瓷在製作波紋板成型難的問題。
[0017]2.可形成優質孔道結構。由於活性炭的特性，可以在成型前壓入波紋板表層，選取不同的活性炭大小和排列方式，製造出想要的孔道結構。也可以同時壓入不同目數的活性炭，製作出不規則孔道。
[0018]3.與泡沫陶瓷波紋板填料相比，機械強度很高。由於只有在填料表面有孔道從而大大增加了填料的機械強度。
[0019]4.本發明特別適用於高真空精餾過程。在一般情況下，由於填料表面液膜厚度達，填料表面的孔道全被液膜覆蓋住，起不到好的效果。在高真空下，由於氣化量大，填料表面液膜厚度小，表面的孔道結構暴露出來，完全成為氣液接觸的場所，大大增加了氣液接觸面積。
[0020]5.擁有和泡沫陶瓷波紋板一樣的優點。填料表面增加孔道，有以下好處:1)極大的填料比表面積；2)填料潤溼性好3);孔隙率大，氣相通量大、湍動程度大4)重量輕，成本低廉；5)微孔道內氣液傳質的特殊效應增加傳質效率:在狹小的孔道內會產生毛細精餾現象；同時由於壁面對液相的拖拽作用會非常明顯，表面粘性力與慣性力衝突而打碎液相，使液相均勻分布；也存在毛細凝結現象。
【具體實施方式】
[0021]按照製作普通波紋板的製作過程，先配泥、球磨、壓成料餅並切片。在壓制波紋板前，將20目活性炭緊密排列嵌入，按照陶瓷波紋版550Y的幾何特徵壓製成波紋板，將波紋板粘結成圓柱狀規整填料，再經燒制即可得到擁有550Y型號幾何特徵的表面泡沫化波紋板填料，其表面存在厚度為3mm孔徑為0.85mm的連通的孔道結構。填料盤直徑為150mm，高度為100mm。
[0022]在精餾裝置上，進行了表面泡沫化波紋板填料流體力學性能測試和傳質性能測試。具體操作如下:將填料盤以相鄰填料板垂直的方式裝入填料塔，以環己烷-庚烷二元為測試物。在真空度為95KPa下，全回流操作。將550Y表面泡沫化波紋板填料和550Y普通波紋板填料的流體力學性能和傳質性能對比後發現，表面泡沫化波紋板填料比普通波紋板填料壓降降低了 31%左右；在同樣操作條件下，普通波紋板填料理論板數為10塊/米，而表面泡沫化波紋板填料的理論板數高達30塊/米，大大提高了傳質效率。
[0023]由此可以得到以下結論:550Y表面泡沫化波紋板填料比550Υ普通波紋板填料的比表面積和孔隙率大得多，在高真空下，由於液量小，液膜薄，填料表面的孔道結構完全暴露出來,成為氣液接觸的場所，大大增加了氣液有效接觸面積。
【權利要求】
1.一種表面泡沫化波紋板填料，其特徵在於:填料板構型為波紋板形式，波紋板表面具有一定厚度的立體微孔結構，立體微孔孔徑在10目一 100目之間，微孔層厚度在波紋板厚度的0.1-0.8倍之間，將波紋板疊加組合即為整體填料。
2.根據權利要求1所述表面泡沫化波紋板填料，其特徵是所述的填料材質可以是陶瓷、金屬或金屬合金。
3.根據如權利要求1所述表面泡沫化波紋板填料，其特徵是所述的填料特別適用於高真空下的精懼過程或者液氣比低時的吸收、解析、氣液反應或者氣液固三相反應過程。
4.根據權利要求1所述表面泡沫化波紋板填料，其特徵是所述填料板的幾何外形可以根據實際需要按照各種型號波紋板幾何外形製作。
5.根據權利要求1所述表面泡沫化波紋板填料，其特徵是所述的波紋板根據既可以單面製作出立體微孔結構也可以雙面製作出立體微孔結構。
6.根據權利要求1所述表面泡沫化波紋板填料，其特徵是所述的填料製作方法與普通陶瓷波紋板填料製作過程的區別:在配泥、混合時不摻入泡沫塑料或者泡沫樹脂，在原料混合均勻後，擠壓成型前，在填料模具入口處均勻的嵌入10目-100目活性炭顆粒，進入模具擠壓成型，再截片、粘結、乾燥、燒制。
【文檔編號】B01D3/14GK103721665SQ201210383765
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月11日 優先權日:2012年10月11日
【發明者】尚會建, 劉紅梅, 張高, 鄭學明 申請人:河北科技大學