固定床用活性顆粒固定架的製作方法
2023-05-30 08:20:06
專利名稱：固定床用活性顆粒固定架的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及催化、吸附、吸收、乾燥等操作用固定床設備，具體地說，是一種固定床用活性顆粒固定架。
在催化、吸附、吸收、乾燥等諸多化工單元操作過程中，常用到固定床工藝和設備。傳統的固定床模式是將活性固體顆粒(催化劑、吸附劑、吸收劑、乾燥劑等)直接倒入床層進行填裝，如
圖1所示。這種裝填方式常存在以下問題無論是氣液、氣固、氣固氣還是氣固液等接觸方式，操作過程中氣、液常發生溝流、壁流、偏流以及返混、短路現象，降低了效率，尤其是在催化反應過程中，固定床層中氣液分布不均導致了局部濃度、溫度過高或者過低，既影響催化劑的利用率和選擇性，甚至會導致催化劑的失活。另外，此種裝填方式的床層壓降一般很大，造成了過程能耗的加大。
對此，國內外已採用了許多方法來改善床層中溫度、濃度分布。以延長活性固體的使用壽命、提高效率和降低壓降。但是現有技術大多數是從活性材料本身及其載體的結構和性能來考慮，均未從根本上解決問題。
美國專利US4443559曾在甲基叔丁基醚(MTBE)生產中採用將催化劑用玻璃布、不鏽鋼絲網包紮成一個個小球，然後散裝於床層，這不僅費工費時，而且該方法未跳出亂堆填裝的思路，未有效地解決氣液分布的均勻性問題。歐洲專利EP640385提出用金屬絲網將催化劑包裹成一個個圓柱狀，類似於藥物膠囊，然後將其交叉堆放於塔內，這樣雖降低了床層壓降，但仍存在著較大的氣液分布不均問題，而且費工費時，裝填要求苛刻。
本實用新型的目的是提供一種固定床用活性顆粒填料固定架，它使活性顆粒填料分布均勻，減少氣液發生溝流、壁流、偏流以及返混、短路現象，提高固定床的效率，降低床層壓降，延長活性顆粒填料的使用壽命，並且活性顆粒填料裝填容易，再生和卸料方便。
八十年代興起的規整填料，尤其是絲網波紋填料，具有高效、低阻、通量大和氣液分布均勻的特點。特別是經過合理裝配，它具有顯著的床層各向同性的優點。本實用新型借鑑了規整填料的設計思想。
本實用新型設計的固定床用活性顆粒固定架是由多片金屬絲網製成的波紋片垂直交叉排列在金屬絲網製成的柱體架盤中，波紋片波峰的走向與柱體架盤的軸線(垂線)成30-80°的傾角，優選的為60-75°，兩相鄰波紋片互以相反方向的傾角排列，柱體架盤高20-500mm，疊裝在固定床塔中構成活性顆粒填料固定架。
上述固定架製作波紋片和柱體架盤所用的絲網可以是碳鋼、不鏽鋼、黃銅、紫銅、鋁或鈦等金屬材料製成的絲網，根據活性顆粒填料的粒徑不同，可以選擇絲徑為0.05-2mm的絲網，絲網的目數可以選擇20-120目，常用的為40-70目，其原則是網孔的直徑要小於活性顆粒自身的最小几何尺寸。
上述固定架中波紋片的波紋峰高b根據活性顆粒填料的粒徑而定。粒徑較大，波紋峰高也應較大，反之，則較小。一般，峰高在3-30mm，常用的為4.5-26mm。
常用的固定床塔為圓柱形塔，此時，波紋片的長度L與圓柱形塔的塔內徑D和波紋峰高b有關。當塔內徑D和波紋峰高b一旦確定，則第i塊波紋片的長度L可由下式計算L=〔D2-(2ib)2〕其中放於中間一片與內徑等長的波紋片i為1，依次向兩邊排列為2,3，……
對於圓柱形固定床塔，上述柱體架盤也應為圓柱形，其直徑一般小於塔內徑1-5mm，以保證其被順利地裝入固定床中。柱體架盤高20-500mm，優選的為50-200mm。
對於塔內徑小於1.0m的固定床塔，柱體架盤可以是整體型的。對於塔內徑大於1.0m的固定床塔或無法蘭結構的塔器，則可採用分塊製作，即製成二塊或多塊架盤，它們可以拼合成與固定床塔匹配的橫截面，然後從人孔放入塔中再組裝。
上述柱體架盤可以如下製作先將波紋片按要求垂直排列成形，然後在其外側和底部用金屬絲網包裹焊接封裝。即製成柱體架盤。在上述固定床的每一層或間隔的柱體架盤上可以包紮有防止壁流的零壁流導引環。該零壁流導引環的結構與規整填料零壁流導引環相同(參見CN96231087.5)。
活性顆粒裝填入柱體架盤的方法可以是將柱體架盤放在振動臺上，開啟振動臺，將活性顆粒慢慢倒入柱體架盤上表面，隨入振動，活性顆粒不斷流入柱體架盤的各個通道。直至填滿。活性顆粒的填充率一般佔柱體架盤容積的50-95％，大多數情況為70-85％。然後將裝填好活性顆粒的柱體架盤疊裝在固定床塔中。
採用本實用新型的固定床用活性顆粒固定架，可使活性顆粒分布均勻，從而有效抑制氣、液發生溝流、壁流、偏流、返混、短路等現象，也避免了床層截面上局部濃度和溫度過高或過低，提高了固定床的效率，大幅度降低了床層壓降，延長了活性顆粒的使用壽命，減少了能耗。同時，採用本實用新型固定架，活性顆粒裝填容易。當活性顆粒需要再生或卸出時，可以很方便地將整塊柱體架盤取出。因此，可以避免活性顆粒在裝卸過程中的破損。
圖1為傳統的亂堆式固定床示意圖。
圖2a為本實用新型的裝有波紋片和活性顆粒的柱體架盤示意圖。其中1為裝有波紋片和填料的柱體架盤；2為波紋片；3為零壁流導引環；4為金屬絲網製成的柱體架盤。
圖2b為相鄰兩波紋片排列方式示意圖。
圖3為採用本實用新型固定架的固定床塔示意圖，其中1為裝有波紋片和活性顆粒的柱體架盤；5為液體分布器；6為壓蓋；7為底盤支撐柵格。
以下通過實施例進一步闡述本實用新型。
實施例1 催化反應蒸餾合成MTBE的固定床塔。
採用絲徑為0.156mm,60目的不鏽鋼絲網製作波紋片2和柱體架盤4。柱體架盤4為圓柱形。波紋片2的波紋峰高b為12.3mm，波紋片2波峰走向與柱體架盤4的軸線的傾角為75°，在柱體架盤4中，相鄰的兩片波紋片互以相反傾角方向垂直排列。柱體架盤4高100mm，直徑為96mm，在柱體架盤4上部外側包紮有零壁流導引環3，用粒徑為0.4-0.8mm的強酸性離子交換樹脂均勻裝填入柱體架盤中，慢慢振動，使填充率為80％，將如此的10盤柱體架盤4疊裝入內徑為100mm的圓柱形的固定床塔中。該固定床塔與傳統的同內徑，裝填同等重量和型號的強酸性離子交換樹脂的亂堆式固定床塔相比，壓力降減低了50％，催化劑的有效使用壽命延長了23％。
實施例2 用分子篩吸附CO2氣體。
採用絲徑為0.2mm,40目的不鏽鋼絲網製成的波紋片2和柱體架盤4。柱體架盤4為圓柱形。波紋片2的波紋峰高12.4mm，傾角為70°，柱體架盤4高100mm，直徑為97mm，上部外側包紮有零壁流導引環3。用粒徑為3-4mm的5A分子篩按實施例1裝填入柱體架盤中，填充率為62％，將12盤柱體架盤疊裝入內徑為100mm的圓柱形的固定床塔中。將該固定床塔與傳統的同內徑，裝填同等重量和型號的分子篩亂堆式固定床塔進行同工況操作對比實驗。採用本實用新型的該固定床塔，整個床層壓力降只為亂堆式固定床塔的38％，單位時間內吸附CO2的量提高了12％，吸附劑再生周期延長了36％以上。
權利要求1．一種固定床用活性顆粒固定架，其特徵是它由多片金屬絲網製成的波紋片(2)垂直交叉排列在金屬絲網製成的柱體架盤中，波紋片(2)波峰的走向與柱體架盤的軸線成30-80°的傾角，兩相鄰波紋片(2)互以相反的傾角方向排列，柱體架盤高20-500mm，疊裝在固定床塔中構成活性顆粒填料固定架。
2．根據權利要求1所述的固定架。其特徵是波紋片(2)和柱體架盤用絲徑為0.05-2mm的碳鋼、不鏽鋼、黃銅、紫銅、鋁或鈦，目數為20-120目的絲網製成。
3．根據權利要求1所述的固定架，其特徵是波紋片(2)波紋的峰高(b)為3-30mm。
4．根據權利要求1所述的固定架，其特徵是波紋片(2)波峰的走向與柱體架盤軸線的傾角優選的為60-75°。
5．根據權利要求1所述的固定架，其特徵是柱體架盤的橫截面與固定床塔的橫截面相匹配。
6．根據權利要求1所述的固定架，其特徵是二塊或多塊柱體架盤拼合而成，拼合成的橫截面應與固定床塔的橫截面相匹配。
7．根據權利要求1所述的固定架，其特徵是每一層或間隔的柱體架盤(4)上包紮有防止壁流的零壁流導引環(3)。
專利摘要一種固定床用活性顆粒固定架,它由多片金屬絲網製成的波紋片2垂直交叉排列在金屬絲網製成的柱體架盤4中,波紋片2波峰的走向與柱體架盤的軸線成30—80°傾角,兩相鄰波紋片2互以相反傾角方向排列,柱體架盤高20—500mm,疊裝在固定床塔中構成活性顆粒固定架。採用本固定架保證了活性顆粒充填的固定床中氣、液流動的均勻性,使固定床層橫截面上氣體、液體濃度和溫度的均勻性好,並大幅度降低了塔的壓降和延長了活性固定顆粒的使用壽命。
文檔編號B01J8/02GK2306829SQ9723704
公開日1999年2月10日 申請日期1997年9月12日 優先權日1997年9月12日
發明者張志炳, 卞克建 申請人:南京大學