專利名稱：一種高效接觸纖維型填料塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種石油、化工設(shè)備，特別是指一種適用于石油、化工的傳質(zhì)沉降分離工藝的高效接觸纖維型填料塔。
背景技術(shù)：
在煉油廠、化工廠中，傳質(zhì)是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，萃取、蒸餾、吸收等工藝過程中都伴隨著傳質(zhì)現(xiàn)象的產(chǎn)生。而在傳質(zhì)過程結(jié)束之后，還需要對(duì)傳質(zhì)過程中相互接觸的兩相進(jìn)行分離，避免乳化及夾帶。
以氣-液和液-液吸收過程為例，為了脫除某一相中所含的雜質(zhì)，需要采用洗液(H相)來實(shí)現(xiàn)對(duì)待處理相(L相)中雜質(zhì)的吸收。當(dāng)兩相發(fā)生接觸時(shí)，兩相界面間將會(huì)發(fā)生傳質(zhì)現(xiàn)象，由于溶解度不同，或者是由于發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，雜質(zhì)將通過兩相之間的界面由待處理相進(jìn)入到洗液相中，從而實(shí)現(xiàn)了去除雜質(zhì)的目的。而在吸收過程完成之后，還必須對(duì)接觸的兩相實(shí)現(xiàn)有效地分離，避免形成乳化結(jié)構(gòu)。
由此可見，在上述工藝過程中，存在著兩個(gè)至關(guān)重要的問題即如何提高傳質(zhì)效率以及在傳質(zhì)過程結(jié)束之后如何避免乳化夾帶的產(chǎn)生。
在目前普遍采用的工業(yè)裝置中，提高兩相接觸的有效面積是提高傳質(zhì)效率的有效手段，目前普遍采用消耗動(dòng)能或攪拌的方法。例如采用板式塔或填料塔設(shè)備。板式塔是在塔板上實(shí)現(xiàn)兩相間的接觸；而填料塔則是在塔設(shè)備中加入一些填料，例如階梯環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形網(wǎng)、孔板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、規(guī)整柵板等大比表面積、低流動(dòng)阻力的填料來實(shí)現(xiàn)兩相間的傳質(zhì)；或者是采用靜態(tài)混合器實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)過程，將兩相間的液流打成無數(shù)細(xì)小液滴，增加兩相的接觸面積，促進(jìn)傳質(zhì)過程。
但是，盡管板式塔的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是其內(nèi)部的傳質(zhì)過程并非連續(xù)操作，而是存在著一個(gè)階越，操作彈性小，在變工況條件下運(yùn)行效果較差；而填料塔盡管具有較廣的操作范圍，但是目前所普遍采用的規(guī)整填料價(jià)格較昂貴，而且兩相流動(dòng)阻力較大。盡管靜態(tài)混合器中的傳質(zhì)效率很高，但是強(qiáng)烈的混合卻加劇了夾帶和乳化現(xiàn)象。事實(shí)上，這也正是上述三種傳質(zhì)裝置共同的缺點(diǎn)，即當(dāng)傳質(zhì)過程完成之后，兩相混在一起很難將其分離，需要很長(zhǎng)的分離時(shí)間和相應(yīng)的沉降分離設(shè)備，甚至有時(shí)還需要借助于外加電場(chǎng)的作用。即使是這樣，也很難避免出現(xiàn)兩相夾帶和乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的在于提供一種適用于石油、化工的傳質(zhì)-沉降分離工藝的纖維型高效接觸填料塔。
本實(shí)用新型所公開的技術(shù)方案用于兩相(包括氣相-液相以及液相-液相)之間的接觸、傳質(zhì)過程以及兩相快速沉降、分離過程。它特別適用于石油、化工領(lǐng)域中的以下工藝流程中1、用胺來處理液化氣和干氣；2、用堿來脫硫化氫、硫醇、二氧化碳等；3、用堿來脫酚；4、用堿來脫環(huán)烷酸；5、用堿來氧化石腦油和汽油中的硫醇6、用堿來脫環(huán)烷酸；7、用堿來氧化煤油中的硫醇；8、水洗脫去溶解性的雜質(zhì)；9、堿性水洗脫氯；10、脫出催化汽油加氫生成的大分子，帶支鏈硫醇；11、廢堿的氧化和中和；12、含硫化鈉廢堿的再生；13、低PH值中和；14、在線脫出廢堿中的酚。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高效接觸纖維型填料塔，它主要由填料塔體6、傳質(zhì)空間筒體2、集束纖維絲填料1、進(jìn)料頂封頭7、流體分布器10-1、10-2、流體再分布器11以及分離沉降罐3組成，其特征在于填料塔體6分為上、中、下部分，填料塔體6的上部設(shè)有進(jìn)料口8、9，進(jìn)料口8與流體分布器10-1相連接；進(jìn)料口9與設(shè)在流體分布器10-1下方的流體分布器10-2相連接，填料塔體6的中部為傳質(zhì)空間筒體2，其內(nèi)部設(shè)有大量的集束纖維絲填料1和流體再分布器11，填料塔體6的下部為分離沉降罐3，纖維束1的末端5設(shè)置在分離沉降罐3的兩相界面4之下。
其中，所述的填料塔體6的長(zhǎng)徑比為3～30。
所述的流體分布器10-1、10-2可選用三種孔板式、溢流式、板式流體分布器中的一種結(jié)構(gòu)。
所述的流體再分布器11的數(shù)量至少為一套以上。
所述的集束纖維絲1的填充密度為0.25～15％。
所述的集束纖維絲填料1，每束包含有纖維絲1-1為20～5000根。
所述的集束纖維絲1，每束包含的纖維絲1-1直徑為3～2500微米。
所述的集束纖維絲1，每束包含的纖維絲1-1可采用金屬材料，它包括不銹鋼、碳鋼；或者是非金屬材料作為纖維，非金屬材料中包括玻璃纖維、人造纖維、尼龍、聚脂材料。
所述的集束纖維絲填料1的末端采用固定或自由懸垂。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、在傳質(zhì)-沉降分離工藝流程中，采用了大量的集束纖維絲填料和流體再分布器，增大了傳質(zhì)的表面積，避免了傳統(tǒng)方法遇到的彌散相分離以及傳質(zhì)塔的壁流問題。
2、傳質(zhì)效率高，無彌散及乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。
3、清潔的沉降分離方式避免了傳統(tǒng)方法遇到的彌散相分離問題，從而兩相可以迅速?gòu)氐椎胤蛛x，從根本上避免了乳化和夾帶現(xiàn)象的出現(xiàn)。
4、與傳統(tǒng)設(shè)備相比，本實(shí)用新型設(shè)備體積小，分離時(shí)間短。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的液相傳質(zhì)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型是由填料塔體6、傳質(zhì)空間筒體2、集束纖維絲填料1、進(jìn)料頂封頭7、流體分布器10-1、10-2、流體再分布器11以及分離沉降罐3等組成，填料塔體6分為上、中、下部分，填料塔體6的上部設(shè)有進(jìn)料口8、9，進(jìn)料口8與流體分布器10-1相連接；進(jìn)料口9與設(shè)在流體分布器10-1下方的流體分布器10-2相連接，填料塔體6的中部為傳質(zhì)空間筒體2，具內(nèi)部設(shè)有大量的集束纖維絲填料1和流體再分布器11，填料塔體6的下部為分離沉降罐3，集束纖維填料1的末端5放置在分離沉降罐3的兩相界面4之下。
如圖2所示，當(dāng)待處理相和洗液相從頂部進(jìn)料口8、9流入(其中待處理相L從進(jìn)料口9進(jìn)入，洗液相H從進(jìn)料口8進(jìn)入)時(shí)，在集束纖維填料1的每一根纖維絲1-1的表面，都存在著洗液相H和待處理相L。洗液相H經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的流體分布器10-1進(jìn)入到傳質(zhì)空間筒體2里，在重力和表面張力的作用下，沿纖維絲1-1的表面形成很細(xì)的液膜，其表面得以擴(kuò)展。待處理相經(jīng)過另一專門設(shè)計(jì)的流體分布器10-2進(jìn)入到傳質(zhì)空間筒體2中，在重力和表面張力的作用下，也沿著纖維絲1-1的表面形成液膜。由于待處理相L和洗液相H在纖維絲1-1的表面張力不同，又由于兩相的流速不同(一般說來，L相比H相的流速高)，因而兩相間的摩擦力將液膜拉得非常薄，為兩相傳質(zhì)提供了最大的接觸面積。此外，H、L兩相在纖維絲1-1的表面不斷流動(dòng)更新，傳質(zhì)過程中始終存在著較大的濃度梯度推動(dòng)力，因此纖維型填料塔6是一個(gè)效率非常高的傳質(zhì)設(shè)備。在傳質(zhì)過程中，兩相始終保持，無彌散及乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。
在纖維型填料塔6的下部，分離沉降罐3中，由于洗液相H與待處理相L存在著密度差，因而兩者能夠迅速分離并形成兩種液體的界面。一般來說，洗液相H的密度值比待處理相L高，所以待處理相L在上而洗液相H在下。在本實(shí)用新型中，集束纖維填料1的末端5直接與分離沉降罐3中的洗液相H接觸。當(dāng)傳質(zhì)過程完成之后，由于待處理相L的表面張力與洗液相H不同，二者能夠自動(dòng)分開，待處理相L匯入待處理層。洗液相H則可沿著集束纖維填料1的末端5直接流到分離沉降罐3的罐底4，這種清潔的分離方式避免了傳統(tǒng)方法所遇到的彌散相分離問題，從而兩相可以迅速?gòu)氐椎胤蛛x，從根本上避免了乳化和夾帶現(xiàn)象的出現(xiàn)。
組成集束纖維填料1的纖維絲1-1，根據(jù)工藝要求的不同，可采用金屬材料，如不銹鋼、碳鋼等；或者采用非金屬材料作為填料，包括玻璃纖維、人造纖維、尼龍、聚脂材料等。纖維絲材質(zhì)的確定應(yīng)當(dāng)遵循兩個(gè)原則該纖維絲必須與洗液相以及待處理相容易浸潤(rùn)、即洗液相以及待處理相在該材質(zhì)上具有較大的表面張力；另外，本材質(zhì)不能對(duì)工藝過程造成不利的影響，同時(shí)，也不能被待處理液和洗液所腐蝕、破壞；集束纖維填料1的填充密度(該填充密度的定義為所有集束纖維填料1的總面積/塔6截面的面積)填充密度應(yīng)當(dāng)控制在0.25～15％之間，而最佳填充密度為1～5％；集束纖維填料1的長(zhǎng)度可按照填料塔6的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)具體的工藝要求來確定；集束纖維填料1的纖維絲1-1的直徑應(yīng)控制在3～2500微米之間。對(duì)于不銹鋼纖維而言，其最佳截面直徑為15～200微米；對(duì)于一些金屬纖維，例如不銹鋼纖維再在安裝進(jìn)入塔設(shè)備之前，首先將其抖松，目的是為了進(jìn)一步增大處理面積，然后再拉進(jìn)設(shè)備；在具體使用過程中，將所有的纖維絲1-1分為若干束，每束包含纖維20～5000根；形成集束纖維填料1。在本實(shí)用新型中，為了進(jìn)一步提高傳質(zhì)效果，將集束纖維填料1傾斜至某一角度，集束纖維填料1與填料塔6軸線的角度為0～20°之間；為了提高拉膜效果，集束纖維填料1的末端5采用固定或者是自由懸垂。
在本實(shí)用新型中，傳質(zhì)空間筒體2的邊壁效應(yīng)是一個(gè)不可忽視的問題，由于邊壁的存在，有的裝置傳質(zhì)效率甚至降低40％，尤其是在塔徑較小的裝置中，其影響更為嚴(yán)重。因此，在本實(shí)用新型中，在填料塔6的傳質(zhì)空間筒體2的內(nèi)壁安裝有一系列流體再分布器11，其目的是消除壁流，降低邊壁效應(yīng)。
在本實(shí)用新型中，在填料塔6的頂部設(shè)置了兩個(gè)流體分布器待處理相L的分布器10-1和洗液相H的分布器10-2。該種設(shè)計(jì)可以使兩相在集束纖維填料1上進(jìn)行傳質(zhì)，而避免短路流的產(chǎn)生；可使密度值較高、表面張力較大的洗液相與集束纖維填料1密切接觸，易于其拉伸成膜。即洗液相流體分布器的出口應(yīng)盡量與集束纖維填料1直接接觸；可以使兩股流體(洗液相和待處理相)在填料塔中均勻接觸、分布。
從結(jié)構(gòu)形式上來講，流體分布器10-1、10-2可以分別根據(jù)洗液相H和待處理相L介質(zhì)的不同以及處理量的大小來確定采用孔板式、溢流式和管式三種形式。如在操作范圍較小、液體中污垢較少的、而塔徑又較小(直徑小于1.22m)的情況，采用孔板式流體分布器；而在操作范圍較小、液體中污垢較少的、而塔徑較大(直徑大于1.22m)的情況，采用管式流體分布器。
反之在操作范圍較大、液體中污垢較多的、而塔徑又較大(直徑大于1.22m)的情況，采用溢流式流體分布器。
在上述三種流體分布器中，噴淋點(diǎn)的密度應(yīng)當(dāng)保持在65～90個(gè)/平方米或者按照2D2～5D2個(gè)的原則確定。
在本技術(shù)方案中，為了促進(jìn)分離效果或進(jìn)一步去除雜質(zhì)，在填料塔6的內(nèi)部安裝有催化劑或化學(xué)試劑，并且可以將填料塔6設(shè)置成多級(jí)串聯(lián)起來使用。
權(quán)利要求1.一種高效接觸纖維型填料塔，它主要由填料塔體(6)、傳質(zhì)空間筒體(2)、集束纖維絲填料(1)、進(jìn)料頂封頭(7)、流體分布器(10-1)、(10-2)、流體再分布器(11)以及分離沉降罐(3)組成，其特征在于填料塔體(6)分為上、中、下部分，填料塔體(6)的上部設(shè)有進(jìn)料口(8)、(9)，進(jìn)料口(8)與流體分布器(10-1)相連接；進(jìn)料口(9)與設(shè)在流體分布器(10-1)下方的流體分布器(10-2)相連接，填料塔體(6)的中部為傳質(zhì)空間筒體(2)，其內(nèi)部設(shè)有大量的集束纖維絲填料(1)和流體再分布器(11)，填料塔體(6)的下部為分離沉降罐(3)，纖維束(1)的末端(5)設(shè)置在分離沉降罐(3)的兩相界面(4)之下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的填料塔體(6)的長(zhǎng)徑比為3～30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于可選用三種孔板式、溢流式、板式流體分布器中的一種結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的流體再分布器(11)的數(shù)量至少為一套以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的集束纖維絲(1)的填充密度為0.25～15％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的集束纖維絲填料(1)，每束包含有纖維絲(1-1)20～5000根。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的集束纖維絲(1)，每束包含的纖維絲(1-1)直徑為3～2500微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的集束纖維絲(1)，每束包含的纖維(1-1)采用金屬材料，它包括不銹鋼、碳鋼；或者是非金屬材料作為纖維，非金屬材料中包括玻璃纖維、人造纖維、尼龍、聚脂材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效接觸纖維型填料塔，其特征在于所述的集束纖維絲填料(1)的末端采用固定或自由懸垂。
專利摘要一種高效接觸纖維型填料塔，它在填料塔體6的上部設(shè)有進(jìn)料口8、9，進(jìn)料口8與流體分布器10－1相連接；進(jìn)料口9與設(shè)在流體分布器10－1下方的流體分布器10－2相連接，填料塔體6的中部為傳質(zhì)空間筒體2，其內(nèi)部設(shè)有大量的集束纖維絲填料1和流體再分布器11，填料塔體6的下部為分離沉降罐3，纖維束1的末端5設(shè)置在分離沉降罐3的兩相界面4之下。本實(shí)用新型采用了大量的集束纖維絲填料和新穎的流體再分布器，增大了傳質(zhì)的表面積，避免了傳統(tǒng)方法遇到的彌散相分離以及傳質(zhì)塔的壁流問題，傳質(zhì)效率高，無彌散及乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，從根本上避免了乳化和夾帶現(xiàn)象的出現(xiàn)。本實(shí)用新型還具有設(shè)備體積小、分離時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J19/30GK2657758SQ20032010145
公開日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者趙嵐, 祖軍, 顧春來, 范怡平 申請(qǐng)人:北京欣博通創(chuàng)新能源技術(shù)開發(fā)有限公司