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1、 TH 阶梯式鞍环散堆填料 化学工程联合国家重点实验室(清华大学) 地址：北京市海淀区清华园化学工程系 联系人：钱建兵/朱慎林 电 话：13222995906/13661203477 Email： TH 填料简介 TH阶梯式鞍环颗粒填料是清华大学在目前通用填料的基础上开发出来的，它吸收了矩鞍环填料、CMR 和 NR 填料的优点，并且同时考虑了气液与液液两种传质机理下填料结构对传质效率的影响，形成了一种空隙率大、压降低、液滴分散度好、传质效率高、抗堵塞性能强的新型颗粒填料。 常规填料存在的缺点 虽然散堆填料的种类很多，但大多数通用填料如鲍尔环、矩鞍环、CMR、Nutter Ring 等普遍具有处
2、理能力和传质效率不高、抗堵塞性能差等缺点。 原因分析： （1）填料的不规则排列降低了汽液或液液两相的流道； （2）填料内部的两相流动接触状态较差，存在着严重的轴向和径向返混； （3）填料的翻边结构容易使粘稠物在其表面聚合结焦而引起填料流道的阻塞； （4）在液液体系中，分散相液滴容易在其表面聚合，引起传质表面的下降和传质阻力的增加。 TH 阶梯式鞍环颗粒填料的创新： TH 阶梯式鞍环颗粒填料的创新： 本填料是由一长方形金属薄片弯成一弧形，金属片的两端制成锯齿形，在金属片的两侧开有两条狭长的不同长度的长形窗口， 与长形窗口相对应的部位内弯成两条高度不等的弧形筋片，在金属片的中间弯成两个内凹弧形筋片
3、，在两个弧形筋片中间各开一个矩形窗口。 (1)本填料优化了高径比， 使填料的排列更加规则， 改善了汽液两相的流动性能，增大了处理能力； （2）金属片两端的锯齿型结构：以加速汽液或液液的分散聚集再分散的不断传质表面更新过程；对于易发泡体系，锯齿型结构提供的外力有助于消泡，从而减小发泡对处理能力的影响； （3）开设多个矩形窗口：增大两相流通截面积，改善流动性能，降低了液体的持液量，减少了液体聚焦和堵塞填料的机率，增强了抗堵性能； （4）采用两条不等高的内弯弧片，增加了两相破碎的机率，增加两相的流动扰度，减小传质阻力，提高传质速率，同时提高填料的机械强度； （5）取消 CMR 和 IMTP 的翻边结
4、构：防止粘稠物系在其表面聚合结焦，强化了抗堵塞性能，在液液传质过程中的防止液滴聚合使之传质比表面积减小，从而降低或避免效率的下降。 TH 阶梯式鞍环颗粒填料特性参数： TH 阶梯式鞍环颗粒填料特性参数： 填料型号 比表面积 m2/m3 空隙率（%）堆积密度（Kg/m3） 堆积个数（个/m3）TH-25 225 96.2 440 125000 TH-38 126 96.5 260 38000 TH-50 96 97.3 210 18000 TH 阶梯式鞍环颗粒填料性能： 技术经济分析技术经济分析 在液体喷淋密度Lw=40m3/m2.h时 TH 填料与常用的鲍尔环、IMTP、M250Y 填料的技术
5、经济性能比较 Lw=38.40m3/m2.h01002003004005006007008009001.001.502.002.503.00 Fg(m/s)(kg/m)0.5Pa/Z,Pa/m,Dg38 Pall RingDg38 IntaloxDg38 TH Lw=0m3/m2.h05010015020025030035040045050011.522.533.5 Fg(m/s)(kg/m)0.5Pa/Z,Pa/m,Dg38 Pall RingDg38 IntaloxDg38 TH1.01.52.02.53.03.54.00102030405060708090100 Lw,m3/m2.hUg
6、f,m/sDg38 Pall RingDg38 Intalox Dg38 TH0.20.250.30.350.40.450.50.550.60102030405060708090100 Lw,m3/m2.h(HOL)25,mDg38 Pall RingDg38 IntaloxDg38 TH比较项目 38 TH 38 鲍尔环 38 IMTP M250Y FGC， (m/s)(kg/m3)0.5 2.38 1.68 2.10 1.88 HOL，m 0.34 0.43 0.47 0.37 Sf，s-1(kg/m3)0.5 7.0 3.91 4.47 5.08 p，kg/m3 266 365 365
7、170 p，s(kg/m3)0.5 36.49 93.3 81.6 33.5 （1）技术性能 塔内件选型的关键因素之一就是填料的综合技术性能， 此处采用分离因子 Sf比较填料的综合技术性能，即 OLGC fHFS= 式中 FGC表示传质单元高度 HOL保持恒定时的最大空塔动能因子。分离因子 Sf综合体现了填料的负荷能力和分离效率。几种填料的分离因子比较见图 38mm TH38mm IMTPM250Y38mm 鲍尔环012345678填料类型分离因子Sf不同填料之间的分离因子比较（Lw=40m3/m2.h） 图中可以看出，与 250Y 麦勒派克、38 鲍尔环、38 IMTP 相比，TH 填料的分
8、离因子值分别高出 27.4%、44.1%、37%。说明 TH 填料在综合技术性能方面具有明显优势。 （2）经济性 在考核技术性能高低的同时，工程选型当然需要考虑经济性。此处采用填料单位分离能力的堆密度（即比密度）以表示用材的指标，即 fp pS= 式中 p为填料的堆密度，kg/m3。 几种填料的比密度比较见图 同填料之间的比密度比较（Lw=40m3/m2.h） 从图中可以看出，M250Y 规整填料的比密度低于常规散堆填料，因此对于完成一定的分离任务，选用规整填料将节省材料消耗。而在散装填料中 TH 填料的比密度最低，与鲍尔环和 IMTP 相比，TH 填料的比密度分别低出 60.8%和 55.8
9、%。可见 TH 填料的经济性非常好。 TH 填料与其它散堆填料的综合性能比较： 填料类型 分离能力 处理能力 抗堵塞性能塔内流态分布 综合评定IMTP 较差 较差 较差 较差，返混严重 5 CMR 较差 较差 较差 较差，返混严重 4 Nutter Ring 一般 较高 较好 一般 3 QH 较好 一般 一般 较好，返混小 2 TH 好 好 好 好，返混很小 1 TH 填料与常规填料鲍尔环、IMTP、CMR 填料相比，具有明显的优势，通量可以提高 10-20%左右，传质效率约提供 10%，压降降低 10-25%左右。用于老塔改造，有利于扩能降耗，新塔设计可降低塔高，降低设备固定投资，生产操作中
10、可适当降低回流比，从而降低能耗。 TH 填料与常规填料鲍尔环、IMTP、CMR 填料相比，具有明显的优势，通量可以提高 10-20%左右，传质效率约提供 10%，压降降低 10-25%左右。用于老塔改造，有利于扩能降耗，新塔设计可降低塔高，降低设备固定投资，生产操作中可适当降低回流比，从而降低能耗。 38mm TH38mm IMTPM250Y38mm 鲍尔环0102030405060708090100110填料类型比密度P典型应用：典型应用： 吸收、洗涤和液-液萃取体系； 芳烃抽提； 汽油、石脑油、轻柴油精制； 尾气的吸收与洗涤； 合成气脱 CO2； 裂解气洗涤； 糠醛精制体系； 润滑油精制；
11、 干气、液化气、液态烃脱硫体系、汽油脱硫醇； 气体分离； CO2 抽提； 丙酮回收； 含酚、含硫废水处理； 改造应用举例：改造应用举例： （1）液化气脱硫装置 改造背景 上海金山石化原塔塔径为 1.4m；安装了 6m 高的金属 Pall 环填料； 主要问题：处理能力低，传质效率低，高负荷下 LPG 质量不合格。 瓶颈： 金属 Pall 填料效率低；原料和溶剂分布器设计有误。 改造方案 采用 TH 填料代替原有的 Pall 环填料以大幅度提高传质效率； 利用 CAD 软件优化设计两相分布器；采用新的填料支承板和防夹带的塔内构件。 改造结果 处理能力提高了 25.6%；溶剂比下降 27%；LPG
12、质量明显提高,满足了出口要求；技术改造的投资回收期仅三个月。 （2）润滑油精制装置 大庆石化糠醛改造背景 糠醛精制是生产润滑油基础油的重要工艺过程，其中抽提塔是该工艺装置的核心。大庆石化总厂糠醛精制装置的抽提塔均为转盘塔，在改造前，转盘的转速较低，轴向返混严重，影响到了两相传质和分离，有时转动部分出现故障时，转盘就不动了，但仍能操作。因此普遍人为转与不转一个样，同时塔顶带醛量大。为此迫切需要对现有装置改造。 改造方案 我公司采用 TH 散堆填料代替原来的转盘塔，并且增加管式分布器。改造后该塔处理能力提高了 10-20%，产品质量也明显上升。 改造结果 兰州石化糠醛改造背景 兰州炼油化工总厂 2
13、0 万吨/年酚精制抽提塔原塔采用 12.5m 高的鲍尔环.该塔精制油收率较低，产品质量较差，处理能力较小。 改造方案 用 TH 散堆填料替换鲍尔环，更换两相分布器。 改造结果 处理能力提高 23.34%；精制油收率提高 2.38；能耗下降 176.68MJ/t；酚用量减少 0.239Kg/t；年增经济效益 834.3 万元/年。 858582.982.93.8:13.8:14:14:12952952952950.50.50.50.55.05.05.55.5150150BNBN878786.386.32.5:12.5:13:13:12602602602600.20.20.20.22.02.04.
14、54.5650650SNSN888887.387.32.2:12.2:12.5:12.5:12302302302300.050.050.050.051.01.02.52.5400400SNSN909088882:12:12:12:12152152152150.50.51.01.0200200SNSN909088881.8:11.8:12:12:12052052052050.50.51.01.0150150SNSN改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前收率收率收率收率%溶剂比
15、（溶剂比（溶剂比（溶剂比（V V）闪点闪点闪点闪点残碳残碳残碳残碳%比色号比色号比色号比色号名称名称名称名称858582.982.93.8:13.8:14:14:12952952952950.50.50.50.55.05.05.55.5150150BNBN878786.386.32.5:12.5:13:13:12602602602600.20.20.20.22.02.04.54.5650650SNSN888887.387.32.2:12.2:12.5:12.5:12302302302300.050.050.050.051.01.02.52.5400400SNSN909088882:12:12:12:12152152152150.50.51.01.0200200SNSN909088881.8:11.8:12:12:12052052052050.50.51.01.0150150SNSN改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前改后改后改后改后改前改前改前改前收率收率收率收率%溶剂比（溶剂比（溶剂比（溶剂比（V V）闪点闪点闪点闪点残碳残碳残碳残碳%比色号比色号比色号比色号名称名称名称名
