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双腾搅拌分离技术
浏览: 发布日期:2018-06-06

  填料塔的传质分离过程中,物质靠扩散由一相穿过界面传向另一相,因此构成相际间的传质过程,达到使均相混合物分离的目的。在填料塔内,由于在填料表面能够形成具有较为稳定的相界面,所以,双膜论是一个占有重要地位的理论基础。

  按照双膜论的论点,气液两相之间的传质阻力全部集中在气液两个虚拟的滞留膜层内。而在相界面处及两相流体中均无阻力。在两相主体浓度一定的情况下,两膜层的阻力便决定了传质速率的大小,因此双膜论又称为阻力理论。

  传质阻力绝大部分集中于气膜时,可以认为气膜阻力控制着整个传质过程的速率,即总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力,此过程可称为“气膜阻力控制”,如要提高此类过程的的传质速率,应从减少气膜阻力着手。在传质阻力绝大部分集中在液膜时,可以认为液膜阻力控制着整个传质过程,即总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力,此过程称为“液膜阻力控制”过程。如提高此类过程的传质速率,应从减少液膜阻力着手。

  对于气液分离,只有把气液两相之间的气膜、液膜的阻力减小,才能提高传质速率,才能提高传质分离的效率。具体的方法是减薄气膜和液膜的厚度。那么如何才能减薄气膜和液膜的厚度呢?就是要分别搅动气相和液相,使气相和液相湍动起来,而且湍动的越激烈越好。这样气膜或液膜就会变得越薄,传质阻力就会越小,传质速率就会大幅度提高,填料的分离效率就会大大增加。在这方面,从事化工分离工作的工程技术人员都很清楚,而且明白,由气膜控制的传质过程必须搅动气体,由液膜控制的传质过程必须搅动液体。虽然在这方面道理简单,但如何做到,特别是落实到化学工业的分离装置上,落实到传质构件(填料)上,就非常困难了,一旦落实,就会有大的突破。在液-液萃取中,传质阻力依然是两相液体之间的双层液膜,但目前人们采取的方法只是把分散相的液滴破碎的更小,以扩大两相之间的接触面积,但又不能因液滴太小而形成乳化。对于减薄两相之间的双层液膜,依然是对两相液体的搅动。某专家曾在实验室中的液-液萃取装置采用流化床(类似沸腾床)的方式进行萃取,使液-液萃取的效率得到了大幅度的提高。

  上述分析表明,如何在化工分离装置和化工分离构件(填料)中设计出能使两相产生激烈搅动的结构,在气液传质分离中如何设计出激烈地搅动气体和液体的构件的难度很大。截止目前,基本上没有什么好的办法,只是在分离构件(填料)中尽量扩大填料的面积,扩大气液的接触面积,使气液的分布、分散更均匀,使液滴分散的更小,使填料的润湿面积更大,减少填料层内部的沟流,局部的积液、滞液和壁流,减少填料层内部的中效应(唇式效应),减少填料层内部的气堵、液堵,减少气体对液体的夹带,减少液体对气体的裹携所造成的气液返混;减少气液传质中的盲区,提高填料的抗堵塞性能。但是这些方法和措施都忽略了一个很重要的方面,就是没法在传质构件(填料)中设置对气液两相的搅动的结构,忽略了在这方面的研究,在这方面没有采取什么措施,没有什么进展。也使传质构件,特别是填料的研发工作没有大的突破。虽然现在化工分离构件(填料、塔板)的种类繁多,但都大同小异,没有什么根本的变化,分离效率、性价比的差距不大。基本上都是追求了高分离效率,就增加了阻力,减少了通量,还增加了填料的成本;追求了通过能力和抗堵塞性能,就降低了分离效率,使设备的高度大幅增加,同时也增加了设备平台塔架和厂房的投资。在这种情况下,若要突破,就必须改变思路,找出新的研发设计理念和方向。

  采用双腾搅拌理念来研发新的传质构件和填料就是一条新的思路,只要在化工分离装置和构件(填料)上搞出能激烈搅动气体、液体的结构,就能大大降低传质阻力,大幅度提高传质效率。这个双腾搅拌的状态就是使气液处于激烈的湍动的状态,这个状态有如流化床,有如沸腾的开水或接近液泛,但又不能乳化,不能形成液泛。在这方面,某科研单位在实验室中发现,在液泛初期的非正常操作中,有时分离效率高达150%,这充分说明了搅拌气液可使分离效率大幅提高。但不能形成乳化、液泛的原因是:乳化、液泛将会造成严重的液沫夹带,造成严重的液相返混,使分离效率大幅下降,致使产品不合格,不达标。严重时将导致液体不能向下流动,而使分离设备无法正常操作。我们采用双腾搅拌分离来研发新的传质构件和填料的目的,就是充分激烈的搅拌气液而又不造成乳化和液泛,这点是研发新传质构件和填料的关键。

  经过长期艰苦的努力,在研发上,我们基本找到了适用于双腾搅拌分离的传质结构,时间不会太长,新的、以双腾搅拌分离技术为指导的,具有极高分离性能的传质构件和填料(双腾组合式专用传质构件)即可问世,这将大大推动化工分离技术的发展,为化工分离行业和用户带来福音。

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