规整填料塔技术在炼油工业中的应用

一、前 言 填料塔是化工和炼油工业中广泛使用的一种气液、液液接触传质设备。填料塔尤其适应于真空蒸馏、常压及中低压下的蒸馏,大气量的两相接触过程(如气体的吸收、冷却等)。规整填料是近几十年来填料塔发展的主线。规整填料以其独特的规则几何形状,规定了气液流路,克服了沟流和壁流现象,消除了放大效应,同时提供了大量的气液接触表面积,因而提高了分离效率并降低了流体阻力,规整填料的不断开发与应用,使蒸馏设备以板式塔为主的局面受到了挑战,最大直径的规整填料塔已达14米,改变了填料塔只能用于小塔的传统观念。     

QH—1型扁环的研究和应用

1.概述 填料塔具有结构简单、操作弹性大、处理能力高等优点,在石油炼制、医药工业和环境保护等领域都得到广泛的应用。填料的种类很多,数量最大的是乱堆填料。近几年来,Mellapak等规整填料获得了迅速发展,在减压精馏等场合的应用获得了很大的成功。但是,最新的研究工作表明,规整填料仅在减压蒸馏等低液-气比的条件下才明显地优于塔板和乱堆填料。在高压精馏等液-气比大的情况下,乱堆堆料的性能优于规整填料和塔板。在液一液萃取过程中,对填料的要求不同于气—液传质过程。乱堆填料有利于促进液滴群的分散-聚合-再分散循环,有利于提高传际相质的效率。     

丙碳脱碳塔内件的改造—以MD型塔板代换散装填料

近年来,碳酸丙烯酯(丙酯)脱碳获得了相当规模的工业应用。但某些厂由于脱碳塔内件采用散装填料,气液分布欠佳,又易堵塞,影响了脱碳效率和气液通量。良渚化肥总厂的丙碳脱碳塔几经改动调试,见效不大,今年8月,由浙江工学院提供科技成果MD技术,厂校合作,以MD型塔板代换散装填料获得成功。生产实测表明,MD型塔板的通量可提高30％以上,传质效率可提高20％以上,操作稳定,是丙碳脱碳的最佳塔内件,值得推广应用。     

乙烯装置汽油分离塔改造浅析

30万吨/年乙烯装置DA-101汽油分离塔经多次改造成效显著但仍不够理想,该塔技术改造有五大技术难关:(1)苯乙烯.茚.二乙烯苯等不饱合芳因过烃这热而形成聚合物,致使填料和液体分布器发生堵塞;(2)裂解气夹带焦化物是中部取热段填料层和液体分布器堵塞的主要原因;(3)常用填料和气液分布器的贮垢抗堵能力较差;(4)进气初始分布器的结构型式及布气性能;(5)洗涤段的结构设计与洗涤效果。 天津大学填料塔新技术公司等单位开发研制的组合式液体分布器、捕液—气体分布盘、辐射式进气初始分布器、再分布填料、乾隆派克填料、自清洗填料等专利技术和专有技术从结构上提高了气液分布器的贮垢抗堵能力,防止雾沫夹带能力和气液均布性能;提高了填料的抗堵塞能力,自清洗能力、再分布能力、气液通过能力、传质热和洗涤效果。这些新技术已在炼油厂大型常减压蒸馏塔的技术改造中得到了成功的应用,并获得国家科技进步奖和国家发明奖。工艺措施和结构措施双管齐下,必将把DA—101塔的技术改造推进到一个新的阶段,达到一个新的水平。     

表面处理碳钢,不锈钢塔填料研究及其工业应用

塔填料表面润湿的好与环,将直接影响填料塔中的热、质传递性能,基于填料表面的润湿主要取决于固体与液体间的粘附功和液体的内聚功,当固/液间粘附功等于或大于液体的内聚功时才能达到理想的润湿,否则润湿不良。要使固/液间具有较大粘附功·其必要条件(不是充分条件)是固体具有较大的比表面自由能的机理以及粗糙表面的润湿角与光滑平面的润湿角间的关系。通过对碳钢、不锈钢表面性能分析,认为对金属(指碳钢和不锈钢)填料表面进行化学处理,采用在塔填料表面沉积表面能更大的物质,提高其比表面自由能和表面粗糙度的方法,可改善金属填料的润湿性,提高原填料的热、质传递效果。 金属填料表面采用适宜的化学处理工艺处理,处理后的塔填料表面润湿角可降低40°以上,接近理想润湿;可较未处理同规格填料增加有效相界面积5～35％,传质单元高度降低10～20％;表面处理层还具有一定的防腐蚀性能,可在常温下、0.5N的硫酸、HCL以及碱性工况下使用,对碳钢材料的耐蚀性能可显著提高。采用原塔退役填料进行表面处理后,更换尿素尾气吸收塔中的填料进行工业试验,在操作工艺条件未发生任何变化的情况下,出塔尾气中NH3含量从原来的17～22％降至9～12%。为工厂节省投资50％以上,减少了原材料消耗。改善了操作环境,减轻了大气污染     

细粒层存在条件下矿岩散体内的溶液流动特性

柱浸过程中矿岩散体的不均匀分布影响着溶液的渗流规律。为考察细粒层的存在下溶液流动特性,利用CT技术与COMSOL Multiphysics多相耦合模拟软件,开展矿岩散体内溶液渗流模拟研究,获得细粒层存在条件下的流体流动轨迹、渗流速度场及压力场分布规律。结果表明:细粒层影响着溶液的流动轨迹和优先流的形成,具体表现为大部分溶液绕过细粒层形成优先流,细小支流横穿细粒层,在细粒层内部溶液难以到达的位置,溶液流速较低,形成溶液流动的停滞区。细粒层内溶液速度降与压力降较小,在相邻细粒层的孔喉位置处,溶液流速及该处压力明显增高。     

135 t钢包下水口结构优化

针对某钢厂135 t钢包下注法浇注过程中铸流发散,钢液纯净度降低的问题,优化设计了下水口结构,数值模拟了钢包浇注时下水口内钢液-气两相流行为,对比了浇注开口度分别为100%、70%、30%情况下,出下水口钢液流动状态。结果表明:钢包水口开口度较大时,使用优化的下水口容易形成束流流出,流动平稳,钢液速度较小,且钢液与气相的接触时间减短,有利于提高钢液纯净度和下水口使用寿命。     

FLUID DYNAMICS IN A GAS STIRRED LADLE——A Separated Flow Model with Stochastical Trajectories

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

气液两相流的流场特性研究——随机轨迹分离流数学模型SCIEI

针对底吹气液两相流过程的非均匀性和气泡运动过程随机性,本文从理论上提出用气液分离流动模式处理气液两相流动的方法,建立了随机轨迹分离流数学模型。该模型在Lagrangian时间序列坐标系中分析气泡的流动特性,在Eulerian空间位置坐标系中描述液体的紊流流动过程;气液相间的相互作用以气泡源项的形式在Eulerian场中予以分析;气泡的轨迹由Monte Carlo随机采样方法确定。为便于与前人的工作相比较,本文还采用均相流模型进行解析计算。研究结果表明,本文提出的分离流模型理论上合理,其计算结果与实测结果比较一致。     

机械振动对碳纤维增强AZ31B复合层板界面性能的影响

在不同热压载荷下制备出碳纤维增强AZ31B复合层板,并分析了机械振动对复合层板界面的影响。通过粘接拉伸法对复合层板的界面结合性能进行测试,并利用OM对复合层板横截面的微观组织进行观察分析。结果表明:随热压载荷的升高,界面粘接拉伸强度先增加后减小,60 MPa热压载荷下的结合强度最高。同时,机械振动起到搅拌作用,促进了金属液体的流动,提高了碳纤维与基体间的润湿性,并且碳纤维均匀分布在金属共晶液中。施加机械振动后层界面的结合强度比施加振动前都得到提高,并且60 MPa热压载荷下结合强度提高了1.5倍,达到11.06 MPa。     

超声波对Ni-CeO2纳米复合电铸层微观结构和性能的影响

采用扫描电镜和X射线衍射分析Ni-CeO2纳米复合电铸层的表面形貌和结晶取向,研究超声波对电铸层显微硬度和耐磨损性能的影响.结果表明:由于电铸过程中引入的超声波的强力搅拌作用、超声空化效应和声流扰动效应,可以有效抑制CeO2纳米颗粒在镀液中的团聚,并促使其在电铸层中均匀分布,进一步细化了Ni结晶晶粒;超声波的引入可促进Ni晶体沿(111)和(220)晶面方向的生长,改变电铸层的结晶取向;与无超声波作用相比,超声波作用下制备的纳米复合电铸层显微硬度高、耐磨损性能优良,在CeO2添加量为40 g/L时所制备的纳米复合电铸层的显微硬度最高、磨损率最低.     

导向浮阀塔板的性能和工业应用

导向浮阀培板结构新颖,性能优良,为国内外首创,可用于化学工业和石油工业中的气液传质操作。导向浮阀塔板的主要结构特征为:塔板上设有导向浮阀,浮阀上有导向孔,导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致。因而,导向浮阀塔板可减小甚至完全消除塔板上的液面梯度,减小塔板上的液体返混程度,可消除塔板上的液体滞止区,并且,导向浮阀无磨损,不脱落。导向浮阀塔板与F1,型浮阀塔板相比,生产能力可提高20～30％,塔板效率提高10～20％,塔板压降减小20％左右用导向浮阀塔板代替F1型浮阀塔板,可获得显著的经济效益。 导向浮阀塔板已在炼油厂常压塔、煤气厂脱苯塔、乙醇装置等应用,以代替F1型浮阀塔板,均获得显著效果。例如:锦西炼油化工总厂蒸馏常压塔(3800)改用导向浮阀塔板后,处理能力由250万吨/年提高到300万吨/年,轻油收率提高0.46％,常压塔拔出率提高1.44％,并且改善了油品质量,获得了显著的经济效果。 导向浮阀塔板为实用新型专利,专利号91215110.2。1994年5月,导向浮阀塔板获美国匹兹堡国际发明及新产品展览会金奖。 F1型(国外称V1型)浮阀塔板是重要的气液传质设备,自1950年左右问世以来,在炼油和化学工业中迅速推广应用。由于浮阀塔板具有浮动部件,可在一定范围内自动调节汽体通道,具有良好的操作性能:浮     

铜/铝复合接触线连续挤压成形工艺参数

采用有限元软件对连续挤压下铜铝接触线层状复合成形过程进行二维数值模拟,详细研究了不同模芯端部导流角、复合变形区长度、铜铝厚度比、坯料与模具表面状态和定径带长度对铜铝双金属的流动和挤压力大小影响的规律。结果表明,模芯端部导流角度取30°,复合变形区长度取3.5~5 mm,定径带长度取5 mm,并尽可能增加铝与铜之间摩擦,同时减小模具与铜之间摩擦,能使铜铝层状复合流畅,产品顺利挤出且成形良好。此外,在TLJ340连续挤压机上进行了铜铝层状复合的试验,试验结果与数值模拟结果相吻合。     

铅包锡双金属气压充芯连铸复合界面研究

选用低熔点的铅和锡为材料,采用"气压充芯连铸"工艺,制备出外层铅直径为12 mm,内层锡直径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.设计了铅液浇注温度、连铸速度和充气压力的三因素、三水平的正交试验,对影响双金属连铸坯复合界面的因素进行了原理性研究,得出了最佳的工艺参数组合.结果表明:当铅液浇注温度为375℃,连铸速度为10 mm/min,充气压力为0.03 MPa时,连铸坯复合界面过渡层明显,表面质量良好,包覆层厚度均匀,实现了冶金结合.     

基于数值模拟的铜铝接触线拉拔成形工艺优化

采用DEFORM-3D有限元分析软件对铜铝接触线拉拔加工过程进行三维数值模拟,得到拉拔过程中等效应力、等效应变及流动速度分布,分析了接触线复合界面产生缝隙的原因以及实际生产中接触线弯曲的原因。通过改变铜线坯断面形状,使铜铝接触线界面结合良好,调整铝侧定径带长度为2mm、铜侧定径带长度为5mm,使接触线保持平直,并分析了拉拔模角对拉拔加工工艺的影响。     

潜油离心泵旋转速度对流道内瞬态气液两相流场影响

为研究变频调速运行时,潜油离心泵输送气液两相流时泵内部流动特性,以Q10潜油离心泵的叶轮为研究对象,采用欧拉-欧拉非匀相流、非定常N-S方程和标准κ-ε湍流模型,对潜油离心泵叶轮内气液两相流动进行了瞬态仿真计算。结果表明:流道内的气相随着叶轮旋转而分布不均匀,叶轮内气相聚集范围均表现为自前缘处向尾缘处出口延伸,气相聚集浓度自前缘进口处向尾缘出口递减;当叶轮转速增加,气相在流道内周期性聚集扩散的周期缩短,且叶轮内气相浓度减小,气袋的体积变小,也容易分离破碎成小气袋;流道内整体流速增大,进出口压差增大;叶片两侧压差与叶轮转速成正比,同时叶片表面波动频率也随之增大。     

连铸直接成形矩形断面铜包铝复合材料界面及其在轧制中的变化

采用水平连铸直接复合成形工艺,制备断面尺寸为50 mm×30 mm、铜包覆层厚度为3 mm的铜包铝复合棒材,并分别采用拉剪试验、XRD、SEM、EDS和EPMA等对铸棒界面的结合强度、形貌和组成进行表征。结果表明:铜包铝复合铸棒界面层的主要组成为CuAl2和Cu9Al4,在近铜侧由平面状Cu9Al4(Ⅰ区)和CuAl2胞晶(Ⅱ区)两区组成;在近铝侧为α(Al)+CuAl2共晶组织(Ⅲ区)。在铸棒横断面上不同位置的界面层结构相同,但界面总厚度不均匀,上部厚度最大,达到220μm,且CuAl2胞晶组织较发达;侧部厚度最小,约为110μm;下部厚度为150μm。界面层总厚度,特别是Ⅱ区CuAl2胞晶层厚度对界面剪切强度有显著影响,因而横断面上部的界面剪切强度较低,为24.7 MPa;侧部和下部的界面剪切强度接近,分别为35.6和33.4 MPa。XRD和断口分析表明,界面分离发生在界面层的Ⅰ区和Ⅱ区内。在后续轧制加工过程中,界面层发生断裂而破碎,其破碎程度随变形程度的增加而增加;当压下率达到67.7%以上时,形成大量纯铜和纯铝直接接触无明显扩散的结合界面,原界面化合物层破碎为尺寸较小的碎片沿界面不连续分布。     

激光-MAG复合焊熔质分布与熔池流动特征

采用扫描电子显微镜和高速摄像机分析了CO2激光-MAG电弧复合焊接焊缝中熔质元素的分布规律,以及复合焊熔池的形成过程与熔池内熔质分布的关系.熔质分布与熔池的流动状况及元素添加位置密切相关,其决定因素是激光与电弧两热源间距变化引起的熔池流动特征变化.激光匙孔强烈的波动和熔体紊流可以使熔质分布均匀化,但低熔点金属形成的等离子蒸气冲击力会使熔质在焊缝中形成局部区过度富积,而激光束流的扫描和搅拌可进一步促使熔质元素分布均匀化.当光丝距离为3 mm、元素添加位置距表面1.0 mm时,熔池中添加元素含量较高并且分布最为均匀.     

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究

采用搅拌摩擦加工法制备铝基SiC复合层,研究不同加工道次下SiC颗粒在复合层中的分布形态,并对复合层的组织形貌和显微硬度进行分析。结果表明:加工次数的增加,有利于复合层中SiC颗粒的均匀分布,经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒分布均匀,基体金属组织中粗大Si相和枝晶完全消失,组织被明显细化。增强相SiC颗粒的加入使复合层显微硬度得到提高,4道次加工后搅拌摩擦中心区显微硬度最高值为71 HV,较基体金属(45HV)提高了26 HV,搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍。     

铬含量对薄壁高强度桩管钢腐蚀性能的影响

采用电化学性能测试、半浸泡试验及SEM、EDS分析研究了铬含量对薄壁高强度桩管钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,试样在3.5%盐溶液中一直处于活化状态;随着铬含量增加,薄壁高强度桩管钢试样自腐蚀电位相差不大,但腐蚀电流密度降低,电荷转移电阻增大;试样在盐溶液-大气界面处腐蚀最为剧烈。随着铬含量的增加,钢的耐蚀性不断提高,当铬质量分数为2%时,试样耐蚀性最好,年腐蚀速率为0.023 4mm/a。铬元素在锈层中出现富集现象,但在液-气界面区和浸泡区表现出不同的特征:铬元素在浸泡区富集于与基体接触的内锈层区,而在液-气界面区富集于远离基体的外锈层区。