1. 痛點問題

精餾、吸收和萃取等化工分離過程廣泛地用于化工、能源、環(huán)保、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。大量統(tǒng)計數(shù)字表明，分離過程的能耗約占工業(yè)過程總能耗的50%。為此，《自然（Nature）》正刊近年發(fā)表了一篇評論文章 “七種化學(xué)分離技術(shù)改變世界（Seven Chemical Separations to Change the World）”。文中指出，美國工業(yè)能耗占全國總能耗的32%，而化工分離過程的能耗占了美國工業(yè)能耗的45-50%。對于七種最耗能分離過程如原油常減壓分餾、芳烴、烯烴、海水淡化、溫室氣體CO2捕集、稀土分離和海水提鈾等，先進(jìn)技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)可以節(jié)能30%左右。因此分離技術(shù)的創(chuàng)新和推廣應(yīng)用極為重要，可以“改變世界“ 。我國工業(yè)過程能耗占總能耗的比重超過60%，化工分離過程顯得更為重要。

塔填料分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。本專有技術(shù)屬于規(guī)整填料。適用于減壓精餾、化學(xué)吸收等。塔填料的結(jié)構(gòu)和性能對分離過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有重要的影響。但傳統(tǒng)的Mellapak、Gemapk 等規(guī)整填料雖然應(yīng)用很廣，但幾十年來結(jié)構(gòu)和性能鮮有改進(jìn)。為了應(yīng)對氣候變化和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，對高性能規(guī)整填料的要求非常迫切。例如某企業(yè)煉油廠原油減壓塔改造，急需大幅度減小塔的阻力降。又如某電廠50萬噸CO2捕集項目急需大量高效率低阻力降的規(guī)整填料等。

2. 解決方案

CFD模擬和實驗觀察表明，傳統(tǒng)規(guī)整填料長期沿用90度左右的波紋齒頂角是造成氣相阻力降大、液相在填料表面分布不均勻和傳質(zhì)效率低的主要原因。為此，在CFD模擬和實驗研究的基礎(chǔ)上本專有技術(shù)提出的小齒頂角波紋規(guī)整填料方案，將填料的齒頂角從90度左右減小到30度左右，大大縮小了波紋間距、增高了波紋高度。實驗研究表明，這種新結(jié)構(gòu)規(guī)整填料的阻力降比同樣比表面積的Mellapak 填料降低約30%、處理能力增加約15%、傳質(zhì)效率也能增加約15%。這樣，填料塔的體積效率可望增加約30%，對節(jié)能減排和提質(zhì)增效具有重要意義。

圖1. 傳統(tǒng)板波紋填料波紋片形狀示意圖

圖2. 本發(fā)明的小齒頂角填料的波紋板片示意圖