一种CO低温精馏法生产碳13同位素专用填料.pdf

本发明涉及一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，该填料包括盘式填料及颗粒填料，所述的盘式填料包括多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片、不锈钢丝网托盘以及不锈钢丝网外框，所述的多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片垂直排列在不锈钢丝网外框内，且相邻两波纹片的波纹方向相反，所述的不锈钢丝网托盘设在垂直排列的不锈钢丝网波纹片底部，所述的不锈钢丝网波纹片为倾斜波纹片，该波纹片的峰线或谷线与填料盘的垂直轴线有一倾角，所述的不锈钢丝网波纹片上设有多个小孔，相邻两不锈钢丝网波纹片之间构成多个容置空间，所述的颗粒填料填设在该容置空间内。与现有技术相比，本发明的具有放大效应不明显、效率高等特点。

1.  一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，该填料包括盘式填料及颗粒填料，所述的盘式填料包括多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片、不锈钢丝网托盘以及不锈钢丝网外框，所述的多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片垂直排列在不锈钢丝网外框内，且相邻两波纹片的波纹方向相反，所述的不锈钢丝网托盘设在垂直排列的不锈钢丝网波纹片底部，所述的不锈钢丝网波纹片为倾斜波纹片，该波纹片的峰线或谷线与填料盘的垂直轴线有一倾角，所述的不锈钢丝网波纹片上设有多个小孔，相邻两不锈钢丝网波纹片之间构成多个容置空间，所述的颗粒填料填设在该容置空间内。

2.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的倾角为20～60°。

3.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的不锈钢丝网波纹片的峰高h＝4～8mm，半波距B＝3～6mm。

4.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的不锈钢丝网波纹片上设置的小孔的孔径为2～6mm，孔间距6～14mm，且呈等边三角形排列。

5.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的填料盘呈圆柱形，其盘径和塔径相当。

6.  根据权利要求5所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的填料盘的盘径为40～300mm，盘高为30～200mm。

7.  根据权利要求5所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的填料盘视塔高可以安装多个，相邻两个填料的波纹方向彼此相错90°安装。

8.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的颗粒填料为不锈钢θ网环颗粒小填料。

9.  根据权利要求8所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的θ网环颗粒小填料规格为Φ1.6×1.6mm和/或Φ3.2×3.2mm，由Φ0.1～0.15mm的不锈钢丝网绕制、切割而成。

10.  根据权利要求1所述的一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，所述的填料用硝酸-氢氧化钠碱液蒸煮法进行表面处理。

一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料
技术领域
本发明涉及一种新型化工分离专用填料，尤其涉及一种应用于CO低温精馏法生产碳-13同位素的低温精馏塔中的高效复合填料PACK-¹³C。
背景技术
CO低温精馏法是目前唯一成功工业化生产稳定性同位素碳-13的方法，由于其分离系数只有1.007，并随着压力的升高而减小，为得到高丰度的产品，必须建立几千块理论塔板的低温精馏塔。因此，需要分离效率高、压力降小、放大效应不明显的高效填料。
目前，高效填料有两大类，一类是规则高效填料，如金属丝网波纹填料，比表面积(相接触面积)一般为700m²/m³。，每块理论板当量高度HETP＝8cm，另一类是乱堆颗粒填料，如金属θ网环填料，比表面积(相接触面积)一般为3000～4000m²/m³，HETP＝2～3cm。金属丝网波纹填料的特点是：通量大、压力降小、放大效应不明显，所以比较适合在真空条件下，处理大通量的难分离物系的分离提纯操作。而金属θ网环填料的特点是：效率高，特别适合于分离系数仅接近于1的难分离物系的分离，但其致命的弱点是放大效应明显，一般塔径D与填料颗粒直径d之比，D/d不大于20。故D＞8cm的塔径，其HETP值明显上升。在现有的CO低温精馏塔中，几乎全都采用颗粒小填料，这不利于提高大塔径的效率，因此必须寻求较佳途径，取得突破。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足之处而提供的一种放大效应不明显、效率高的CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种CO低温精馏法生产碳-13同位素专用填料，其特征在于，该填料包括盘式填料及颗粒填料，所述的盘式填料包括多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片、不锈钢丝网托盘以及不锈钢丝网外框，所述的多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片垂直排列在不锈钢丝网外框内，且相邻两波纹片的波纹方向相反，所述的不锈钢丝网托盘设在垂直排列的不锈钢丝网波纹片底部，所述的不锈钢丝网波纹片为倾斜波纹片，该波纹片的峰线或谷线与填料盘的垂直轴线有一倾角，所述的不锈钢丝网波纹片上设有多个小孔，相邻两不锈钢丝网波纹片之间构成多个容置空间，所述的颗粒填料填设在该容置空间内。
所述的倾角为20～60°。
所述的不锈钢丝网波纹片的峰高h＝4～8mm，半波距B＝3～6mm。
所述的不锈钢丝网波纹片上设置的小孔的孔径为2～6mm，孔间距6～14mm，且呈等边三角形排列。
所述的填料盘呈圆柱形，其盘径和塔径相当。
所述的填料盘的盘径为40～300mm，盘高为30～200mm。
所述的填料盘视塔高可以安装多个，相邻两个填料的波纹方向彼此相错90°安装。
所述的颗粒填料为不锈钢θ网环颗粒小填料。
所述的θ网环颗粒小填料规格为Φ1.6×1.6mm和/或Φ3.2×3.2mm，由Φ0.1～0.15mm的不锈钢丝网绕制、切割而成。
所述的填料用硝酸-氢氧化钠碱液蒸煮法进行表面处理。
本发明将金属丝网填料压力降小、放大效应不明显和金属θ网环填料效率高的特点结合在一起，使其发挥各自的优点，而创造出一种新型填料。若将该新型填料叠加放入生产碳-13的CO低温精馏塔的塔节内，则可组成一个完整的塔，这就宛如一个不规则的多管填料塔，各管中都装有高效的填料，只不过这“管”不是直的，也不是圆的，是弯弯的，这就是波纹填料的气体通道，这个通道在塔内是东南西北来回曲折旋转，上下左右往返四方伸展，气体液体就在其通道内的填料表面上进行传质交换，使液体浓缩气体剥淡，使整个塔的HETP保持在高水平。
与现有技术相比，本发明涉及的高效复合填料PACK-¹³C与现有填料相比具有以下优点：
1、本发明中含有由Φ0.1～0.25mm的不锈钢丝网制成的θ网环颗粒小填料，规格为Φ1.6×1.6mm和/或Φ3.2×3.2mm。使PACK-¹³C填料的比表面积为3000～4000m²/m³，HETP为3～4cm，分离效率远远高于金属丝网填料。
2、本发明中含有由多片不锈钢丝网波纹片、不锈钢丝网托盘以及不锈钢丝网外框所组成的盘式填料。盘式填料不仅提供了汽、液交换的相接处面积，而且提供了填设θ网环颗粒小填料的容置空间。在该容置空间内θ网环颗粒小填料的排列比较规则。从而使PACK-¹³C填料的压力降和放大效应远远低于θ网环填料。
3、本发明可视塔高安装多个不锈钢丝网波纹片填料盘，具有操作简单、灵活的特点。
4、本发明所述的PACK-¹³C填料用硝酸-氢氧化钠碱液蒸煮法进行表面处理。使填料的表面粗糙，对于CO的润湿性能好，从而增加相接触面积，提高了填料的分离效率，非常适合CO低温精馏塔。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明不锈钢丝网波纹片的结构示意图；
图3为本发明不锈钢θ网环颗粒填料的结构示意图；
图4为本发明相邻两盘填料的安装示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例
如图1～3所示，PACK-¹³C填料，包括盘式填料1及颗粒填料2，所述的盘式填料1包括多片由不锈钢丝网压制而成的波纹片11、不锈钢丝网托盘12以及不锈钢丝网外框13，所述的多片不锈钢丝网波纹片11垂直排列在上述不锈钢丝网外框13内，且相邻两波纹片的波纹方向相反，所述的不锈钢丝网托盘12设在垂直排列的不锈钢丝网波纹片底部，所述的不锈钢丝网波纹片11为倾斜波纹片，该波纹片的峰线或谷线与填料盘的垂直轴线有一倾角，所述的不锈钢丝网波纹片11上设有多个小孔111，所述的相邻两不锈钢丝网波纹片之间构成多个容置空间14，所述的颗粒填料2填设在该容置空间14内。
选取图2所示的不锈钢丝网波纹片，丝网目数为60～100目，单元尺寸峰高h＝4～8mm，半波距B＝3～6mm，波纹方向与塔轴线倾角呈20°～60°，波纹打孔，小孔直径为2～6mm，孔间距6～14mm，呈等边三角形排列。波纹片加工成盘径为40～300mm，盘高30～200mm的规则的不锈钢丝网波纹填料盘，该填料盘呈圆柱形，其盘径与塔径相当。然后在其通道中分别填满，由Φ1.6×1.6mm和/或Φ3.2×3.2mm之不锈钢θ网环颗粒小填料，底部用10目不锈钢丝网加工成波纹片作为底片，以托载小颗粒填料。该小颗粒填料一般由Φ0.1～0.15mm的不锈钢丝网制成θ网环，再切割成一定长度的颗粒。这样组成一种新型复合填料，使其发挥各自的优点。
图4是相邻两盘复合填料组装图，该复合填料盘视塔高可安装多个，相邻两盘填料的波纹片方向彼此相错90°安装。
颗粒丝网波纹填料的盘径和不锈钢θ网环颗粒填料的尺寸，要依据具体生产负荷来进行选择，其塔高则由所要求产品的最终¹³C丰度而定。
经工业条件测试，直径为45mm的不锈钢CO低温精馏塔，其理论板当量高度HETP＝3cm，直径为80mm的不锈钢CO低温精馏塔的HETP＝4cm，都超过现有填料的技术水平。