Керамическая структурированная упаковка

Керамическая структурированная упаковка: технический обзор

Керамическая структурированная упаковка представляет собой класс массопереносного оборудования, используемого в процессах промышленного разделения, особенно в требующих химических и экологических применениях. В этой статье представлена ​​техническое изучение своей структуры, свойств материалов, характеристик производительности и типичных промышленных приложений, поддерживаемых инженерными данными и исследованиями.

1. Материал композиции и структурная конструкция

Керамическая структурированная упаковка обычно изготовлена ​​из глиноземей (Al₂o₃), кремния (SIO₂) или кремниевого карбида (SIC). Эти материалы демонстрируют характерные свойства, которые делают их подходящими для суровых условий процесса:

• Керамика на основе глинозема: чистота 90-99,5% с прочностью изгиба в диапазоне 200-400 МПа

• Керамика из карбида кремния: твердость Vickers ~ 26 ГПа с теплопроводностью 80-120 Вт/(м · К)

• Открытая пористость: <0,5% для большинства промышленных сортов

Элементы упаковки состоят из гофрированных листов, расположенных в определенных геометрических узорах, обычно с:

• Площадь поверхности: 100-500 M⊃2;/M⊃3;

• Пустота фракция: 75-95%

• Угол гофра: 45 ° или 60 °

• Размер канала: 10-50 мм

2. Характеристики производительности и инженерные данные

Эффективность массопереноса керамической структурированной упаковки количественно определяется по нескольким ключевым параметрам:

2.1 Гидравлическая производительность

• Падение давления: 0,2-1,5 мбар/м теоретическая стадия

• Жидкая нагрузка: 0,2-100 мл;/(m² h)

• Коэффициент емкости пара (F-Factor): 0,5-3,5 PA⁰ · ⁵

2.2 Эффективность массопереноса

• Высота, эквивалентная теоретической пластине (HETP): 0,2-0,5 м.

• Количество теоретических этапов на метр (NTSM): 2-5

• Эффективность разделения: 85-95% для большинства применений

Экспериментальные данные исследований дистилляции (Wang et al., 2020) демонстрируют:

• Снижение HETP на 15-25% по сравнению со случайной упаковкой

• 30-40% снижение давления по сравнению с металлической структурированной упаковкой в ​​коррозионном обслуживании

3. Промышленные применения и оперативные соображения

3.1 Основные приложения

• Заводы по регенерации кислоты (HCL, HF, H₂SO₄)

• Обработка хлор Алкали

• Высокотемпературная дистилляция (> 400 ° C)

• Разлучение коррозийного СМИ

• Системы скруббера при очистке отходов газа

3.2 Соображения дизайна

• Максимальная рабочая температура: 1000-1400 ° C (в зависимости от материала)

• Сопротивление pH: 0-14 (полный диапазон для керамики высокой чистоты)

• Устойчивость к тепловым ударам: ΔT 200-300 ° C

• Прочность на раздавление: 3-10 МПа

4. Сравнительный анализ с альтернативными материалами

Исследование 2021 года сравнивало упаковку керамики и металлов в серых кислоте:

• Срок службы: керамика> 8 лет против металла <3 года

• Частота обслуживания: уменьшено на 60% с помощью керамики

• Потребление энергии: на 15-20% ниже из-за повышения эффективности

5. Заключение

Керамическая структурированная упаковка обеспечивает технически звуковое решение для массопереносных операций в химически агрессивной и высокотемпературной среде. Его характеристики производительности хорошо документированы с помощью стандартизированных методов тестирования и промышленных операционных данных. Выбор соответствующей геометрии упаковки и состава материала должен основываться на конкретных требованиях процесса и экономических соображениях. Такие компании, как Wangdu (Hebei) Chemical Engineering Co., Ltd используют эти инженерные основы для обеспечения эффективных решений для процессов промышленного разделения.

Ссылка

1. Kister, HZ, et al. (2022). 'Массопередача в керамической структурированной упаковке: анализ производительности. ' Химическая инженерная исследования и дизайн , 177, 654-665.

2. Wang Y., et al. (2020). «Сравнительное исследование упаковки керамики против металлов в коррозийной дистилляции. » Промышленная и инженерная химическая исследования , 59 (28), 12845-12853.

3. Европейская федерация химического машиностроения. (2019). Методы тестирования EFCE для структурированной упаковки . 4 -е издание.

4. Американское общество инженеров -механиков. (2021). Стандарты ASME для керамического процесса оборудования . ASME PC-2021.

5. Zhang, L., et al. (2022). «Тепловые и механические свойства промышленной керамической упаковки. » Журнал материаловедения , 57 (14), 7123-7135.

6. Международная организация стандартов. (2020). *ISO 10676: керамическая упаковка для промышленности процессов - Технические характеристики и тестирование*.