本发明专利技术涉及规整填料领域，具体为一种碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备方法和应用。该填料为具有波纹几何形状的碳化硅泡沫陶瓷填料单元板叠加组合而成，填料单元板为具有三维连通网络结构碳化硅泡沫陶瓷，泡沫孔径在10PPi～80PPi之间，体积分数可控制在10～70％之间，填料单元板波纹形状是三角形或圆滑波浪形。有机泡沫预先切割成所需要的波纹形状，然后再模压成型或者对辊挤压成型，很好的解决了成型过程中泡沫孔压缩及拉长变形问题，得到的填料单元板泡沫孔形状规则，良好地保持了有机泡沫模版原有的三维网络连通结构。本发明专利技术适用于多种分离过程操作，特别适合于难分离物系的分离过程，适应高效率、低能耗的需求，尤其适应于各种强腐蚀物系的分离过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及规整填料领域，具体为一种新型碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备方法和应用，适用于多种分离过程操作，可广泛应用于炼油、石油化工、轻化工、空气分离、三氯氢硅提纯、煤化工、食品、制药、冶金等工业领域，特别适合于难分离物系的分离过程，适应高效率、低能耗的需求，尤其适应于各种强腐蚀物系的分离过程。
技术介绍
化工分离的应用十分广泛，其中精馏技术一直是主要的和首选的关键共性技术， 是产品分离、提纯的重要手段，在生产中对产品的质量、生产效率、能耗等具有举足轻重的影响。填料塔特别是规整填料(比表面积大)塔具有生产能力大、分离效率高、压力降小、 操作弹性大、持液量小等优点。因此广泛应用于炼油、石油化工、轻化工、空气分离、三氯氢硅提纯、煤化工、食品、制药、冶金等诸多工业领域。在精馏生产过程中，填料塔内进行着汽/液介质的传质传热的物理和化学反应， 填料的性能决定了传热传质的效率，尤其在难分离物系精馏中体现的更为重要，对于组分的相对挥发度接近于1的精馏过程，要达到较高纯度的分离要求就需要较多的理论板数， 因此填料塔高度要求有足够的理论板数高度，大大提高了设备投资，同时带来操作、控制和运行过程中的很大不便，目前规整填料的材质主要有氧化物陶瓷(Al2O3)、不锈钢、碳钢、塑料等，形状上来分主要有织网类、格栅类、丝网类和波纹板等几大类。氧化物陶瓷材料耐高温、耐腐蚀，但制备难度大，成型困难，成本高，并且传热能力差，表面积小，分离过程中阻力大，因此效率低；金属类(不锈钢、碳钢等)加工成型容易，可以成型为织网、丝网或者波纹板形填料，导热性能优于氧化物陶瓷，表面积可以做的很大，因此分离效率较高，但金属材料耐腐蚀性能差，寿命短是其最大的问题；而塑料材料制备的填料润湿性差、不耐高温，导热性能差，效率很低。因此，为了节省投资、提高产品纯度、节约能源，研发高效、长寿命、低阻力、高导热、大比表面积的塔填料来提高精馏技术水平，降低分离过程能耗是分离行业当务之急和发展方向，随之将会带动和推广高效、绿色、节能精馏过程及与之相关的新型精馏技术。碳化硅泡沫陶瓷具有大的比表面积(几千m2/m3)，良好三维网络连通结构，优良的热物理性能(基体导热率可达140W/m · K以上)，耐酸碱腐蚀的特点，因此目前在很多方面应用广泛，而采用碳化硅泡沫陶瓷作为规整填料的材质，目前还没有对其进行研究的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备方法和应用， 可良好地解决现有规整填料普遍存在的效率低、不利节能、使用寿命低、设备建设及维护成本高的问题。本专利技术的技术方案如下—种碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料，该填料为具有波纹几何形状的碳化硅泡沫陶瓷填料单元板叠加组合而成，所述填料单元板的材质为具有三维连通网络结构的碳化硅泡沫陶瓷，泡沫孔径在IOPPi SOPPi之间，体积分数控制在10 70%之间，填料单元板波纹形状是三角形或圆滑波浪形，波纹尺寸结构可调。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料，填料单元板波纹形状是三角形或圆滑波浪形，波纹尺寸、结构可调，波峰高(H)可在2 50mm之间，波纹角α可在30 150°之间； 其中，若波纹形状为圆滑波浪形，波纹角α则以相邻波峰顶点连接线夹角计算。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料，填料盘中的填料单元板竖直排列，各板之间相互平行叠加，波纹平行方向与填料盘竖直方向有一 15° 85°之间的倾斜角，相邻填料单元板的波纹倾斜角相同，方向相反。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料的制备方法，具体制备过程如下(1)原料准备将固体颗粒粉末、高分子材料、固化剂按质量百分比例为(70wt % 20wt% ) (20wt% 70wt% ) (lwt% 10wt% )共溶于有机溶剂中，经机械搅拌后球磨，过滤，得料浆，所述料浆溶液溶质为总质量的5 80% ；固体颗粒粉末是碳化硅粉、硅粉或者二者混合粉末；高分子材料选自环氧树脂、酚醛树脂和糠醛树脂之一种或几种；固化剂为对甲苯磺酸、乌洛脱品、草酸或柠檬酸；有机溶剂为乙醇或甲醛；有机泡沫采用聚胺酯海绵泡沫，泡沫孔径在IOPPi SOPPi之间选择；(2)波纹成型有机泡沫预先切割成所需要的波纹形状，将上述原料均勻涂敷在有机泡沫上，然后铺在加热的对开成型模具的一面上后合模固化，成为具有模具形状的波纹板；或者，采用加热的波纹对辊，将涂敷后的有机泡沫在对辊间挤压固化成型为具有对辊模具相同的波纹形状，对开成型模具或波纹对辊的预热温度为120 180°C，波纹形状根据实际情况由模具形状控制；有机泡沫预先切割成所需要的波纹形状，然后再模压成型或者对辊挤压成型，很好的解决了成型过程中泡沫孔压缩及拉长变形问题，得到的填料单元板泡沫孔形状规则， 良好的保持了有机泡沫模版原有的三维网络连通结构。(3)浸渍将步骤( 得到的填料单元板继续在步骤(1)中准备好的料浆中浸泡，取出并通过离心、气吹的方法去除多余料浆，保持泡沫开孔，烘干固化，然后重复上述过程多遍次，得到所需体积分数的有机高分子填料单元板前驱体，其中碳化硅泡沫陶瓷的体积分数控制在 10 70%之间，其中烘干固化温度为120 180°C ；(4)采用同种料浆作为粘接剂，将填料单元板前驱体平行叠加组合起来成为填料盘结构，然后热解，再加工成型为需要的填料盘形状，再经熔渗烧结成为制品。所述步骤中，热解的工艺过程和工艺参数如下氩气、氮气或其它惰性气体的保护气氛，或者在真空条件下，升温速率每分钟1 IO0C，升温至800 1200°C，保温0. 5 2小时，生成碳质波纹规整填料盘。所述步骤中，熔渗烧结的工艺过程和工艺参数如下熔渗反应烧结中选用的原料为硅，在氩气、氮气或其它惰性气体的保护气氛下烧结渗硅，或者在真空条件下进行烧结渗硅，升温速率为每分钟5 15°C，熔体温度为 1600 1900°C，保温0. 5 5小时，得碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料的应用，该碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料用于精馏塔操作系统。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料的应用，该碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料用于多种分离过程操作，广泛应用于炼油、石油化工、轻化工、空气分离、三氯氢硅提纯、煤化工、食品、制药或冶金工业领域。所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料的应用，该碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料用于难分离物系的分离过程；或者，该碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料用于各种强腐蚀物系的分离过程。本专利技术在避开传统制备SiC泡沫陶瓷制备工艺可控性差，成本高的基础上，发展了一种高强、高比表面、结构可控、高效、耐腐蚀碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料及其制备技术，具有如下优点1、利用高性能泡沫碳化硅波纹板制备的规整填料，具有大的比表面积，可达几千 m2/m3,因此具有较高的汽液接触面积，传质效率较高；同时由其高导热率的特点，使得传热过程进行充分；由于其三维网络连通特性，使得通汽效果好，降低了压降，效率较现有金属丝网规整填料高1倍左右。2、SiC材料的高化学稳定性保证了碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料的长寿命要求， 可以大大延长设备维护周期，从而节省维护费用并利于操作，同时在要求精馏效率一定的情况下，可以大大减少填料用量，降低塔高50%以上，降低设备投资成本。3、新型泡沫碳化硅波纹规整填料是利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种碳化硅泡沫陶瓷波纹规整填料，其特征在于：该填料为具有波纹几何形状的碳化硅泡沫陶瓷填料单元板叠加组合而成，所述填料单元板的材质为具有三维连通网络结构的碳化硅泡沫陶瓷，泡沫孔径在１０ＰＰｉ～８０ＰＰｉ之间，体积分数控制在１０～７０％之间，填料单元板波纹形状是三角形或圆滑波浪形。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张劲松，田冲，杨振明，曹小明，刘强，李鑫钢，高鑫，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89
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