[发明专利]一种填料塔用大孔泡沫炭拉西环填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种填料塔用大孔泡沫炭拉西环填料及其制备方法，属于泡沫炭材料应用技术领域。

背景技术

泡沫炭最早由美国人Ford在1964年提出的，其是一种以碳原子为基本骨架的具有多孔网络状结构的新型炭材料，具有低密度、比表面积大、抗腐蚀性好、高温热稳定性好、热导率和电导率可调等优点，近几年受到国内外学者和研究人员的高度关注，当前相关研究主要集中在废水及废气的吸附材料、催化剂载体、超级电容器的电极材料、绝热材料、热能储存器、吸波材料等领域。

填料塔是化工、食品等行业中常用的一种重要设备，可用于吸收、精馏等单元操作。填料塔的核心部件为填料，塔内的传热、传质通常发生在填料表面的液体与气相间的界面上，因此填料的比表面积及孔隙率越大，越能强化传质与传热的进行。除此之外，填料的抗腐蚀性、强度、单位体积的重量、对物料的润湿性能等都会影响填料的使用。

填料塔填料主要有实体填料和网体填料两类，如拉西环、鲍尔环、阶梯环、ɵ网环、波纹填料等。其中拉西环是应用最早的一种填料，由于其形状简单、制造容易，因此人们对其流体力学和传质特性的研究最充分，工业生产应用广泛。但在使用过程中，人们发现该填料存在严重的沟流及壁流现象，为克服这一问题，人们在拉西环的侧壁开出一排或两排窗孔，从而制成了鲍尔环。

在化工、食品生产中，行业不同，体系的物理化学性质变化较大，现有陶瓷、金属、塑料、石墨等材质的拉西环填料的通用性较差。例如在强酸碱体系中，陶瓷、金属材质的拉西环存在严重腐蚀问题，塑料材质的拉西环不能应用于高温环境等。与这些材质相比，泡沫炭的耐腐蚀、耐高温性能具有特殊优势，因此在绝大多数的环境中均可使用，具有较佳的通用性能。而就其密度而言，一般泡沫炭的密度在0.2～0.8g/cm³之间，密度较小，以其为填料可有效减少填料塔的自重。泡沫炭的抗压强度一般<3MPa，相对较低，但通过适当调整泡沫的制备工艺及外加一定的增强剂，可使其强度有较大幅度的提高，从而满足填料塔填满填料时的自重产生的压力以及装填过程产生的冲击力。现有填料塔所用拉西环的比表面积一般在50～700m²/m³，比表面积大小与填料尺寸有很多关系，而泡沫炭的比表面积远大于现有拉西环填料的比表面积，以泡孔孔径为1mm的泡沫炭来看，其比表面约在5×10⁴m²/m³，远高于现有拉西环填料的比表面积，而由此带来的是填料塔体积的缩小、制造及运行成本的大幅下降。

从以上分析可以看出，泡沫炭的相关特性完全满足填料塔对填料的要求，将其开发为填料塔填料，可大大降低相应的生产成本，并弥补相应技术的空白。

发明内容

为了克服现有填料塔所用拉西环及鲍尔环密度大、通用性差、比表面积小、气液传质效率低等问题，本发明提供一种填料塔用大孔泡沫炭拉西环填料及其制备方法，以泡沫炭为材料制得高效的大孔拉西环填料。

本发明通过下列技术方案实现：一种填料塔用大孔泡沫炭拉西环填料，由下列重量份的原料组成：

树脂100份、固化剂1～10份、发泡剂1～10份、表面活性剂1～10份、强度改良剂0～10份、活化剂1～30份。

所述树脂是分子量为500～1200的热塑性酚醛树脂、热固型酚醛树脂、脲醛树脂、呋喃树脂、糠醛苯酚树脂、丁苯树脂中的一种或两种以上。

所述固化剂为六次甲基四胺、盐酸、硫酸、磷酸、三乙醇胺、氯化铁、氯化铝、氯化锌、氯化铵、草酸、五氧化二磷、铬酸、氢氧化钠、氢氧化钾、对甲苯磺酸中的一种或两种以上。

所述发泡剂为尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、正己烷、正庚烷、正戊烷、铝粉、镁粉中的一种或两种以上。

所述表面活性剂为TX305、吐温40、吐温60、吐温80、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、司盘、聚乙二醇中的一种或两种以上。

所述强度改良剂为粉煤灰、硅藻土、高岭土、活性白土、石墨颗粒、炭纤维、玻璃纤维、石棉纤维、石英砂、磷渣、木粉中的一种或两种以上。

所述活化剂为水、乙醇、丙酮、苯、氯仿、四氯化碳、硼酸中的一种或两种以上。

本发明的另一目的在于提供一种填料塔用大孔泡沫炭拉西环填料的制备方法，经过下列各步骤：

（1）按下列重量份的原料备份：

树脂100份、固化剂1～10份、发泡剂1～10份、表面活性剂1～10份、强度改良剂0～10份、活化剂1～30份；

（2）树脂泡沫的制备：