[发明专利]一种高强度陶瓷丝网波纹规整填料及其制备方法与应用

说明书

本发明主要涉及规整填料领域，具体为一种基于高强度陶瓷丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，旨在解决常规陶瓷丝网波纹规整填料整体力学强度低，无法实现产品化与工业应用的问题。本发明通过陶瓷丝网波纹规整填料的网丝结构设计、丝网网孔构型设计、波纹形状设计、材质优选、制备工艺优选等系统性解决方法，获得高强度陶瓷丝网波纹规整填料。该陶瓷丝网波纹规整填料具有强度高、表面积大、高效率、低压降、耐化学腐蚀等特点，解决腐蚀环境下高效、高通量、低阻力降精馏填料整体力学强度低的问题。

技术领域：

本发明主要涉及规整填料领域，具体为一种基于高强度陶瓷丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，用于萃取、分馏、精馏、混合等多种化工操作过程，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。

背景技术：

以金属丝网为代表的规整填料具有低压降、高传质效率的特点，为气-液、液-液传质过程提供了高效、大通量的塔设备，极大地促进了精馏技术的进步。金属丝网规整填料所用材质主要涉及两大类型，即：以不锈钢为代表的普通合金和以钛合金、锆合金、蒙乃尔、哈氏合金为代表的特种合金。前者，价格便宜，应用量大，但耐蚀性差，难以用于腐蚀性物料的分离；后者，耐温、耐蚀性明显优于前者，但价格昂贵，对某些高温、高浓介质的耐腐蚀性也亟待提高。在此背景下，开发适合于腐蚀环境下使用的高效、高通量、低压降的规整填料成为了化工材料领域的一项重要工作。

鉴于陶瓷、玻璃等无机非金属材质的优异耐蚀性能，陶瓷、玻璃等无机非金属材质的规整填料受到了人们的普遍重视，板波纹型无机非金属规整填料由此得到成功开发，并在应用中取得了很好的抗腐蚀效果。但它相比于金属丝网规整填料，其分离效率低、压降大、操作弹性小等问题十分突出。与此同时，现有陶瓷丝网的强度低，性能差，导致其无法满足陶瓷丝网规整填料在精馏塔内装填所需的力学强度要求。其原因在于，除陶瓷自身脆断性原因外，陶瓷丝网网孔结构设计、陶瓷丝网材质和制备方法(特别是烧结方法)选择的不合理，是造成这一问题的主要原因。其中，陶瓷丝网网孔结构设计不合理，使网丝节点很容易成为外加力学载荷和制备过程产生的热应力的应力集中点；陶瓷丝网材质的不合理选择，直接导致陶瓷丝网力学性能的低下；通常的烧结方法均伴随较大甚至很大的收缩率，该特点与丝网导热系数低于同质致密材料规律相叠加所导致的热应力，更将放大前述两个因素造成的问题。

发明内容：

为了解决现有陶瓷丝网波纹规整填料在产品化与实用化过程中面临的整体力学强度低的问题，本发明旨在提供一种基于高强度陶瓷丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，通过陶瓷丝网波纹规整填料的网丝结构设计、丝网网孔构型设计、波纹形状设计、材质优选、制备工艺优选，进而组装成填料塔用实体规整填料，以适应腐蚀性物料在低阻力降下的高效、高通量精馏分离。

本发明的技术方案如下：

一种高强度陶瓷丝网波纹规整填料，该陶瓷丝网波纹规整填料的基本组成为波纹状陶瓷丝网材料，丝网材料自身含有陶瓷材质和结构可调的丝网网丝，丝网网丝形成孔型结构可调的丝网孔；一层或两层以上波纹状陶瓷丝网材料叠加为陶瓷丝网波纹板，竖直排列叠加的陶瓷丝网波纹板，各波纹板的波峰或波谷所处平面相互平行；波纹波峰线或波谷线方向与竖直方向有一15°～85°之间的倾斜角，相邻波纹板的倾斜角相同，方向相反；陶瓷材质、丝网网丝结构、丝网孔孔型结构是相同的或不同的。

所述的高强度陶瓷丝网波纹规整填料，陶瓷丝网波纹板所含的网丝自身为实心或空心结构，陶瓷丝网波纹板所含的丝网孔孔型结构为圆形、椭圆形、常规多边形、变体多边形、分级多边形、手性或反手性结构中的一种或两种以上，陶瓷波纹板的波纹形状为以下形状中的一种或两种以上：三角形、顶点圆滑三角形、方波波形、顶点圆滑方波波形、梯形波波形、顶点圆滑梯形波波形、正弦波波形。

所述的高强度陶瓷丝网波纹规整填料，陶瓷丝网波纹板的丝网孔孔径为2～60目，丝网孔面积占比为50％～95％。