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杜佩衡教授-中华塔器网

一生学用化工 半世塔器情缘

——记中华塔器技术专家联谊会会长、天津衡创工大现代塔器
技术有限公司董事长、河北工业大学杜佩衡教授

   化工生产企业的外形特征是塔器林立、管道纵横。化工生产中所有的传质分离过程都发生在样式各异的化工塔器中,因此,塔器的质量如何,事关化工企业的生产运行,也决定着化工产品的产量与质量。令人高兴的是,国内多家高等院校和科研院所在近几十年时间内,潜心研究化工塔器的技术,已经在技术上实现了国产化,并取得多项自主知识产权,有效地推动了广大化工企业的技术进步,同时也使企业取得了很好的经济效益。其中,由中华塔器技术专家联谊会会长、河北工业大学化工塔器研究所所长杜佩衡教授主持研发的“新型垂直筛板(NewVST)”、“立体连续塔板(LLCT)”等塔器系列技术,已经成功地服务于国内28个省区市的数百家化工企业。对此,记者近日专访了在业界享有较高威望的杜佩衡教授,以期全面了解这位专门研究、推广化工塔器技术的专家的研发过程和塔器的技术特色。
非学化工专业不可
   杜佩衡教授出生在学习氛围浓厚的浙江省东阳市。曾祖父是清末举人,祖父是清末秀才,父亲上世纪三十年代毕业于上海大夏大学。可以说,杜佩衡教授出身于江南的读书人家庭。中学时期他先后就读于东阳中学和杭州高级中学,而杭高当年的校长就曾有著名学者沈钧儒、马叙伦、蒋梦麟等,杭高一百周年时从杭高毕业的院士有36位。在中学时期,杜佩衡教授就对化学课表现出特殊的喜好。1955年夏天,高中时的一位化学老师问杜佩衡:“该填报高考志愿了,我知道你喜欢读化工,可目前清华大学还没有建立化工系,想读化工就不能报考清华了,你的高考分数可以读清华大学的电机工程系,去不去?” 杜佩衡:“我一定要读化工系,清华不能报,别的学校也可以。”老师说:“那你就报考天津大学化工系吧,天大化工系是目前国内最好的。”这样,杜佩衡就在这一年考取了天津大学的化工系,了却了自己学化工专业的心愿,同时也就此进入了自己为之奋斗一生的化工大世界。
   1960年,杜佩衡从天津大学化工系毕业后,被国家分配到校址位于天津市红桥区的河北工业大学,这年他刚好23岁。两年过后,他开始为本科生上大课,学生们反映杜老师讲的课他们爱听,可学生们又觉得杜老师讲授如此重要而复杂的《化工原理》、《化工传递过程》等课程时,似乎又没有看教案。杜佩衡对记者说,其实我在给学生们讲课时,并不是不看教案,教案就放在讲台上,只不过我不是两眼紧盯着教案去授课,而事先认真备课,充分理解教学内容,重要的还要烂熟于心,所以讲授时教案就只是作为辅助手段罢了。之后,在二十多年的化工专业课程的教学实践中,杜佩衡在广博的专业知识中逐步发现了一些问题,而这些问题往往影响企业生产。因此,从上世纪70年代末,杜佩衡将自己的专业视角逐步转向化工企业的装置上,以自己掌握的理论来为化工生产实践服务。
上世纪80年代初,杜佩衡担任了河北工大化工原理教研室主任职务,在指导研究生的同时,开始关注化工装备领域的发展。凭着对化工专业的热爱和对化工装备业发展现状的关注、研究,杜佩衡确定了自己的主攻方向:努力提高化工生产企业最常用的塔器的技术水平,解决多年来各种各样的化工塔器存在的诸如传质效率不高、生产能力偏低、阻力偏大、操作弹性偏小、容易在塔内形成堵塞等问题。目标确定之后,杜佩衡下定决心,用自己下半生的时间研究化工塔器技术,为中国化工装备的发展做出贡献。
得到企业的支持
   确定工作目标后,杜佩衡开始着手建立研究机构,同时也开始全面了解国内外化工塔器的发展状况。现代化工生产水平与塔器的技术现状是同步的,世界第一台化工用板式塔,早在1813年时就在欧洲建成投产,到现在已近200年,此技术传入我国已将近一个世纪,其中一种叫“泡罩塔”的塔器至今还在应用。应当说,化工塔器技术已是一项成熟技术。但是随着生产规模的扩大和对环境、节能等指标要求的提高,国内现有的化工塔器已经明显不能适应发展的需要,提高塔器技术工艺水平已刻不容缓。然而,杜佩衡发现,国内一些院校和院所已经开始化工塔器技术的研发,北京化工大学、兰州石油机械研究所、大连理工大学、西北大学等4家单位已经展开了不同程度的研发,从资金、设备到人员都具有一定的规模。而杜佩衡则是两手空空(既无资金又无实验基地)。
   为了解决研究资金问题,于上世纪80年代初期,杜佩衡特意到天津大沽化工厂找到当时的厂总工程师,联系校企技术合作的事宜。这位厂总工程师是浙江金华人,与杜佩衡是同乡。两位化工行业的同乡相见杜佩衡直接了当提到要对新型垂直筛板这种喷射型高效传质塔板开展研究,但缺少资金与设备,要求大沽化工厂给予支持。由于大沽化工厂也认识到技术提升的重要性,也希望此技术能够推动企业的技术进步。这样,大沽化工厂拿出1万元线给杜佩衡的课题组,同时又无偿提供了泵、鼓风机等设备。
   为了提高研究的效率,并为了将研究成果尽快投入工业应用,课题组将实验装置设计成工业塔比较接近的型式。又为了能直接观察到试验研究过程的操作工况,将试验塔体用有机玻璃制作,以便出现问题可以及时研究分析加以解决。试验研究工作终于在1984年初展开了。1985年天津市科委又给了6.0万元的科研费,给予重点资助,这使此项研究工作得到更充足的资金。为开展研究工作注入了新的活力。
对塔器功能进行革命
   研究工作一开始,杜佩衡为研发项目制定出明确的工作目标:要在国内化工塔器技术领域进行一次革命性的研发,彻底解决目前化工企业各种塔器存在的传质效率不高、产能偏低、易被堵塞、能耗偏高等问题。新型塔器必须拥有通量大、效率高、压降低、弹性大、抗堵塞、易检修、能耗低等特点,并且可以广泛应用于炼油、石油化工、化肥、有机化工、高分子化工、精细化工、医药化工、食品化工等多个行业。
   经过反复深入地研究,发现传统塔器的传质分离效果不理想,存在诸多性能都较差等问题。针对塔器的现实问题,逐项进行技术攻关。比如为解决塔器处理能力不高的问题。经分析研究后认定乃是由于塔器内塔板上常常产生过量的液沫夹带,影响气体上升的速度,即影响处理能力。由课题组新研制新型垂直筛板技术,尤其近些年新研究开发出的立体连续传质塔板(LLCT),采用了更加新型的帽罩技术解决了这一问题。这种新型帽罩的结构,可以保证塔内的气液混合物呈水平偏下方向喷出,使液沫夹带量大大降低,因此可以大大提高气流速度,且板孔开孔率可提高三成以上,从而使塔器的处理能力比浮阀塔板提高二倍以上。
   又比如为了搞清楚喷射型板式塔(例如新型垂直筛板塔)的内在机理,以挖掘出改进塔板技术功能的途径。杜佩衡指导其研究生对NewVST喷射过程中气相中液滴粒度大小及分布规律进行了测定研究。这在当时为世界上首次。经研究发现了液滴大小分布的详尽结果,并基此对该种塔板的板间空间的传质作用进行研究。研究结果正如预测那样存在重要的传质作用。这在世界上为首次发现,并因此可以解释为什么这类塔板具有很高的传质分离作用。基此又进一步提出该类喷射型塔为立体喷射连续传质作用的塔。这些为进一步改进与提高其结构,达到使其具有更高的传质分离作用与具有更大的处理能力等性能奠定了理论基础,这对喷射型板式塔的研究的深化乃是重大贡献。
   由杜佩衡主持的河北工大塔器技术研发工作,在20多年的时间里,取得了多项发明成果,均应用在化工企业的生产实践中,为企业解决了许多实际问题。1988年首先将新型垂直筛板技术应用在天津大沽化工厂的低沸精馏塔技术改造中,取得成功。随后又在沈阳化工厂、沧州化工厂、天津化工厂等企业的低沸精馏塔和高沸精馏塔的技术改造发挥作用。1991年后,此项技术又先后应用在河北丰润第一化肥厂的循环热水塔,石家庄滹沱河化肥厂、邢台南和化肥厂等企业的氨回收清洗塔上。1991年,华北制药厂在丁醇回收塔的技术改造中也应用了河北工大的塔器技术,解决了生产中遇到的问题,大大提高了分离效果与装置的生产能力,企业取得了较好的经济效益。
   由于杜佩衡主持的研发项目解决了化工塔器中存在的主要问题,因而,采用过河北工大塔器技术的PVC行业数十家企业原来氯乙烯低沸精馏塔与高沸精馏塔均另外配备两座备用塔及相关6台换热器就被砍掉了,从而大大降低了企业的设备投资。记者在采访中了解到,以往的PVC企业,除了正常生产中使用的氯乙烯低沸塔与高沸塔,确实都有同样的备用塔。以备停车切换保持连续生产,以备急需。因为原来的塔器经常发生堵塞现象,少的一年中也要停车三四次,停下车来清洗时,职工们要手拿刀具钻进塔器中刮凿。每当这时,就要启动旁边备用着的设备,维持生产。由杜佩衡主持研发的新型塔器解决了堵塞的问题,不仅生产周期可以保证在十年以上,而且省去了配套的备用塔和多个换热器。
   另外,在化肥企业的氨回收塔中,碳化尾气中的氨常常出现碳铵结晶造成堵塞现象,影响心脏设备压缩机的使用寿命。为了解决这一问题,传统的技术是采用三塔合一的办法,即固定副塔→综合塔→清洗塔流程。杜佩衡主持研发的新型化工塔器技术问世后,将此技术安装在综合塔上就能完成原本三个塔才能起到的作用,省去了固定塔和清洗塔,降低了企业的投资。且不仅产品质量能够达到国家标准,保护了环境还降低了生产用水量,使T水/TNH3降为0.6T水/TNH3。以下固定副塔和清洗塔被取消后,生产装置现场也就不再需要原来必须要编制的3名操作工人。
   对于杜佩衡主持研发的新型化工塔器技术,业界普遍认为是化工塔器技术的一次革命,极大提高了塔器在化工生产中的作用。因而这项技术在1990年时就通过了天津市科委组织的技术鉴定,被认为是填补了国内外空白,其理论研究成果为国内首创,当时达到了国际先进水平;1994年获得天津市首次科技兴市突出贡献奖(即天津市市长特别奖)。
又经过10年的总结和完善,杜佩衡主持研发的新型化工塔器技术得到进一步发展。2004年12月,杜佩衡开始向国家知识产权局申请专利。专利共有三项,一项是《一种气液接触组合件及使用它的传质分离塔》,一项是《气液接触组合元件设置方法及使用该方法的传质分离塔》另一项是《一种气液接触组合件及使用它的传质分离塔》。三项专利已分别于2006年11月29日、2006年12月27日和2007年2月7日得到国家知识产权局的批准,获得了专利权。这些专利技术的水平又有新的突破,在确保高传质分离效率外,其生产能力又比立体连续传质塔板(LLCT)有了更大的提升,其空塔动能因子FT≥3.5,乃是一种更新型的超强高速喷射塔板,达到世界上最先进的水平。
创建公司推广技术
   由于塔器在化工企业中具有重要作用,国内多家院校和科研单位在研发过程中越来越觉得有必要携起手来,共同推进化工塔器的技术发展。1997年在湖南张家界召开的全国化工专业会议上,天津大学、大连理工大学、河北工业大学等多所院校的科研人员和专家提议成立全国性的化工塔器技术的专家协作组织,以加强此领域的研发工作。最后确定该组织名称为“中华塔器技术专家联谊会”,会长经公推方式产生。鉴于杜佩衡教授对中国化工塔器技术进步的贡献,被公推为联谊会会长。
   杜佩衡认为自己担任的这个民选的会长,任务只有一个,就是要团结国内塔器行业的专家,研发出更经济实用的先进技术,服务企业,造福社会。随着年龄的增长,杜佩衡开始考虑退休离开教学和科研第一线后,该如何继续完成好倾注半生时光研究的塔器技术。2006年9月,他以近古稀的年龄注册成立了“天津衡创工大现代塔器技术有限公司”,完成了从教授到董事长角色的转换。
   杜佩衡教授对记者说:“我搞化工塔器研发的过程,与国内同行们不同。同行们往往是继承本单位前辈老专家的研究成果与研发基地作为基础,有国家资金支持,有完好的设备;而我最初搞科研时是白手起家,面前没有台阶可上,前进路上充满了困难。而塔器这行既有我的兴趣和责任,也是国家经济发展所必须的生产装置。所以,我对化工塔器有着特殊的情感。我在70岁时成立公司,就是要在现有塔器专利技术的基础上,不断开展研发工作,下一步要将系统工程的理念引进塔器的进一步研究开发中,力争将化工塔器的技术水平再提高一大步。要实现这一目标,就得要以公司为依托,将化工塔器的设计过程、工艺技术、设备制造、安装调试、售后服务等一条龙化。下一步还要考虑开拓国际市场,提高我国化工塔器在国际上的竞争能力。”
   目前,天津衡创工大现代塔器技术有限公司已在石家庄市建立了生产研发基地,这为研究成果的更进一步提升、为化工领域诸行业塔器技术工业应用达到更高的水平建立了更加坚实的基础。

 

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