填料塔中的填料技術進展

1、填料塔中的填料技術進展摘要：在現(xiàn)代工業(yè)中，填料塔廣泛應用于石油、天然氣加工，化學品的分離，香料 及醫(yī)藥生產(chǎn)屮。填料是填料塔的核心構件，為氣液兩相間熱質(zhì)傳遞提供了有效的相界面。 隨著填料塔的推廣，填料的類型也在不斷地發(fā)展。隨著新型塔填料的相繼開發(fā)和應用， 填料塔的優(yōu)點更顯突出，應用范圍日益擴大。關鍵詞：填料塔；技術；進展在填料塔中，液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從 塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣休分布裝置）分布后，與液體呈逆流 連續(xù)通過填料層的空隙。在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)和傳熱，從而達到 分離的效果。經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，目前工業(yè)中應用的

2、填料多種多樣。按照裝填方式，分為散 裝填料和規(guī)整填料，按照材料種類，分為陶瓷填料，塑料填料和金屬填料以及石墨填料。一、散裝填料對于散裝填料，最初的填料可以追溯到石塊、焦炭等不定型物料的使用。1914年拉 西環(huán)的出現(xiàn)是填料塔的重大突破，可以說拉西環(huán)是現(xiàn)代填料的先張。拉西環(huán)是具有內(nèi)外 表面的環(huán)形實壁填料，與原始填料相比，有較大的表面積，但是亦有缺點，即橫放時內(nèi) 表面不易被液體潤濕，氣體也不能從環(huán)內(nèi)通過，致使液體阻力大，氣液接觸面積小。1948 年，徳國出現(xiàn)了被稱為第二代產(chǎn)品的鮑爾環(huán)，特點是在拉西環(huán)的圓環(huán)壁上開兩層矩形孔, 小孔的母材并不從環(huán)上剪下來，而是向中心彎入，這種結構提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面

3、 的利用程度，減少了流體阻力，增大了氣液接觸面積，是一種優(yōu)良的填料。這乂是填料 發(fā)展史上的新的重大突破。此后乂出現(xiàn)了階梯環(huán)，它是在鮑爾環(huán)的基礎上改進得到的， 階梯環(huán)與鮑爾環(huán)一樣開有矩形孔，并彎曲為向內(nèi)的舌頭。階梯環(huán)的一端制成錐形翻邊， 而口高徑比較小，這些特點使得填料之間呈點式接觸，形成的填料層均勻，有利于液體 的分布，具有更大的處理能力和更高的傳質(zhì)效率。鮑爾環(huán)階梯環(huán)圖1.環(huán)狀填料結構示意圖以上的三種填料都是環(huán)形填料，但是環(huán)形填料往往有一個缺點，就是液體沿環(huán)留下 的時候往往再分布性能比較并，于是在30年代后期出現(xiàn)了鞍型填料，主要包扌舌弧鞍形、 矩鞍形和環(huán)矩鞍形填料。弧鞍形填料性狀如同馬鞍，特點

4、是表面全部敞開，結構對稱， 流體可以在填料兩側表而流動，表而利用率高，而且表而流道呈弧線形，故流體阻力小。 但是，由于其結構對稱，容易重合，影響傳質(zhì)效率，口前已很少用。矩鞍形填料結構設 計的不對稱，因此避免了填料的重疊，具有較好的傳質(zhì)效果。1978年，美國的norton 公司推出了金屬環(huán)距鞍填料，其特點是將環(huán)形填料、階梯環(huán)和鞍型填料的優(yōu)點結合在一 起，具有低壓降、高通量、液體分布性能好、傳質(zhì)效率高、操作彈性大等優(yōu)良的綜合性 能，口前廣泛應用于工業(yè)上，被稱為是第三代填料的標志。弧鞍形矩鞍形環(huán)矩鞍形圖2.鞍形填料結構示意圖近年來在塑料材質(zhì)的設計方而，出現(xiàn)了由塑料諾派克環(huán)帶頭的格子結構的設計，緊 隨

5、其后出現(xiàn)了金屬，陶瓷的哈弗羅環(huán)，大量實驗表明，格子結構填料是高性能的填料， 而月可以成功的用于熱敏物系分離以及那些需要很多理論級及能量消耗較多的場合。另 外對于實驗室或生產(chǎn)中，針對于沸點接近的難分離物質(zhì)，研究出了高效散裝填料，這些 高效填料尺寸相當小，一般只有1.510mm,但是比表而積很大。高效填料一般采用絲 網(wǎng)，細金屬絲刺孔金屬片等制造，常用的高效散裝填料有（）網(wǎng)環(huán)、鞍型環(huán)、壓延孔環(huán)、 螺線圈、網(wǎng)帶卷等。不過雖然高效填料的分離效果顯著，但是由于放大效應明顯，月處 理量小，價格昂貴，一般不在工業(yè)上應用。我國在工業(yè)用散裝填料方而也作出了很大的貢獻，共軌環(huán)及扁環(huán)的開發(fā)擴大了散裝 填料的應用范圍。

6、二、規(guī)整填料規(guī)整填料是以整砌的方式裝填在塔體中，它是與散裝填料同步發(fā)展的。1937年，出 現(xiàn)了第一種規(guī)整填料斯特曼填料，隨后岀現(xiàn)了司帕雷派克填料。在60年代以后，工業(yè) 生產(chǎn)規(guī)模大型化要求具有大通量，能改善液體均勻分布，以提高分離效率及克服放大效 應，降低填料層阻力及持液量，起到節(jié)能效果，規(guī)整填料在這方而冇明顯的優(yōu)點，從而 開始了快速的發(fā)展。首推的是瑞士蘇爾壽公司開發(fā)的金屈絲網(wǎng)波紋填料，它是以細密的 絲網(wǎng)為材質(zhì)制成的規(guī)整填料，具有密集的絲網(wǎng)結構，表而積大，且絲網(wǎng)具有毛細作用， 液體在絲網(wǎng)表面極易潤濕仲展成膜，傳質(zhì)效率較高，但是填料材質(zhì)較貴，因此常用于難 分離的物系。1977年，該公司又推岀了板片

7、波紋型的mellapark填料，是由金屈薄板先 沖孔后，再壓制成波紋狀板，平行疊合而成的圓盤單體。在填料塔內(nèi)裝填時，上下兩盤 填料的排列方向交錯90°角，氣體通量大，流體流通阻力小，傳質(zhì)效率高，加工方便, 因而得到了廣泛的推廣。此后很多公司都推出了新的填料，幾乎都是以mellapark填料為基礎進行的改進。板波紋填料絲網(wǎng)波紋填料圖3.規(guī)整填料結構示意圖與散裝填料相比，規(guī)整填料在整個塔截而上，幾何形狀規(guī)則、對稱、均勻。在相同 的能量和壓降下，規(guī)整填料可以安排更大的表而積，它規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和 壁流現(xiàn)象，壓降可以很小。由于其結構的規(guī)整性，合理的設計幾乎可以做到?jīng)]有放大效 應，因

8、此在短短的幾十年間就形成了比較完整的規(guī)整填料系列。我國國內(nèi)在規(guī)整填料方而的工作也取的了很大的成績，除對原有的金屬絲網(wǎng)波紋填 料及板波紋填料進行試驗及推廣應用外，還相繼開發(fā)了多種不同類型的規(guī)整填料，比如 以unapak命名寧德脈沖規(guī)整填料、碳鋼滲鋁板波紋填料、壓延版波紋填料、板花規(guī)整 填料、lh型規(guī)整填料等都在工業(yè)上得到了成功的應用。在填料的材質(zhì)屮，也是隨著生 產(chǎn)的需要而不斷發(fā)展的。三、各種材質(zhì)的填料填料的材質(zhì)也是隨著生產(chǎn)的需要而不斷發(fā)展的，如今已經(jīng)有多種材質(zhì)的填料應用于 工業(yè)生產(chǎn)中。陶瓷填料具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能、能耐除氟氧酸以外的各種酸、堿的腐蝕。陶瓷 填料可用丁化工、冶金、制酸、煤氣、制氧

9、、鋼鐵、制藥、精細化工等行業(yè)的洗滌塔、 冷卻塔、回收再生塔、脫硫塔、干燥塔、吸收塔及反應器的內(nèi)襯。塑料填料具有重量輕、耐熱、耐化學腐蝕等特點，具冇空隙率大、壓降和傳質(zhì)單元 高度低、泛點高、汽液接觸充分、傳質(zhì)效率高等特點。塑料填料廣泛用于石油、化工、 氯堿、煤氣、環(huán)保等行業(yè)的各種介質(zhì)中的使用溫度為60-280oc的填料塔中。金屬填料是以碳鋼、不銹鋼及組合金等材料制成的塔填料。金屈填料具有壁薄、耐 冷熱、空隙率大、通量大，壓降低、阻力小、分離效果好、壽命長等優(yōu)點，雖說一次性 投資稍大，但能充分發(fā)揮設備的潛在力。金屈填料適用于真空精飾塔，處理過敏性、易 分解、易緊合、易結碳的物料。填料塔用實體規(guī)整填

10、料，石墨填料相對于前面幾種材料的填料，發(fā)展比較晚。這類填料的組合單元為單純或 改性的碳，或右墨及其制品的波紋板。與現(xiàn)冇技術的金屈、陶瓷、塑料或碳纖維材質(zhì)的 規(guī)整填料相比，具有良好的耐腐蝕性能，高傳質(zhì)效率，低阻力降和通用性強等有機結合 的明顯優(yōu)勢，解決了腐蝕環(huán)境下的高效、高通量、低阻力降的氣一液、液一液傳質(zhì)設備 問題。開發(fā)岀不同材質(zhì)的填料為工業(yè)生產(chǎn)帶來了很多便利，可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇合適材 質(zhì)的填料，獲得最好的生產(chǎn)效率。四、展望前景隨著新型塔填料的相繼開發(fā)和應用，填料塔的優(yōu)點更顯突出，應用范圍日益擴大。 在煉油、石油化工、精細化工、化肥、制藥和原子能工業(yè)部門，以及環(huán)保領域的應用已 趨于成熟。而且

11、隨著生產(chǎn)的需要，會有新的填料被不斷地開發(fā)出來。估計以后會更傾向 于高效填料的發(fā)展，目前高效散裝填料在工業(yè)上應用幾乎沒有，只是在實驗室中使用， 而且價格昂貴。對于沸點接近的難以分離的物料，工業(yè)上仍難有很好的分離效果，所以 若能開發(fā)出能方便應用于工業(yè)大量生產(chǎn)的高效填料，將會帶來很多便利。在2010中國 國際塔器與塔填料及內(nèi)件展覽會上，有50多種填料參展，數(shù)量很大。在中國填料網(wǎng)上, 可以看到各種各樣的填料以及新研究出的產(chǎn)品，相信在以后的時間里，新的產(chǎn)甜會越來 越多！參考文獻1曹緯.國外填料塔最新發(fā)展卩.石汕化工設備，2000, 29 (2)： 34-37.2李群生,馬文濤,張澤廷.塔填料的研究現(xiàn)狀及

12、發(fā)展趨勢j.化工進展,2005, 24 (6)： 619-716.3王樹楹.現(xiàn)代填料塔技術指南m.北京：中國石化岀版社，1998.1-8.4王樹楹.填料塔技術進展與工業(yè)應用j.石油化工設計,1994, 11 (4)： 10-23.5李鑫鋼.規(guī)整填料塔技術在煉油工業(yè)中的應用j.石油化工設計,1994, 11 (4)： 24-32.袁孝競.塔器技術的最新進展j.石油化工設計，1994, 11 (4)： 1-9.7張近.塔填料研究進展j.化工進展,1989 (6)： 9-18.趙汝龍.波紋型規(guī)整填料塔的設計r.天津：天津大學填料塔新技術公司，1997李寶順，張強，劉亞莉，郭泰，戚俊清.人型規(guī)整填料塔技術的現(xiàn)狀及進展j化工裝備技術， 2010, 31 (1)： 58-61.10趙