填料塔中的填料技术进展

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1、填料塔中的填料技术进展摘要：在现代工业中，填料塔广泛应用于石油、天然气加工，化学品的分离，香料及医药生产中。填料是填料塔的核心构件，为气液两相间热质传递提供了有效的相界面。随着填料塔的推广，填料的类型也在不断地发展。随着新型塔填料的相继开发和应用，填料塔的优点更显突出，应用范围日益扩大。关键词：填料塔；技术；进展在填料塔中，液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙。在填料表面上，气液两相密切接触进行传质和传热，从而达到分离的效果。经过多年的研究与发展，目

2、前工业中应用的填料多种多样。按照装填方式，分为散装填料和规整填料，按照材料种类，分为陶瓷填料，塑料填料和金属填料以及石墨填料。一、散装填料对于散装填料，最初的填料可以追溯到石块、焦炭等不定型物料的使用。1914年拉西环的出现是填料塔的重大突破，可以说拉西环是现代填料的先驱。拉西环是具有内外表面的环形实壁填料，与原始填料相比，有较大的表面积，但是亦有缺点，即横放时内表面不易被液体润湿，气体也不能从环内通过，致使液体阻力大，气液接触面积小。1948年，德国出现了被称为第二代产品的鲍尔环，特点是在拉西环的圆环壁上开两层矩形孔，小孔的母材并不从环上剪下来，而是向中心弯入，这种

3、结构提高了环内空间及环内表面的利用程度，减少了流体阻力，增大了气液接触面积，是一种优良的填料。这又是填料发展史上的新的重大突破。此后又出现了阶梯环，它是在鲍尔环的基础上改进得到的，阶梯环与鲍尔环一样开有矩形孔，并弯曲为向内的舌头。阶梯环的一端制成锥形翻边，而且高径比较小，这些特点使得填料之间呈点式接触，形成的填料层均匀，有利于液体的分布，具有更大的处理能力和更高的传质效率。拉西环鲍尔环阶梯环图1.环状填料结构示意图以上的三种填料都是环形填料，但是环形填料往往有一个缺点，就是液体沿环留下的时候往往再分布性能比较差，于是在30年代后期出现了鞍型填料，主要包括弧鞍形、矩鞍形

4、和环矩鞍形填料。弧鞍形填料性状如同马鞍，特点是表面全部敞开，结构对称，流体可以在填料两侧表面流动，表面利用率高，而且表面流道呈弧线形，故流体阻力小。但是，由于其结构对称，容易重合，影响传质效率，目前已很少用。矩鞍形填料结构设计的不对称，因此避免了填料的重叠，具有较好的传质效果。1978年，美国的Norton公司推出了金属环距鞍填料，其特点是将环形填料、阶梯环和鞍型填料的优点结合在一起，具有低压降、高通量、液体分布性能好、传质效率高、操作弹性大等优良的综合性能，目前广泛应用于工业上，被称为是第三代填料的标志。弧鞍形矩鞍形环矩鞍形图2.鞍形填料结构示意图近年来在塑料材质的

5、设计方面，出现了由塑料诺派克环带头的格子结构的设计，紧随其后出现了金属，陶瓷的哈弗罗环，大量实验表明，格子结构填料是高性能的填料，而且可以成功的用于热敏物系分离以及那些需要很多理论级及能量消耗较多的场合。另外对于实验室或生产中，针对于沸点接近的难分离物质，研究出了高效散装填料，这些高效填料尺寸相当小，一般只有1.5~10mm，但是比表面积很大。高效填料一般采用丝网，细金属丝刺孔金属片等制造，常用的高效散装填料有θ网环、鞍型环、压延孔环、螺线圈、网带卷等。不过虽然高效填料的分离效果显著，但是由于放大效应明显，且处理量小，价格昂贵，一般不在工业上应用。我国在工业用散装填料

6、方面也作出了很大的贡献，共轭环及扁环的开发扩大了散装填料的应用范围。二、规整填料规整填料是以整砌的方式装填在塔体中，它是与散装填料同步发展的。1937年，出现了第一种规整填料斯特曼填料，随后出现了司帕雷派克填料。在60年代以后，工业生产规模大型化要求具有大通量，能改善液体均匀分布，以提高分离效率及克服放大效应，降低填料层阻力及持液量，起到节能效果，规整填料在这方面有明显的优点，从而开始了快速的发展。首推的是瑞士苏尔寿公司开发的金属丝网波纹填料，它是以细密的丝网为材质制成的规整填料，具有密集的丝网结构，表面积大，且丝网具有毛细作用，液体在丝网表面极易润湿伸展成膜，传质效

7、率较高，但是填料材质较贵，因此常用于难分离的物系。1977年，该公司又推出了板片波纹型的Mellapark填料，是由金属薄板先冲孔后，再压制成波纹状板，平行叠合而成的圆盘单体。在填料塔内装填时，上下两盘填料的排列方向交错90°角，气体通量大，流体流通阻力小，传质效率高，加工方便，因而得到了广泛的推广。此后很多公司都推出了新的填料，几乎都是以Mellapark填料为基础进行的改进。板波纹填料丝网波纹填料图3.规整填料结构示意图与散装填料相比，规整填料在整个塔截面上，几何形状规则、对称、均匀。在相同的能量和压降下，规整填料可以安排更大的表面积，它规定了气