填料塔具有制造和更换容易材质范围广适店 因此在合成氨的气体净化石油化工和焦化等领域 能力强和节能等优点且大多数情况下分离性能优 散堆填料得到广泛应用。 于板式塔1)因此填料塔越来越受到重视。塔填料 11近来散堆填料的研究方向 作为填料塔的核心构件,提供了塔内气液两相接触 近年来散堆填料的研究方向主要集中在以下几 而进行传质的表面。塔填料的性质决定了填料塔的 个方面4-5散堆填料的自规整化;2开发适用于 操作性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件 新塔型的散堆填料;3填料功能复合化;4对填料表 才能构成技术上先进的填料塔。对塔填料改进与更 面加以改性以提高传质效率;5复合填料塔。 新的目的在于:改善流体的均匀分布、提高传递效 从近些年的理论和工业开发来看,散堆填料的 率减少流动阻力、增加流体的流量以满足节能降 发展趋势是朝增加空院率和减少压降、增加比表面 耗设备放大以及高纯产品制备等各种需要。塔填 积、改善润湿性能以及功能多样化的方向发展。 料可分为规整填料和散堆填料两大类。 12近年开发的代表性散堆填料 1 121IMPAC IMPAC填料最初由美国Lantc公司提出,它集 散堆填料是具有一定几何尺寸的颗粒体,在塔 扁鞍和环结构于一体可看作由数+个Intalox填料 内以散堆方式堆积。散堆填料及其塔设备可用在吸 连体而成采用多褶壁面、多层筋片、消除床内死角 收解吸精馏干燥和萃等气-液或液-液接触的 和单体互相嵌在等技术兼有规整填料和散堆填料 传质传热过程以及反应蒸馏、流化干燥和超重力分 之特性16-71可用于冷却塔中。该填料具有良好的 离等领域12。根据国内外的研究工作表明在 水滴分散性能和自分布性能,每m有多达5万个水 液液取液气比很大的吸收和高压精馏的情况下 滴与现有填料相比效率可提高40%以上,具有长 应用散堆填料的操作性能优于规整填料和塔盘13, 达10年的使用寿命,有效地降低了操作成本181。
122阶梯短环填料 通用性能降低HEIP(理论塔板等效高度)30%以 阶梯短环填料(Cascade MiniRing,CMR)是美国 上压力提失减少40%[131。Koch公司的KTM高效 Glitsch公司兼并英国传质公司后大力推广的一种散 填料被称作第四代第个散堆填料,具有更低的压 堆填料。大量实验表明CMR的性能明显优于鲍尔 降和非常高的分离能力,经美国得克萨斯州能研 环和筛板塔其压降约为拉西环的30%传质系数 究中心试验证明其能力可比鲍尔环提高15%该 比拉西环提高大约50%;而且CMR还可以用碳钢、 公司称其是目前先进的散堆填料之一。此外还有 不锈钢非铁合金朔料和陶瓷制造。因此CMR的 日本的M-pak环和 Koch公司的 K-pak环114。 应用十分广泛,已在近千座工业塔中得到应用3.91。 近年来我国还引进了许多高效、先进的散堆填 1.2.3扁环填料 料如金属矩鞍环(MTP)改进型金属鲍尔环(Hv- 清华大学研制了内弯弧型筋片扁环填料(QH-1 PAK)金属阶梯环塑料矩鞍环共轭环0型网填料 型扁环填料)实验研究和工业应用表明0H-1型 等也较接近理相填料比规整填料具有良好的自清 扁环填料具有优异的性能;用于液液取时,此填料 理能力,不易堵塞15]。 的性能明显优于鲍尔环Intalox等填料轴向混合小、处理能力大压降小,传质效率可提高20% 2 以上[6) 规整填料(StructuredPacking),是一种在塔内按 为进一步提高扁环填料的性能又开发了新的 均匀几何图形排布整齐堆砌的填料[16]。规整填料 挠性梅花扁环填料(0H-2型扁环填料)比0H-1型 是继散堆填料之后在近20年来发展的新型高效填 又有所提高。实验表明与鲍尔环相比,0H-2型扁 料目前规整填料种类很多形状不同,性能各异。 环填料处理能力提高约15%~35%传质系数提高 21规填料的特点和应用范围 约15%~25%110)。超扁环填料特别适用于合成 规整填料具有以下特点117-11分离效率高; 氨厂脱碳塔和再可生塔等液气比极大的吸收液液萃 2通量及操作弹性大:7阳力压降小:4放大效应 取和高压精馏等过程的技术改造13.11。 低:5液体滞留量少6节能可降低塔径。由于规 12.4双鞍环填料 整填料具有上述特点因此在精细化工、香料工业 双鞍环新型填料具有如下特点:1双鞍环在结 炼油、化肥石油化工等领域的众多塔器内得到了广 构上属于开孔环鞍环既包含环矩鞍的构成又融 泛的应用。近几十年来规整填料对板式塔散装填 入纳特环的构思,由于突破一般填料的对称性,有利 料塔及其他多种塔设备产生了较大的冲击和影响。 于构成较为均衡的床层提供良好的水力学和传质 22 的硬件条件;2双鞍环的基本性能全面优于环矩鞍, 规整填料的发展大体上经历了3个阶段106.19]: 角载能力提高约10%乐降减少10%-20%分离 一阶段是早期出现的规整填料,如斯特曼填料 效率提高约17%,尤其是传质单元压降减少近 (StedmanPacking);第二阶段主要是帕纳帕克(Pana 40%这对于塔的节能改造热敏性物系的分离以及 pak)、古德洛(Goodloe)海泊费尔(Hyperfi1)及栅格 真空精馏设计具有较高的实用价值:3在若干技术 (Grid)填料等:第三阶段是麦勒派克(Montzoak)朗 经济指标的对比上双鞍环不旦有较高的综合技术 博派克(Rombopak)等。 指标而日在节省材耗和提高强度重量比等方面也 近些年又出现新型规整填料如SUPERX- 呈现出较强的经济性比环矩鞍更具有竞争力6。 PACK填料[20其特点是压降和接触面积可以通过 12.5其他散堆填料 填料尺寸来调节在改造传统的精馏塔中获得了良 Enicon公司的新型Mc-Pac环金属填料有30 好效果。 mtx15mm和65mmx30mm两种尺寸。该产品与 23国内外规整填料研究进展 50mm鲍尔环相比其较大型号的效率提高40%压 2.3.1 Jalousiepacking填料 降减少60%[12。Raschig公司的Raschig-Super - 德国Envicon公司研发的Jalousiepacking填料 Ring塑料环与50mm塑料鲍尔环相比它的压力 由02mm~03mm的金属板片冲压组装而成,是一 损失减少了70%负荷能力提高了50%12)。Lantc 种具有倾斜板的方格状栅格填料。这种填料提作弹 公司的O-pac Metal Hybrid Packing(混合填料),具有 性大液体分布性能好在相同填料几何表面积时 规整填料的效率和能力又有散堆填料的经济性和 其压降比传统的散堆填料低得多,且不易堵塞。该填料特别适用于填料层要求高的场合[2] 目前两者都已有成功的工业应用21另外还有双幅 2.3.2 Durapack玻璃纤维规填料 填料[28箭翎填料29立板式开口管状抗堵填料30 Schott公司的 Durapack 玻璃纤维规整填料,是 和共轭蜂窝规整填料。
高抗腐产品具有高通量低压降及良好的分离性 23.7Raschig-Superak 填料 能。比表面积为280m/m和400m/m。空隙率 Raschig-Superpak填料是德国Raschig公司开发 分别为80%和72%网纹表面分为粗糙表面和光滑 的高性能规整填料。据报道Raschig-Superpak 300 表面114。 在比表面积和分离效率相同的条件下与传统的规 2.3.3BSH 整填料相比,通量提高了26%,压力降降低了 BSH填料由Montz公司生产。该填料是介于 33%[15] 网、板填料之间的新型高效填料,它特点的可膨胀金 2.3.8Optiflow 填料 属织物结构弥补了金属丝网和片状金属规整填料间 瑞士Sler公司在ACHENIA94展览会上推出 的差距。BSH织物结构的毛细管作用,使填料在任 了一种称为高技术产品的结构填料Optiflow填 何提作工况下都具有还高的传质效率每米填料理 料。这种填料的基本原件是压有横向纹理液流沟精 论板数高达8块理论板,比表面积可高达750 的菱形薄片,并在其中开小孔,将菱形片搭成翼轮 m/m。它典型应用在反应蒸馏、空气分离和制药 状由于这种填料有很好的几何结构形式和高度的 填料塔[14]。 对称性,因而可以显著提高填料的分离技术 23.4Monz-pakM系列规整填料 性能[16] Momz-pakM系列规整填料21-231也是由Mont 23.9SINOPAK填料 公司生产的,它是由Montz-pakB1系列规整填料进 SINOPAK填料是南京大学开发的波纹型系列无 一步发展而来试验证明其特有的波形能令其在分 壁流规整填料采用了专门的防壁流设计。这种填 离效率保持不变的情况下外理能力比对应的B1系 料分离效率比其他普通波纹规整填料高10%~ 列填料提高30%。 25%综合性能达到或优于国外同类填料产品16)。 2.3.5Rombopak 填料 2310自分布填和再分布填料 Rambopak填料是瑞士KUHNI公司20世纪80 自分布填料是将特制的规整填料作为液体再分 年代开发的一种垂直板网类规整填料。它率先开辟 布器使用的旨在改善液体分布性能的填料,其作用 了按照气液还佳流路设计规整填料的新途径。该填 是将多点式或多线式液体分布状态变成多线式或面 料已应用于400多座塔中,塔径4000mm16.24。 分布状态以减少液体分布的端效应。这方面工作 KUHNI公司对原有的Rombopak系列填料应用 美国Glitsch公司先一步,国内1990年以来,天津 CFD优化设计改造成新的RombopakS系列。目前 大学研制的自分布填料已在工程上得到应用(161。 推出的RombopakS4M和S6M填料与对应的Rom- 23.11 CHINAPAK 填料 bopak 4M 和 6M填料相比,在保持分离效率的情况 该填料是天津市博隆科技开发公司开发的规整 下压力降减少30%,处理能力提高15%12。 填料专产品是Mellanak规整填料和Intalox散堆 23.6断续波纹填料 填料优化组合的产物,综合了金属孔板波纹填料和 组片式(Zumak)25,26)和峰谷搭片式(Dapak)[27] 金属矩鞍环填料各自的优点克服了散堆填料易于 波纹填料是天津大学开发的专产品。Zupak的每 沟流的缺点在工业中获得了成功的应用[15]。 一周期波纹由位于4个平面上的断续平面图形薄片 23.12双向波纹填料 相交所组成,其侧向投影形状为2条互相交错的波 双向波纹填料是在金属孔板波纹填料和Intalox 纹状折线。Danak主要特征是在填料波纹板片的波 散堆填料基础上开发的新一代规整填料兼有金属 峰和波谷上规则间断地开设截面形状呈三角形的 孔板波纹填料和Intalox散堆填料的优点。其结构特 谷段和峰段构成谷段的2个谷面为上小下大的梯 点是在波纹填料的楞线上按一定间距冲有反向波 形构成峰段的2个峰面为上大下小的梯形。Dapak 纹,每一波纹片上形成方向相反、大小不同的波纹组 与Zmk相比具有更加优良的流体力学和传质性 装成填料盘。由于板片上不冲孔开有反向波纹环 能,与相应型号的Mellapak填料相比,分离效率提高 因此它比孔板波纹填料表面积增加8%~12%,纵 约10%通量提高20%,压力损失降低30%左右。 向开孔率却比后者大大提高,约为40%。这种填料 的特点是传质比表面积大气液流路得到优化,横 一定的解决。因此塔填料今后将从2个方面得到发 向扩散能力强。另外在抗堵塞能力、刚度、压力降及 展一是不断开发和应用更简单更高效的填料。即
通过能力方面都大大优于金属孔板波纹填料131)。 沿着理想填料的方向发展;二是各种不同种类的填 3其他类型填料 料组成填料复合塔或组成填料-塔板复合塔。 31薄密筛板填料 参考文献 蒲密篇板填料是一种综合了板式塔和填料塔两 [张鹏刘春江型规填料塔内流体流动研究进展及展
者优点面削减两者缺点的传质装置。薄密筛板填料 望口化学工程200129(3)66-73. 的工作原理既不同于板式塔中的筛板塔也不同于工程,2006,23(1):75-79.[2]徐世民张华任艳军塔填料及液体分布器[]化学工业与填料中的实体填料和网体填料它的气液接触方式 [3]费堆扬孙兰义超扁环填料及其在氮肥厂气体净化过程中 类似于喷淋式换热设备中的淋降板直接接触冷高 的应用[化工进展200019(6):31-34. 器,只不过筛板间距更为紧密筛板更薄,筛板上 [4]李天文刘鸿生散装填料的发展趋势[]化工设备与管道。 的液层也更为浅薄。在淋降板式冷凝器中,由于液体在下落过程中是自由落体,是匀加速运动,因而液2000,37(6):19-20. tillaion:WO9858721[P]1998-05-25.[5]Menulty K ,Yeman N, Bahhols M.Saddle stracture for roactive dis-柱或液滴在空间分布是不均匀的:自上而下液柱由 [6]晏莱周三平现代填料塔技术发展现状与展望[1化工装备
粗变细变为液滴液滴由密变疏而薄密筛板填料 技术,2007,28(3):29-32. 的结构排布方式则充分地利用了液柱(或液滴)密布 [7]LeGaif P.Lespinasce B.Hydrodynamics of packed cokmns[]].Rer Inet
FPd.1962.17(1):21-28的空间。由于筛板排布较密气液两相界面的更新 [8]Lang Ko C.Method and blank for the manufacture of high eliciancy
也更为频繁[32]。 open vohmned packing bodies:US4724593[P]1988-02-16. 32 EUROMATIC料 [9]孙东升填料塔分商技术新进展[]化工进展200221(10) 近年来国外推出一种EUROMATIC填料为期 769-770. 料椭球形空心薄壁填料尺寸为30mm、50mm和 (10魏建华伍昭化陈大昌等高效填料塔成套分离工程门现 代化工,1996.16(10);29-33.110mm这种填料可以应用于流态化填料床中。它 [11]马振源费维扬0H-1型扁环填料在合成氨系统改造中的应用 可以解决流态化填料床容易出现的悬浮于气相和液 []化肥设计,2000,38(5):43-44. 相中的固体颗粒堵塞填料床的现象[33) [12]佚名精、液/液萃和膜技术[]世界化工技术1998(1) 33料半软填料和立体弹性填料软性填料比表面积大孔隙可变性大不易堵 [13]VelerOD.KalerE W.News:Stnactared orRandom[J]Chemcal En gineering Progrese,1997,(11):84.塞。半软性填料散热良好气体通过时阻力小布 [14]膏纬国外填料塔新发展[]]石油化工设备200029(2): 水布气性能好易长膜且能破碎气泡。立体弹性 34-37. 填料孔隙可变性大不堵塞它能使气、水、生物 [15李好管填料塔开发应用新进展[]化工纵横2000(10):4-8
膜之间充分接触进行传质,而且在运行过程中比表 1009 [161王树瑞现代填料塔技术指南[M]北京某化出版社 面积逐渐增加同时能进行良好的新代谢弹性填 [17]高碧霞李好管新型规整填料及填料塔内件[1化学工业与 料是其他填料所不可比拟的,是继各种硬性类填料、 工程技术2000,21(5):18 填料[34-35]软性类填料和半软性填料后的第四代高效节能新型学院学报,2002,2(3):25.[18]赵静妮.填料塔技术的现状与发展趋势[]兰州石化职业技术[19] 王广全,袁希钢,刘春江,等.规整填料压降研究新进展[]化结语 学工程,