填料塔中的填料技術(shù)進(jìn)展

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1、填料塔中的填料技術(shù)進(jìn)展摘要：在現(xiàn)代工業(yè)中，填料塔廣泛應(yīng)用于石油、天然氣加工，化學(xué)品的分離，香料及醫(yī)藥生產(chǎn)中。填料是填料塔的核心構(gòu)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(yīng)用，填料塔的優(yōu)點(diǎn)更顯突出，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。關(guān)鍵詞：填料塔；技術(shù)；進(jìn)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(shè)氣體分布裝置）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(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，從而達(dá)到分離的效果。經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，目

2、前工業(yè)中應(yīng)用的填料多種多樣。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)代填料的先驅(qū)。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(diǎn)，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，德國出現(xiàn)了被稱為第二代產(chǎn)品的鮑爾環(huán)，特點(diǎn)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

3、結(jié)構(gòu)提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用程度，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。這又是填料發(fā)展史上的新的重大突破。此后又出現(xiàn)了階梯環(huán)，它是在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)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，而且高徑比較小，這些特點(diǎn)使得填料之間呈點(diǎn)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。拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)圖1.環(huán)狀填料結(jié)構(gòu)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(diǎn)，就是液體沿環(huán)留下的時候往往再分布性能比較差，于是在30年代后期出現(xiàn)了鞍型填料，主要包括弧鞍形、矩鞍形

4、和環(huán)矩鞍形填料?；“靶翁盍闲誀钊缤R鞍，特點(diǎn)是表面全部敞開，結(jié)構(gòu)對稱，流體可以在填料兩側(cè)表面流動，表面利用率高，而且表面流道呈弧線形，故流體阻力小。但是，由于其結(jié)構(gòu)對稱，容易重合，影響傳質(zhì)效率，目前已很少用。矩鞍形填料結(jié)構(gòu)設(shè)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(diǎn)是將環(huán)形填料、階梯環(huán)和鞍型填料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)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，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)上，被稱為是第三代填料的標(biāo)志?；“靶尉匕靶苇h(huán)矩鞍形圖2.鞍形填料結(jié)構(gòu)示意圖近年來在塑料材質(zhì)的

5、設(shè)計方面，出現(xiàn)了由塑料諾派克環(huán)帶頭的格子結(jié)構(gòu)的設(shè)計，緊隨其后出現(xiàn)了金屬，陶瓷的哈弗羅環(huán)，大量實驗表明，格子結(jié)構(gòu)填料是高性能的填料，而且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(diǎn)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(dāng)小，一般只有1.5~10mm，但是比表面積很大。高效填料一般采用絲網(wǎng)，細(xì)金屬絲刺孔金屬片等制造，常用的高效散裝填料有θ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(yīng)明顯，且處理量小，價格昂貴，一般不在工業(yè)上應(yīng)用。我國在工業(yè)用散裝填料

6、方面也作出了很大的貢獻(xiàn)，共軛環(huán)及扁環(huán)的開發(fā)擴(kuò)大了散裝填料的應(yīng)用范圍。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，隨后出現(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(yīng)，降低填料層阻力及持液量，起到節(jié)能效果，規(guī)整填料在這方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)，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)的金屬絲網(wǎng)波紋填料，它是以細(xì)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(jié)構(gòu)，表面積大，且絲網(wǎng)具有毛細(xì)作用，液體在絲網(wǎng)表面極易潤濕伸展成膜，傳質(zhì)效

7、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，該公司又推出了板片波紋型的Mellapark填料，是由金屬薄板先沖孔后，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(chǔ)進(jìn)行的改進(jìn)。板波紋填料絲網(wǎng)波紋填料圖3.規(guī)整填料結(jié)構(gòu)示意圖與散裝填料相比，規(guī)整填料在整個塔截面上，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面積，它規(guī)定了氣