精餾塔填料述評(píng)劉乃鴻    塔填料是填料塔的核心。它提供了塔內(nèi)氣-液兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的表面，其性能往往決定了塔器的應(yīng)用。因此，對(duì)塔填料的研究十分活躍。塔填料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、裝置靈活，特別時(shí)新型填料的開(kāi)發(fā)，顯著提高了分離效率和基本解決了放大效應(yīng)后，填料塔的工業(yè)應(yīng)用日益擴(kuò)大。目前*大塔直徑已達(dá)20m。新型高效填料取代了舊有填料及部分塔板，在技術(shù)改造中取得顯著效果，日益引起人們的關(guān)注，已成為當(dāng)前國(guó)際上塔器研究與應(yīng)用的一個(gè)重要突破。這種發(fā)展趨勢(shì)可從1960、1969、1979、1987、1992年五次國(guó)際精餾會(huì)議中，填料與塔板研究論文的相對(duì)數(shù)量（見(jiàn)表1-1）看出來(lái)。

 表1-1 四次國(guó)際精餾會(huì)議論文數(shù)量比較    精餾塔填料述評(píng) 

 

會(huì)議年代	1960年	1969年	1979年	1987年	1992年
塔板論文篇數(shù)	6	11	10	10	15
填料論文篇數(shù)	4	5	6	20	23

    大多數(shù)塔填料在分離效率、壓降等方面優(yōu)于板式塔。對(duì)于給定的分離要求，較高的分離效率及較低的壓降意味著需要的精餾回流比降低、節(jié)約能耗和適于熱敏性物料的分離。主要的填料除了效率高、壓降低、通量大之外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：精餾塔填料述評(píng)

 （1)操作彈性大：可在更寬的氣液流率范圍操作而不會(huì)液泛、泄漏或夾帶。

 （2)能處理起泡物系：填料單元能使泡沫破碎，所以填料比塔板更適合高起泡性物料。

 （3)能處理含固體的物料：大孔隙率填料（例如格柵類(lèi)）可以處理含大量懸浮固體的物料，而一般的錯(cuò)流塔板會(huì)被阻塞。

 （4)持液量?。捍蠖鄶?shù)板式塔氣體時(shí)分散相，液體是連續(xù)相，具有固定的靜液層，所以持液量大。而填料塔在操作過(guò)程中，液體是分散相，氣體時(shí)連續(xù)相，氣液呈膜式接觸，不但阻力小，而且持液量少。這一特點(diǎn)特別適于熱敏性物料的真空精餾。

 （5）陶瓷、塑料填料耐腐蝕，價(jià)格便宜：規(guī)整填料綜合效益高，改造費(fèi)用可以很快回收。

 填料塔也有如下局限：

 （1）換熱不便：從填料塔取出或加入熱量不如板式塔方便。因?yàn)樵诎迨剿锌梢栽诎彘g或板上設(shè)置加熱（或冷卻）管，而填料塔的結(jié)構(gòu)使得從塔內(nèi)流股取熱或加熱十分麻煩。

 （2）側(cè)線抽出較難：填料塔不適合有許多側(cè)線抽出。

 （3）溝流隱患：填料塔對(duì)流動(dòng)不均勻十分敏感，填料中軸向返混也比板式塔嚴(yán)重。

 （4）抗腐蝕性強(qiáng)：目前大塔中高效填料多是金屬薄板制成，薄板的耐蝕周期不如塔板長(zhǎng)。

 （5）過(guò)程控制較難：高效填料持液量很低，對(duì)過(guò)程控制來(lái)說(shuō)是個(gè)難題。

 1、散堆填料 精餾塔填料述評(píng)

     散堆填料早期以焦炭、碎石作為塔填料，目前主要分環(huán)形和鞍形兩大類(lèi)，其發(fā)展歷史大致如下：

 1914年 拉西環(huán)（Rasching Ring），德國(guó)；

 1931年 馬鞍形填料（Berl Saddle）;

 1947年 麥克馬洪（Mcmahon）填料，金屬絲網(wǎng)鞍形；

 1948年 鮑爾環(huán)（Pall Ring），德國(guó)BASF；

 1949年 狄克松環(huán)（Dixon Ring）

        卡安（Cannoa）填料金屬刺孔；

 1950年 矩鞍形（Intalox Saddle）填料；

 1954年 泰勒花環(huán)（Teller Rosette），美國(guó)；

 1969-1972年 階梯環(huán)（Cascade mini-Ring）；

 1976-1978年 金屬矩鞍形（Metal Intalox）；

 其他尚有：哈埃派克（Hy-pak），美國(guó)；

           比阿雷茨基環(huán)（Bialecki），波蘭；

           改進(jìn)鉅鞍形填料（Super Intalox saddle）；

           萊佛厄派克（Levapak或Chempak），我國(guó)也稱(chēng)半環(huán)填料，美國(guó)；

           雪花形填料（Snowilaker Packing），美國(guó)；

           海爾環(huán)，美國(guó)；

           球形填料，多面球填料（日本），TRI球形填料（美國(guó)），特里派克（Tri-packs）球形填料（美國(guó)）；

 刺猬形填料（Hedgehog），法國(guó)；

           гиA∏-H3環(huán)，前蘇聯(lián)；

 納特環(huán)（Nutter Ring）,美國(guó)。

 顯然，當(dāng)前*主要的新型散堆填料是金屬環(huán)矩鞍和階梯環(huán)兩種類(lèi)型。

 2  規(guī)整填料

     現(xiàn)代化工生產(chǎn)要求壓降更低、操作氣速更大、分離程度更高、放大效應(yīng)小，散堆填料往往難以適應(yīng)。規(guī)整填料可以人為規(guī)定填料層氣液接觸途徑，因此放大效應(yīng)不明顯，可以保證在大直徑下能有高的效率。自1937年**種規(guī)整填料——斯特曼填料問(wèn)世以來(lái)，各種結(jié)構(gòu)的規(guī)整填料不斷涌現(xiàn)。主要發(fā)展歷史匯總?cè)缦拢?/font>

 1937年 斯特曼填料、雙層網(wǎng)水平波紋填料

 1950年 帕納帕克填料（Panapak）

 50年代 古德洛填料（Goodloe）

         海泊菲爾（Hyperfil）

 1956年 斯普雷帕克填料（Spraypak）

 1961年 蘇爾壽填料（Sulzer packing）,金屬絲網(wǎng)波紋填料

         格里奇柵格（Glistsch Grid）

 1969年 金屬絲網(wǎng)水平波紋規(guī)整填料

         格子填料

 70年代 麥樂(lè)派克（Mellapak）孔板波紋填料

         凱勒派克（Kerapak）陶瓷板波填料

         塑料絲網(wǎng)波紋填料

         網(wǎng)孔柵格填料（Perform Grid packing）

         脈沖填料（Impulse-packing）

         壓延刺孔板波紋填料

         雙層絲網(wǎng)波紋填料

         弗萊克西派克（Flexipac）

     80年代 新型古德洛BC填料（美國(guó)80年代推出的一種新型編制物填料，由金屬和塑料絲構(gòu)成）

         吉姆派克（Gempak）填料

         新型格柵填料（Flexigrid）

         英特洛克斯波紋填料（Intalox）

         郎博派克（Rombopak）

         蒙茨派克（Monta-pak）

         格柵填料（Snap-Grid）

         拉露派克（Ralu-park 250YC）

         網(wǎng)孔波紋填料（板網(wǎng)波紋填料）

         培若派克（Pyrapak）

         棱形規(guī)整填料。

     綜觀分析可以看出，目前重要的規(guī)整填料有兩種：波紋類(lèi)填料和格柵類(lèi)填料。*近15年來(lái)，在塔器的重要領(lǐng)域蒸餾與吸收操作中，*突出的變化是，新型填料特別是規(guī)整填料在大直徑塔中廣泛應(yīng)用。僅瑞士蘇爾壽公司一家在全世界推廣應(yīng)用了2500多座波紋填料塔，*大直徑在12m以上，取得了顯著效益。人們普遍認(rèn)為規(guī)整比散堆填料貴35%-50%，但生產(chǎn)能力和分離效率則提高10%-20%。從塔器技術(shù)改造費(fèi)用看，采用規(guī)整填料要多一些，但從縮小塔體積和節(jié)能的收益看，費(fèi)用可以很快回收。雖談，目前規(guī)整填料尚未成為一種蒸餾操作的理想填料，但*近國(guó)外專(zhuān)家預(yù)言：“10年后，采用規(guī)整填料將成為蒸餾操作**可取的途徑”。當(dāng)然不能說(shuō)規(guī)整填料一定完全可以代替散堆填料，但至少?gòu)哪壳翱?，?guī)整填料時(shí)有廣泛前途的。我們對(duì)九種填料的10個(gè)性能指標(biāo)，用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行綜合評(píng)估，也得出類(lèi)似結(jié)論，見(jiàn)表2。

 表2 九種填料綜合性能評(píng)比  精餾塔填料述評(píng)

 

填料	評(píng)估值	語(yǔ)言值	排序
絲網(wǎng)波紋填料	0.86	很好	1
孔板波紋填料	0.61	相當(dāng)好	2
金屬英特洛克斯	0.59	相當(dāng)好	3
金屬鞍形環(huán)	0.57	相當(dāng)好	4
金屬階梯環(huán)	0.53	一般好	5
金屬鮑爾環(huán)	0.51	一般好	6
茨英特洛克斯	0.41	略好	7
茨鞍形環(huán)	0.38	略好	8
茨拉西環(huán)	0.36	略好	9

摘自：常順科技

 散堆填料演變發(fā)展過(guò)程如圖1-1所示。精餾塔填料述評(píng)