填料分类

鲍尔环

波纹填料

拉西环

丝网除沫器

金属填料

陶瓷填料

塔内件

塑料填料

微孔陶瓷

瓷球

轻瓷填料

由上表可知 , 世界乙烯需求量和 产能利用率将不断上升 . 我国 乙烯产量 1 9 8 5 年是 “ 万 t , 1 9 09 年是 1 5 万 t , 五年 间增长 1 . 24 倍 , 平均 年递增91 % 。 1 9 9 5 年计划生产 乙烯 2 03 万 t , 实际产量超过 9 万多吨 ,  2 。。。 年计划 3 0 0t  甲在炼油和石化 工业 中 , 收率和 节能 只要有少许改进 , 就可产生很大经济效益 。 例 如 25 0 万吨 /年炼油能力 的减压塔塔径 为 6 . 4 米 , 其拔出率 只要提高一个百分 点 , 年 经济效益就可超过 1。。。 万元 . 这些工业中有大量塔器 ,  采用先进技术对其改造是大有可为的。近 20  年来 ,  世界气产量几乎增长一倍图 ,现还在不断增长 。 大部分气要经过吸收塔处理水 、 酸和 较重馏分 ( N G L ) , 这将是塔器技术的重要市场 。 N G L 又可蒸馏分离得到 乙烷 、 C : / C ` (液化石油气 ) 和 汽油 ,  这又是蒸馏的技术市场。

 

一些发达 目前都在致力 于开发精细 化工 , 提高其在化工总产值 中的比率。 如美国 、 日本 、 法国的精细化工 比率 已超过 05 % , 瑞士达 59 % , 我 国目前还不足 04 % 。 全世界制药和农药总产值约 3 2 0 0 亿美元 , 其它化 学制 品 和精细化工年总产值也有35。。 亿美元图 。   这些领域中分批燕馏应用较广 ,  也有一些特殊蒸馏 , 如反应蒸馏、 分子蒸馏等 , 它们有时也与结晶分离方法互相补充 。

 

随着工业的迅速发展和燃料用量的不断增加 , 二氧化硫排放量越来越多 , 年递增率为 5% ,预计本世 纪末 二 氧化硫的年 排放 量将 超过3 .3 亿吨〔幻 ,由此造成的大气污染十分严重 。   因此 ,从烟气中二氧化硫和 H CI 酸分 , 是近来在要求下迅速发展起来的一个技术大市场。 由合成气中二氧化碳也是吸收技术 的一个重要应用场合 。

 

蒸馏和吸收设备主要是板式塔和填料塔两大类. 07 年代 以前 , 在大型 塔器中板式塔 占主导地位 , 曾出现过许多新型塔板 . 当时的填料塔往往存在放大效应 , 即随塔径 , 填料塔效率呈下降趋势。 实验室数据不能可靠地推广到工业规模填料塔的设计中。 07 年代初 出现了世界性能源危机 , 迫使填料塔技术在近 多年来取得了长足的进步 。 各种高效填料和 新型塔内件不断涌现 , 并在工业应用中取得了很大成功。

 

塔填料可分为散堆填料和规整填料 (又称结构填料 ) 。 它 们各有特长 , 在各自的应用范围 内发挥各自的 势。 填料塔的其它内部构件 ( 简称塔内件 ) , 特别是流体和 气体分布装置对填料效率的影响大 ,  应予以十分重视 。

 

2 续料塔技术的现状

 

2 .1塔填料

 

初 的填料可以追溯到焦炭、 卵石之类不定形物的原始阶段 。 1 9 1 4 年拉西环 ( R a s e h i n g r i n g ) 的出现 , 使填料塔的研究进入了科学的轨道。    此后出现过 很 多 高 性 能的 散 堆 填 料 如 以 鲍尔环 ( P al lr i n g  ) 、  改进型鲍尔环 ( H y 一 P a  k ) 、  阶梯环 ( C M R )

 

为代表的环形填料。 在环形表面开有窗 口 , 环内带有舌 片 , 这样增加 了气相 的湍动及对液相的湿 润 , 从而增 强传质并减小压降。 近年来 , 散堆填料设计趋 向于晶 形 网格结构 , 特别是塑料材质的散堆填料 ,  它 们可 以诺 派克环 ( N o  rP a e   r i n  g ) 、  哈弗 罗环H( lfi  o w  :  in g ) 为典型代表。  其单位理论分离级的比压 降低。   以 I n t a l o x   s a d d l e   和 L e v  a p a k 为代表的鞍形填料 ,  其流 体分布性能 比上述环形填料好 ,  但通量则 比环形填料差 。   1 9 7 8 年美 国 N or  to n  公司 推出的 I M T P ( I n t a  l o  x   M e  t a  k  T o w e r   P a e k i n g  ) 和 此后

N u  t t e  r 公司的 N u  t t e  r   r i n g  ,  巧妙地 将环形和 鞍形综合成一体 , 既具有环形填 料通量大的特点 , 又 具有鞍形填料液体分布性能好的特点 。 华南理工大学在 IM T P 填 料基 础上开发 了共扼环填料 , 清华大学开发了适用于 过程的 Q H 型扁环填料 。

 

6 0 年代后 , 生 产规模大型 化要求填料具有大通量 ; 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 , 以起 到节能效果。 规整填料在这方面有的点 , 因 此 , 各类规整填料应运而生 。规整填料在整个塔截面上 ,几何形状规则 、 对称、 均匀 。 它规定了气液流路 , 改善了沟流和壁流现象 , 压降可以很小 . 在相同的和 压降下 , 与散堆填料相 比 , 可以 安排更大的 比表面积 , 因此效率高。 由于 其结构的规整性 , 合理的设计可以做到几乎无放大效应 。 瑞士 S lu ez r 公司用 规整 填料改造过的 塔 , 其塔径 已达 21 . 4 m j[6 , 天津大学用规整填料改造过乙烯装置中塔径为 6 . s m 的汽油分馏塔图 , 并 已用于塔径 8 . 2 米的减压塔 。填料塔只适用 于小塔的概念 , 已被扭转。

 

 

尽管早在 1 9 3 7 年就 出现了一个 以 S t de m an 命名的金属丝网规整填料及 以后的 S rP ya aP k 填料等 , 但规整填料真正的生命 力是从 60 年代 S ul z er 公 司开发的金 属丝 网 波纹 填 料 ( S lu ze r G ua ezP ca ki n g ) 开始表现出来的 . 此后规整填料的研究十分活跃 , 新品种层出不穷 。 1 9 7 7 年 S lu ze r 公司又推

 

出 了板 片波纹型的 M le  al Pa k  填料 ,  继后 80  年代K u h n  i 公 司的 R o  m b o p a k 、  M o n  t : 公司的 M o n  t z 、G l i t s  e h 公司 的 G e m p a k 、  N o  r t o  n   公 司 的 I S P  ( I n -t a  l o  x  、 s t r u e  t u r  e d  P a  e  k i n  g  ) 、  Ja  e  g e r    公 司的 M a  x -p a k 、  G e  r m a n  ia 公司 的 P y r a p a k 、  R a  s  e h i n g  公司的R a l u 一 p a k 等先后出现 , K o e h 公司则将 S u l z e r 公司转让的 M e ll a p a k 技 术更 名为 F le x i p a e , 新近 日本三菱商社推 出了 M C 一 aP k . 这些填料 彼此类似 , 多数是以 M e l l a p a k 为雏形 . S u l z e r 公司前几年推出了可用于化学反应器的 K A T A P A K 规整填料 , 是以双层丝网制成的波纹填料 , 在丝网夹层内装有催化剂。 新过 S u l z e r 公司又推出 o p t i f l o w 规整填料(多通道规整填料 ) 。 规整填料中还有一种格栅填料 , 适用于物料较脏的场合 , 如减压塔脏洗段等。 应

 

用较广的有 K o e h 公司 的 F l e x  ig r i d 、  G l i t s e h  公司的G l i t s  e h 一 g r i d 、  N u  t t e r   公司的 S n a  p 一 g r i d 等 。

 

我国在规整填料方面也有不少突破。 天津大学与英国 A s ot n 大学联合 开发 了以 U an aP k 命名的脉冲规整填料 , 天津大学填 料塔新技术 公司 1 9 9 1年 引进 T S u l z e r 公司的 M e l l a p a k 生产 自动线 , 并自己开发了碳钢渗铝板波纹填料 ; 清华大学和上海化工研究院分别开发了压延板 网波纹填料 ; 天津市天进新科技开发公司开发了板花规整填料 ; 中石化洛阳石化工程公司开发了 L H 型规整填料。 这些都在工业中得到了成功的应用 。

 

2 .      2 塔内件

 

塔内件包 括液体分布器、 床层限 位器 、 填料支承、 壁流收集分配锥 、 液体收集器及再分布器、 气体分布器等 。 一座性能良好的大型填料塔 , 填料本身的高性 能固 然重要 , 而与之匹配 的塔 内件 , 尤其是液体分布器和 气体分布器也是至关重要的。 否则填料的高性 能不能得 以 充分发挥。 特别是对于大直径 、 多侧线 、 浅床层塔器 , 气体和液体分布装置往往是成败的关键 。

 

在填料层内部会形成一 定数量的先流动途径, 若 液 体分 布器的 喷 淋 点密 度 d p d ( d r ip p o i n t d 。 。 s it y ) 大于 上述单位 面积上先流动 途径数 , 则填料 效率 可充分发挥 。液体在流动过程中,  流动途径会合并 , 后达到稳定的流动途径数 。 若喷淋点数少于上述先流动途径数 , 液体在流动过程中会分叉 , 使流动途径增加 , 后 也达到 稳定的流动途径 数 。 后者情况 下 , 填料层上部的填料效率要下降。在严重情况下 , 液体流到 填料层 下端 面出 口 时 , 还没达到稳定的流 动途径数 ,  则整个填料层效率严重下降。   d p d 值取决于填料型式和填料层高度 。   通常

 

填料比表 面积大则 d p d 值也大 , 填料对液体 的分散系数大则 d p d 值小。 对于 25 m m 左右散堆填料 , d p d 值 为 2 5。 / m , , C Y 型金属 丝网波纹 d p d 值不小于 3 0 0 / m Z  ,  2 5 o y  型 板波纹填料在 1 5 0 / m ,  以 上。  对

 

于规整填料 , 点 分布转化为线分布后 , d p d 可减小 。每个 喷淋点液体流率要均匀 , 各点 与平均流率的大误差不应超过 6 % 。通常 , 相当于 15 一 20 块理论级的填料层高度要设置液体收集与再分布装置 , 以保证填料性能的充分发挥 。 从下图可以看 出 , 填料层中理论级数越多, 则液体分布质量对填料层 效率的影响越大。 对于直径小于 30 0 m m 的塔可以不考虑填料层分段。

 

对填料塔 内气体分布的研究远不如对液体分布的研究透彻 。 气体流动性能远好于液体 , 气相的横 向混合速率至少三倍 于液相[j. 。 随着大空隙率、低压降填料的开发以及大直径 、 浅床层填料塔的推广应用 , 气体分布间题 已 日益受到重视 . 据文献10[ 〕报道 , 通过在直径 4 . 5 , 高 Z m 的填料吸收塔中用 乙醇胺 吸收二氧化碳的实验发现 , 由于侧向进气引起塔内气体横 向流动的不均匀性 , 使得整个填料床层中气体分布不均匀 , 进气 口 半边塔的传质效率较另半边高 03 % 。 由而可见 , 气体分布不均匀会造成填料层 内气液相分流 , 使分离效率严重下降。