规整填料
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规整填料的性能介 绍及应用实例
学 班 姓 号: 2012200192 级: 化研1212 名: 陈 志 强
论文框架
1 2 3
规整填料的简介 规整填料的特点
规整填料的应用
简
介
规整填料具有比表面积大，结构规则，空隙率、流通量大， 压降小，操作弹性大等优点。随着填料塔塔径的增大，人们对于 优化填料结构，开发多种规格和材质的具有高效率、低压降、大 通量的填料，塔填料与塔内件的优化匹配，以及填料层内液体的 流动与分布的研究更加重视。 20世纪60年代以后开发出来的丝网 波纹填料和板波纹填料是目前使用比较广泛的规整填料。 现代规整填料应首推苏尔寿公司。20世纪60年代，该公司开 发了金属丝网波纹填料，1977年又推出了板片波纹型的Mellapak 填料，1994年又开发了一种结构新颖、多通道的优流规整 Optiflow填料，显示规整填料的研究与开发工作仍在继续。日本 三菱商社推出的Mc-pak填料，多以Mellapak填料为雏形。近几年 瑞士KUHNI公司的Rombopak填料，德国RASCHIG公司的Raschig-Superpak填料开发应用比较成Βιβλιοθήκη Baidu。
⑵ 孔板波纹填料的应用实例 环氧丙烷分离 采用孔板波纹填料对一套6500t/a环氧丙
烷常压精馏装置进行技术改造后，将三座浮阀塔改造成一座 直径相当的填料塔，实现了单塔流程，塔顶直接得到环氧丙 烷产品，质量达部颁优级品，生产能力提高25—40%，能耗 显著下降，蒸汽单能耗是原装置的三分之一，每年为企业增 加230万元。 瓦斯油真空精馏塔 采用孔板波纹填料代替原散堆填料后， 原来在闪蒸区通入4t/h蒸汽稀释时，阻力降为1700Pa，而现 在只需通入2t/h蒸汽稀释，阻力降为1000Pa。每小时节约2吨 蒸汽，相当每年节约50万马克，经济效益相当可观。 乙烯水急冷塔 采用孔板波纹填料代替原板式塔塔板后， 压降由13000Pa降到1300Pa，减少90%，压缩机第一级的相 对压缩比由2.2降到2.0以下，压缩机功率减少15%，经济效益 显著
我国从20世纪60年代开始对规整填料进行系统的研究研制 工作，已经形成了较为完整的科研生产体系。天津大学与英 国Aston大学联合开发出了以UnaPak命名的脉冲规整填料； 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； 中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料。 其中，天津大学精馏技术国家工程研究中心已在高效填 料的基础上开发出新型高效波纹填料——双向波纹填料。该 种填料的传质比表面积大，气、液流路得到优化，横向扩散 能力强，并且在抗堵塞能力、刚度、压力降及通过能力方面 都大大优于金属孔板波纹填料。 近年来，随着精细化工，石油化工，化肥等行业的蓬勃 发展，各种新型塔填料的研究工作引起了人们的重视。高效 填料的开发与工业应用表明，规整填料，尤其是波纹填料具 有明显的优越性，在取代原有填料及部分板式塔的技术改造 中效果显著。新型填料的开发及大规模工业应用是当前国际 上塔器研究与应用的一项重要成就。
④ 规整填料空隙大
规整填料的空隙率达95%以上。在筛板塔中孔板面积占 塔截面的80%，而开孔率均为8%～12%，均远远少于填料层 的空隙率。对同一负荷而言，填料塔的塔经比筛板塔小；一 般情况下其截面积只有筛板塔的70%左右，这对于大型空分 设备来说，塔经缩小有利于运输。
⑤ 装置启动时间大幅度缩短
空分设备的启动过程为无产品输出运行，因而缩短启动 时间是空分设备节能降耗的途径之一，空分设备的启动时间 是指启动膨胀机到出氧所需要的时间，上塔采用现整填料后， 其正常精馏时所持有的液体量大幅下降后，使空分设备的启 动时间大幅度缩短上塔采用规整填料后，其正常精馏时所持 有的液体量大幅度下降后，使空分设备的启动时间大幅度缩 短，一般启动时间仅需26～30小时。
④ 三氟三氯乙烷精馏塔采用网孔波纹填料改造 产品质量显 著提高，含量达99.9%以上，生产能力提高1.5至3倍，年增加 经济效益82万元，代替了用作彩色显像管清洗剂的进口产品。 ⑤ 甲醇、乙醇间歇精馏回收装置改造 用网孔波纹填料代替 陶瓷拉西环填料。回收产品质量明显提高，均大于质量标准， 回收量提高，单耗降低，年增加经济效益15万元。 ⑥ 甲醇连续精馏回收 采用网孔波纹填料塔连续精馏回收甲 醇。年处理量1680吨，回收甲醇达98.5%以上，水分含量小 于0.3%，满足生产要求，年经济效益达60万元。 ⑦ 甲醛吸收塔 年产25000吨醋酸工程中甲醛吸收塔采用网 孔波纹填料取代板式塔和鲍尔环散堆填料吸收塔。效果良好， 处理能力提高10%，吸收效率增加20%。
⑤ 硝基甲苯同分异构体分离 采用700型金属丝网波纹填料 真空精馏法取代板式塔精馏-结晶法获得成功。提高效率4倍， 获得高纯度的产品，邻硝基甲苯纯度达到99.96%，对硝基甲 苯纯度达到99.8%，间硝基甲苯纯度达到99%，已经打入国 际市场，至今已有九套装置生产，年产量达到3万吨，每年产 值达到1亿元以上。 ⑥ 环氧乙烷技术改造 应用700型金属丝网波纹填料及250 型金属孔板波纹填料代替两座浮阀塔。改造后，环氧乙烷的 纯度由原来的97%上升到99.8%。生产能力由原来日产5t环氧 乙烷上升到8t，年经济效益达100多万元。 ⑦ 紫罗兰酮高级香料精制 采用700型金属丝网波纹填料、 降膜式再沸器、无泄漏物料泵组成的高效精密分馏塔制取高 纯度紫罗兰酮获得成功。产品纯度、颜色、香气均达到国际 同类水平，收率比旧塔提到2.5倍，效益显著。
⑴ 丝网波纹填料的应用实例
三聚甲醛精制 采用500型金属丝网波纹填料塔分离三聚
甲醛精制品已获成功。产品纯度大于99.9%，杂质含量小于 300ppm，提高了生产能力，降低了能耗，每年上交利税达420 万元。 成功进行了苯酚精馏塔用500型金属丝网波纹填料代替部 分阶梯环的技术，改造苯酚产品纯度提高并且稳定，产品得率 增加，效果显著。 季戊四醇生产装置改造 用500型金属丝网波纹填料塔取 代旧塔器。塔高由28m降到12m，产品提高一倍，节能效果显 著，投产一年零九个月，总经济效益为571万元。 ④ 对苯二甲酸二甲酯真空精馏装置应用500型金属丝网波纹 填料投产成功，10年来效果良好。
⑶ 网孔（板网）波纹填料应用实例
对氯苯酚分离 网孔波纹填料代替金属丝网波纹填料，用 于对氯苯酚分离，解决了2,4-二氯苯酚与对氯苯酚沸点差小和 严重腐蚀的问题。产品纯度高，成本降低，每年经济效益72 万元。 水杨酸甲酯真空精馏塔的改造 原采用不锈钢塔及不锈钢 环填料来分馏，结果产品不合格，采用铝质设备及网孔波纹 填料改造后，解决了遇铁呈红色的问题，产品纯度达99.6%， 超过美国和英国的药典标准。 己酸乙酯减压间歇精馏改造 采用网孔波纹填料代替环对 原塔进改造。解决了放大效应明显问题，产品纯度从原来的 95%提高到99%，得率从48%提高到67%，单位塔截面积产 量提高3倍，年增经济效益达40万元。
规整填料塔特点
规整填料压降显著低
由于规整填料中气一液两相呈膜式接触，不同于筛板塔中 两相的鼓泡接触，因此填料塔的压降只有筛板塔的1/4～1/6。 如规整填料上塔的操作阻力为3.5～4.2kPa，底部的操作压力 仅为35～45kPa，下塔一般仍采用筛板塔，操作阻力亦未改变， 因此下塔的操作压力相应下降了0.05～0.06MPa，一般为 0.44～0.48MPa，这样空压机的轴功率可降低5%～7%。
规整填料持液量少
规整填料塔持液量一般仅为塔容积的1%～6%，而筛板 塔的持液量为塔容积的8%～10%。持液量少，意味着液体在 塔内停留时间短，操作压降小，有利于变工况操作。规整填 料塔设计范围可达40%～120%。上钢五厂12000m3/h空分设 备规整填料上塔氧气产量可在9000～14000mm3/h范围内调整， 操作负荷范围仅为75％～117％。
规整填料分离效率高
上塔的操作压力越低，就大大有利于氧、氮、氩的分离， 尤其是氧和氩的分离，一般氧的提取率可以提高1%～3%、氩 的提取率可以提高5%～10%，实践证明，空分设备氧的提取 率已达到99%以上，氩的提取率已达到80%以上。 精馏塔的提取率在很大程度上还取决于进上塔的膨胀空气 量大小，尤其对氩的提取率影响甚大，因此不断提高透平膨 胀机的等熵效率和增压机的增压比，是提高精馏塔提取率的 关键。
④ 环己酮/环己醇分离塔 采用孔板波纹填料改造后，在塔
顶压力相同的情况下，釜温从原有122摄氏度下降到101摄氏 度，回流比从4.5下降到3.2.。产品从17200kg/h提高到 25400kg/h，增加47%，顶部环己醇含量从750ppm（质量） 下降到600ppm以下，底部环己酮含量从2.5%（质量）下降 到2.0%，能耗降低，经济效益显著。 ⑤ 天然气脱水再生塔 三甘醇为吸收剂的天然气脱水过程中， 成功的采用孔板波纹填料取代原有泡罩塔。改造后，塔的能 力翻了一翻，传质系数增加50%，天然气露点从负34摄氏度 降低到负46摄氏度，塔高降低20%，塔体积缩小一半以上， 而塔壳的重量仅为原设计的三分之一。 ⑥ 二氧化碳吸收塔 用孔板波纹填料改造一座用于二氧化碳 吸收的50×50mm鲍尔环填料塔。在塔径、塔内填料高度、 操作压力及压力降均相同的情况下，孔板波纹填料处理量比 鲍尔环增加30%。
⑥ 氩馏分中的含氧量约为90%左右
欲采用低温精馏法直接降低到1～2×10-4%，精馏塔的理 论塔板数约需180块，筛板塔板约需300多块，阻力高达 100kPa左右，显然粗氩就无法排出塔外，而规整填料高约需 45m左右。阻力仅为14～16kPa，因此全精馏制氩工艺的实现 成为可能。
规整填料的实际应用
学 班 姓 号: 2012200192 级: 化研1212 名: 陈 志 强
论文框架
1 2 3
规整填料的简介 规整填料的特点
规整填料的应用
简
介
规整填料具有比表面积大，结构规则，空隙率、流通量大， 压降小，操作弹性大等优点。随着填料塔塔径的增大，人们对于 优化填料结构，开发多种规格和材质的具有高效率、低压降、大 通量的填料，塔填料与塔内件的优化匹配，以及填料层内液体的 流动与分布的研究更加重视。 20世纪60年代以后开发出来的丝网 波纹填料和板波纹填料是目前使用比较广泛的规整填料。 现代规整填料应首推苏尔寿公司。20世纪60年代，该公司开 发了金属丝网波纹填料，1977年又推出了板片波纹型的Mellapak 填料，1994年又开发了一种结构新颖、多通道的优流规整 Optiflow填料，显示规整填料的研究与开发工作仍在继续。日本 三菱商社推出的Mc-pak填料，多以Mellapak填料为雏形。近几年 瑞士KUHNI公司的Rombopak填料，德国RASCHIG公司的Raschig-Superpak填料开发应用比较成Βιβλιοθήκη Baidu。
⑵ 孔板波纹填料的应用实例 环氧丙烷分离 采用孔板波纹填料对一套6500t/a环氧丙
烷常压精馏装置进行技术改造后，将三座浮阀塔改造成一座 直径相当的填料塔，实现了单塔流程，塔顶直接得到环氧丙 烷产品，质量达部颁优级品，生产能力提高25—40%，能耗 显著下降，蒸汽单能耗是原装置的三分之一，每年为企业增 加230万元。 瓦斯油真空精馏塔 采用孔板波纹填料代替原散堆填料后， 原来在闪蒸区通入4t/h蒸汽稀释时，阻力降为1700Pa，而现 在只需通入2t/h蒸汽稀释，阻力降为1000Pa。每小时节约2吨 蒸汽，相当每年节约50万马克，经济效益相当可观。 乙烯水急冷塔 采用孔板波纹填料代替原板式塔塔板后， 压降由13000Pa降到1300Pa，减少90%，压缩机第一级的相 对压缩比由2.2降到2.0以下，压缩机功率减少15%，经济效益 显著
我国从20世纪60年代开始对规整填料进行系统的研究研制 工作，已经形成了较为完整的科研生产体系。天津大学与英 国Aston大学联合开发出了以UnaPak命名的脉冲规整填料； 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； 中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料。 其中，天津大学精馏技术国家工程研究中心已在高效填 料的基础上开发出新型高效波纹填料——双向波纹填料。该 种填料的传质比表面积大，气、液流路得到优化，横向扩散 能力强，并且在抗堵塞能力、刚度、压力降及通过能力方面 都大大优于金属孔板波纹填料。 近年来，随着精细化工，石油化工，化肥等行业的蓬勃 发展，各种新型塔填料的研究工作引起了人们的重视。高效 填料的开发与工业应用表明，规整填料，尤其是波纹填料具 有明显的优越性，在取代原有填料及部分板式塔的技术改造 中效果显著。新型填料的开发及大规模工业应用是当前国际 上塔器研究与应用的一项重要成就。
④ 规整填料空隙大
规整填料的空隙率达95%以上。在筛板塔中孔板面积占 塔截面的80%，而开孔率均为8%～12%，均远远少于填料层 的空隙率。对同一负荷而言，填料塔的塔经比筛板塔小；一 般情况下其截面积只有筛板塔的70%左右，这对于大型空分 设备来说，塔经缩小有利于运输。
⑤ 装置启动时间大幅度缩短
空分设备的启动过程为无产品输出运行，因而缩短启动 时间是空分设备节能降耗的途径之一，空分设备的启动时间 是指启动膨胀机到出氧所需要的时间，上塔采用现整填料后， 其正常精馏时所持有的液体量大幅下降后，使空分设备的启 动时间大幅度缩短上塔采用规整填料后，其正常精馏时所持 有的液体量大幅度下降后，使空分设备的启动时间大幅度缩 短，一般启动时间仅需26～30小时。
④ 三氟三氯乙烷精馏塔采用网孔波纹填料改造 产品质量显 著提高，含量达99.9%以上，生产能力提高1.5至3倍，年增加 经济效益82万元，代替了用作彩色显像管清洗剂的进口产品。 ⑤ 甲醇、乙醇间歇精馏回收装置改造 用网孔波纹填料代替 陶瓷拉西环填料。回收产品质量明显提高，均大于质量标准， 回收量提高，单耗降低，年增加经济效益15万元。 ⑥ 甲醇连续精馏回收 采用网孔波纹填料塔连续精馏回收甲 醇。年处理量1680吨，回收甲醇达98.5%以上，水分含量小 于0.3%，满足生产要求，年经济效益达60万元。 ⑦ 甲醛吸收塔 年产25000吨醋酸工程中甲醛吸收塔采用网 孔波纹填料取代板式塔和鲍尔环散堆填料吸收塔。效果良好， 处理能力提高10%，吸收效率增加20%。
⑤ 硝基甲苯同分异构体分离 采用700型金属丝网波纹填料 真空精馏法取代板式塔精馏-结晶法获得成功。提高效率4倍， 获得高纯度的产品，邻硝基甲苯纯度达到99.96%，对硝基甲 苯纯度达到99.8%，间硝基甲苯纯度达到99%，已经打入国 际市场，至今已有九套装置生产，年产量达到3万吨，每年产 值达到1亿元以上。 ⑥ 环氧乙烷技术改造 应用700型金属丝网波纹填料及250 型金属孔板波纹填料代替两座浮阀塔。改造后，环氧乙烷的 纯度由原来的97%上升到99.8%。生产能力由原来日产5t环氧 乙烷上升到8t，年经济效益达100多万元。 ⑦ 紫罗兰酮高级香料精制 采用700型金属丝网波纹填料、 降膜式再沸器、无泄漏物料泵组成的高效精密分馏塔制取高 纯度紫罗兰酮获得成功。产品纯度、颜色、香气均达到国际 同类水平，收率比旧塔提到2.5倍，效益显著。
⑴ 丝网波纹填料的应用实例
三聚甲醛精制 采用500型金属丝网波纹填料塔分离三聚
甲醛精制品已获成功。产品纯度大于99.9%，杂质含量小于 300ppm，提高了生产能力，降低了能耗，每年上交利税达420 万元。 成功进行了苯酚精馏塔用500型金属丝网波纹填料代替部 分阶梯环的技术，改造苯酚产品纯度提高并且稳定，产品得率 增加，效果显著。 季戊四醇生产装置改造 用500型金属丝网波纹填料塔取 代旧塔器。塔高由28m降到12m，产品提高一倍，节能效果显 著，投产一年零九个月，总经济效益为571万元。 ④ 对苯二甲酸二甲酯真空精馏装置应用500型金属丝网波纹 填料投产成功，10年来效果良好。
⑶ 网孔（板网）波纹填料应用实例
对氯苯酚分离 网孔波纹填料代替金属丝网波纹填料，用 于对氯苯酚分离，解决了2,4-二氯苯酚与对氯苯酚沸点差小和 严重腐蚀的问题。产品纯度高，成本降低，每年经济效益72 万元。 水杨酸甲酯真空精馏塔的改造 原采用不锈钢塔及不锈钢 环填料来分馏，结果产品不合格，采用铝质设备及网孔波纹 填料改造后，解决了遇铁呈红色的问题，产品纯度达99.6%， 超过美国和英国的药典标准。 己酸乙酯减压间歇精馏改造 采用网孔波纹填料代替环对 原塔进改造。解决了放大效应明显问题，产品纯度从原来的 95%提高到99%，得率从48%提高到67%，单位塔截面积产 量提高3倍，年增经济效益达40万元。
规整填料塔特点
规整填料压降显著低
由于规整填料中气一液两相呈膜式接触，不同于筛板塔中 两相的鼓泡接触，因此填料塔的压降只有筛板塔的1/4～1/6。 如规整填料上塔的操作阻力为3.5～4.2kPa，底部的操作压力 仅为35～45kPa，下塔一般仍采用筛板塔，操作阻力亦未改变， 因此下塔的操作压力相应下降了0.05～0.06MPa，一般为 0.44～0.48MPa，这样空压机的轴功率可降低5%～7%。
规整填料持液量少
规整填料塔持液量一般仅为塔容积的1%～6%，而筛板 塔的持液量为塔容积的8%～10%。持液量少，意味着液体在 塔内停留时间短，操作压降小，有利于变工况操作。规整填 料塔设计范围可达40%～120%。上钢五厂12000m3/h空分设 备规整填料上塔氧气产量可在9000～14000mm3/h范围内调整， 操作负荷范围仅为75％～117％。
规整填料分离效率高
上塔的操作压力越低，就大大有利于氧、氮、氩的分离， 尤其是氧和氩的分离，一般氧的提取率可以提高1%～3%、氩 的提取率可以提高5%～10%，实践证明，空分设备氧的提取 率已达到99%以上，氩的提取率已达到80%以上。 精馏塔的提取率在很大程度上还取决于进上塔的膨胀空气 量大小，尤其对氩的提取率影响甚大，因此不断提高透平膨 胀机的等熵效率和增压机的增压比，是提高精馏塔提取率的 关键。
④ 环己酮/环己醇分离塔 采用孔板波纹填料改造后，在塔
顶压力相同的情况下，釜温从原有122摄氏度下降到101摄氏 度，回流比从4.5下降到3.2.。产品从17200kg/h提高到 25400kg/h，增加47%，顶部环己醇含量从750ppm（质量） 下降到600ppm以下，底部环己酮含量从2.5%（质量）下降 到2.0%，能耗降低，经济效益显著。 ⑤ 天然气脱水再生塔 三甘醇为吸收剂的天然气脱水过程中， 成功的采用孔板波纹填料取代原有泡罩塔。改造后，塔的能 力翻了一翻，传质系数增加50%，天然气露点从负34摄氏度 降低到负46摄氏度，塔高降低20%，塔体积缩小一半以上， 而塔壳的重量仅为原设计的三分之一。 ⑥ 二氧化碳吸收塔 用孔板波纹填料改造一座用于二氧化碳 吸收的50×50mm鲍尔环填料塔。在塔径、塔内填料高度、 操作压力及压力降均相同的情况下，孔板波纹填料处理量比 鲍尔环增加30%。
⑥ 氩馏分中的含氧量约为90%左右
欲采用低温精馏法直接降低到1～2×10-4%，精馏塔的理 论塔板数约需180块，筛板塔板约需300多块，阻力高达 100kPa左右，显然粗氩就无法排出塔外，而规整填料高约需 45m左右。阻力仅为14～16kPa，因此全精馏制氩工艺的实现 成为可能。
规整填料的实际应用