填料塔分离技术新进展

填料塔分离技术新进展

孙东升

（江苏省盐城师范学院，盐城，224002）

摘要对近几年开发成功的新型填料、填料塔塔内件结构特点及工业应用予以综述，介绍了填料及塔内件的标准化工作进展，提出了填料塔今后技术开发方向。

关键词填料塔，新型填料，塔内件，工业应用，标准化

中图分类号T 050；T 051文献标识码A文章编号1000-6613（2002）10-0769-04

填料塔由于具有制造和更换容易、材质范围广、适应能力强、压降及滞液量小、传质效率高等优点，在近二十多年来获得了长足发展。瑞士S ul-Zer公司、美国G litsch公司、德国M ontZ公司、中国原天津大学填料塔新技术公司等国内外知名的大型填料塔开发、制造公司在填料塔大型化方面取得了许多突破，其中有些公司设计的最大塔径超过了!10000mm。另外填料塔在炼油、化工、环保等领域的推广应用也引人注目，在二十多年的时间里，国内外推广应用新型填料塔数以万计。

随着各种新型散装填料、规整填料及新型高效塔内件的成功开发及应用，填料塔与板式塔的竞争将变得更为激烈。有专家预言，蒸馏装置发展趋势是现代填料塔逐步取代传统填料塔，且部分取代大型板式塔［1，2］。

1新型填料的开发及应用

!"!散装填料

散装填料是具有一定几何尺寸的颗粒体，在塔内以散堆方式堆积。近年一些新型高效散装填料的出现以及在一些行业的成功应用，如环保行业从烟气中除去HC l和SO

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等，说明散装填料将在某些领域得到新的发展［2］。另外，国内外最新的研究工作表明，在液液萃取、液气比很大的吸收和高压精馏的情况下，应用散装填料的操作性能优于规整填料和塔盘［3］。因此在合成氨的气体净化、石油化工和焦化等领域，散装填料得到了广泛的应用。

1.1.1I m p ak填料

I m p ak填料最初由美国Lantacskan公司提出，后经北京化工大学等单位多年研究改进，是近一个世纪填料发展的新成果。构型特点是：!环鞍结合，既有鞍型结构的良好分布性能，又有环型结构高通量的特点；"开放壁面；#扁环结构。对不同

高径比的环型填料对比研究表明：高径比越小，传质效率越高。I m p ak填料单体外形呈扁环，使填料单元立放最稳，有利于加强气液湍动，活化内表面。

I m p ak填料集扁、鞍、环结构于一体，采用多褶壁面，多层筋片，强化了填料的整体性能，体现了现代散装填料构型正趋于成熟。实验对比表明：其负荷能力与!"50mm金属I ntalox鞍环相当；在一般的气液流率下，传质效率比!"50mm金属I ntalox鞍环高出30%以上；传质单元压降很低，适合于精密分离、热敏物系和旧塔节能改造［4］。1.1.2阶梯短环填料

阶梯短环填料（cascade m i niri n g，CM R）是美国G listch公司兼并英国传质公司后大力推广的一种散装填料，与其前身阶梯环相比，高径比从原有的0.5降到0.3。这种看似简单的几何特性却是CM R性能优越的关键。大量实验表明，CM R的性能确实明显优于鲍尔环和筛板塔，且可以用碳钢、不锈钢、非铁合金、塑料和陶瓷制造［3］。因此，CM R的应用很广泛，已在近千座工业塔中得到广泛的应用。

1.1.3超级扁环填料

清华大学根据国外新型填料发展的动向，创新研制了内弯弧型筋片扁环填料（H-1型扁环填料）。其结构特点为：!采用和传统填料不同的内弯弧型筋片结构，使填料内部的流道更为合理，提高了传质效率，同时这种结构可提高填料的强度；"针对液液体系轴向混合严重的特点，采用0.2$ 0.3极低的高径比，使填料在乱堆时也能体现一定程度的有序排列，从而降低了阻力降，有效抑制了两相的非理想流动，有助于进一步提高处理能力和

收稿日期2002-03-12。

作者简介孙东升（1967—），男，讲师，从事机械加工工艺、设备及机电控制等方面的研究。电话013705102630。

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2002年第21卷第10期

化工进展

CHEM I CAL I NDU STR AND ENG I NEER I NG PROGRES S

传质效率；!可根据体系和生产要求，采用多种材质加工制造，且有多种规格，因而选用范围宽，操作弹性大［5］。实验研究和工业应用表明，OH~1型扁环填料用于液液萃取和在大液体喷淋密度下，性能超过鲍尔环、I ntaloX等国外引进的新型填料，已在润滑油精制、芳烃抽提、液化气脱硫、合成氨厂脱碳塔和再生塔中得到成功的应用。

为进一步提高扁环填料的性能，又开发了新的挠性梅花扁环填料（OH~2型扁环填料），不仅传质效率高、处理能力大、阻力降小，而且质量轻、成本较低，比OH~1型又有所提高。

近年来，中国还引进和吸收了许多高效、先进的散装填料，如金属矩鞍环（I M TP）、改进型金属鲍尔环（HY~PAK）、金属阶梯环、塑料矩鞍环、共轭环、"型网填料等，也较接近理想填料，比规整填料具有更好的自清理能力，不易堵塞。!"#规整填料

目前规整填料种类多，形状不同，特性各异，但理想的规整填料应具备以下特点：阻力压降小，分离效率高，通量大；操作弹性大，适应性强，放大效应低［6］。近年来，国外开发应用较成功的规整填料有瑞士S ulzer公司的M ella p ak填料、瑞士KUHN I公司的Rom bo p ak填料、德国RA SCH I G 公司的Raschi g~S u p er p ak填料等，中国在规整填料方面也有突破，如天津大学开发的Zu p ak填料，上海化工研究院开发的SM、SW、SC、SB系列新型规整填料，清华大学开发的新型复合填料及分层填料等，都成功地进行了工业应用［1，2］。以下介绍的是几种国内开发应用较成功的规整填料。

1.2.1组片式波纹填料

组片式波纹填料（Zu p ak）填料是原天津大学填料塔新技术公司近年开发出来的获奖专利产品，目前有两大类8种型号。Zu p ak填料和相应型号的M ella p ak填料相比，比表面积增加了10%左右，开孔率增加了30%#40%，分离效率提高约10%，通量提高20%，压力降降低30%左右。开发成功第一次就用在当时中国最大直径的塔上（!8400mm），目前正处于迅速推广阶段。

1.2.2SM、SW、SC、SB系列新型规整填料

上海化工研究院国家高效分离塔填料及装置技术研究推广中心于20世纪70年代开发了SC、SB 丝网波纹填料系列，80年代开发了SM系列孔板波纹填料，90年代开发了SW系列网孔波纹填料并取得专利证书。这些填料已在国内多座塔器中应

用，效果显著。

1.2.3S I NOPAK填料

该填料系南京大学开发的波纹型系列无壁流规整填料，采用了专门的防壁流设计并获得1996年国家专利。分离效率比其他普通波纹规整填料高10%#25%，其综合性能完全达到和优于国外同类填料产品。

1.2.4自分布填料和再分布填料

自分布填料是将特制的规整填料作为液体再分布器使用的，旨在改善液体分布性能的填料。其作用是将多点式或多线式液体分布状态变成多线式或面分布状态，以减少液体分布的端效应。这方面工作美国G litsch公司领先一步。中国在1990年后，由天津大学研制的自分布填料在工程上得到了应用。

相对于填料层两端气液分布的端效应，填料层中部存在着“中效应”。再分布填料就是为了消除“中效应”而专门设计的一种特制填料。换言之，它不仅克服了壁流现象，重要的是它能将环塔壁区的高液流量向塔心缩移，同时又将塔中心部位的高气流量向环塔壁区扩展，因而既是液体再分布器，又是气体再分布器，同时还起传质作用。

自分布填料和再分布填料既适用于规整填料塔，也适用于散装填料塔。

1.2.5新型复合填料

清华大学研究开发的新型复合填料是在规整填料基础上采用交错90 排列的水平波纹（PFG）组合而成。PFG本身是种填料，同时又起到分布器的作用，具有良好的自分布性能，分离效果比规整填料提高15%#20%。每米填料的理论板数比同规格的S ulzer填料高15%左右。

在新型复合填料基础上采用一定厚度的复合填料单元体作为塔板，形成分层填料塔板。其传质效率高，填料用量少（降低填料成本），高效低阻，性能优于一般塔板和填料，特别适用于真空精馏工况条件下的高纯度分离。

2新型塔内件的开发、设计和应用填料塔内件包括气体及液体分布器、液体收集器及再分布器、除雾器、液体出口消旋器、填料压板及床层限制器、填料支撑装置等。一个成功的填料塔设计，除了采用高效填料外，还必须具有结构合理的塔内件与之相匹配，才能发挥填料塔的整体性能。

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・化工进展2002年第21卷