精餾塔填料述評

精餾塔填料述評劉乃鴻    塔填料是填料塔的核心。它提供了塔內氣-液兩相接觸進行傳質、傳熱的表面，其性能往往決定了塔器的應用。因此，對塔填料的研究十分活躍。塔填料結構簡單、阻力小、裝置靈活，特別時新型填料的開發，顯著提高了分離效率和基本解決了放大效應后，填料塔的工業應用日益擴大。目前*大塔直徑已達20m。新型高效填料取代了舊有填料及部分塔板，在技術改造中取得顯著效果，日益引起人們的關注，已成為當前國際上塔器研究與應用的一個重要突破。這種發展趨勢可從1960、1969、1979、1987、1992年五次國際精餾會議中，填料與塔板研究論文的相對數量（見表1-1）看出來。

 表1-1 四次國際精餾會議論文數量比較    精餾塔填料述評 

 

會議年代	1960年	1969年	1979年	1987年	1992年
塔板論文篇數	6	11	10	10	15
填料論文篇數	4	5	6	20	23

    大多數塔填料在分離效率、壓降等方面優于板式塔。對于給定的分離要求，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，還有以下優點：精餾塔填料述評

 （1)操作彈性大：可在更寬的氣液流率范圍操作而不會液泛、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）可以處理含大量懸浮固體的物料，而一般的錯流塔板會被阻塞。

 （4)持液量?。捍蠖鄶蛋迨剿怏w時分散相，液體是連續相，具有固定的靜液層，所以持液量大。而填料塔在操作過程中，液體是分散相，氣體時連續相，氣液呈膜式接觸，不但阻力小，而且持液量少。這一特點特別適于熱敏性物料的真空精餾。

 （5）陶瓷、塑料填料耐腐蝕，價格便宜：規整填料綜合效益高，改造費用可以很快回收。

 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。因為在板式塔中可以在板間或板上設置加熱（或冷卻）管，而填料塔的結構使得從塔內流股取熱或加熱十分麻煩。

 （2）側線抽出較難：填料塔不適合有許多側線抽出。

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

 （4）抗腐蝕性強：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。

 （5）過程控制較難：高效填料持液量很低，對過程控制來說是個難題。

 1、散堆填料 精餾塔填料述評

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

 1914年 拉西環（Rasching Ring），德國；

 1931年 馬鞍形填料（Berl Saddle）;

 1947年 麥克馬洪（Mcmahon）填料，金屬絲網鞍形；

 1948年 鮑爾環（Pall Ring），德國BASF；

 1949年 狄克松環（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（Teller Rosette），美國；

 1969-1972年 階梯環（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；

           比阿雷茨基環（Bialecki），波蘭；

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

           萊佛厄派克（Levapak或Chempak），我國也稱半環填料，美國；

           雪花形填料（Snowilaker Packing），美國；

           海爾環，美國；

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

 刺猬形填料（Hedgehog），法國；

           гиA∏-H3環，前蘇聯；

 納特環（Nutter Ring）,美國。

 顯然，當前*主要的新型散堆填料是金屬環矩鞍和階梯環兩種類型。

 2  規整填料

     現代化工生產要求壓降更低、操作氣速更大、分離程度更高、放大效應小，散堆填料往往難以適應。規整填料可以人為規定填料層氣液接觸途徑，因此放大效應不明顯，可以保證在大直徑下能有高的效率。自1937年**種規整填料——斯特曼填料問世以來，各種結構的規整填料不斷涌現。主要發展歷史匯總如下：

 1937年 斯特曼填料、雙層網水平波紋填料

 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）,金屬絲網波紋填料

         格里奇柵格（Glistsch Grid）

 1969年 金屬絲網水平波紋規整填料

         格子填料

 70年代 麥樂派克（Mellapak）孔板波紋填料

         凱勒派克（Kerapak）陶瓷板波填料

         塑料絲網波紋填料

         網孔柵格填料（Perform Grid packing）

         脈沖填料（Impulse-packing）

         壓延刺孔板波紋填料

         雙層絲網波紋填料

         弗萊克西派克（Flexipac）

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

         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）

         網孔波紋填料（板網波紋填料）

         培若派克（Pyrapak）

         棱形規整填料。

     綜觀分析可以看出，目前重要的規整填料有兩種：波紋類填料和格柵類填料。*近15年來，在塔器的重要領域蒸餾與吸收操作中，*突出的變化是，新型填料特別是規整填料在大直徑塔中廣泛應用。僅瑞士蘇爾壽公司一家在全世界推廣應用了2500多座波紋填料塔，*大直徑在12m以上，取得了顯著效益。人們普遍認為規整比散堆填料貴35%-50%，但生產能力和分離效率則提高10%-20%。從塔器技術改造費用看，采用規整填料要多一些，但從縮小塔體積和節能的收益看，費用可以很快回收。雖談，目前規整填料尚未成為一種蒸餾操作的理想填料，但*近國外專家預言：“10年后，采用規整填料將成為蒸餾操作**可取的途徑”。當然不能說規整填料一定完全可以代替散堆填料，但至少從目前看，規整填料時有廣泛前途的。我們對九種填料的10個性能指標，用模糊數學方法進行綜合評估，也得出類似結論，見表2。

 表2 九種填料綜合性能評比  精餾塔填料述評

 

填料	評估值	語言值	排序
絲網波紋填料	0.86	很好	1
孔板波紋填料	0.61	相當好	2
金屬英特洛克斯	0.59	相當好	3
金屬鞍形環	0.57	相當好	4
金屬階梯環	0.53	一般好	5
金屬鮑爾環	0.51	一般好	6
茨英特洛克斯	0.41	略好	7
茨鞍形環	0.38	略好	8
茨拉西環	0.36	略好	9

摘自：常順科技

 散堆填料演變發展過程如圖1-1所示。精餾塔填料述評