精馏塔填料述评
作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数：16049 更新时间：2008/9/17
精馏塔填料述评
刘乃鸿
塔填料是填料塔的核心。它提供了塔内气-液两相接触进行传质、传热的表面，其性能往往决定了塔器的应用。因此，对塔填料的研究十分活跃。塔填料结构简单、阻力小、装置灵活，特别时新型填料的开发，显著提高了分离效率和基本解决了放大效应后，填料塔的工业应用日益扩大。目前最大塔直径已达20m。新型高效填料取代了旧有填料及部分塔板，在技术改造中取得显著效果，日益引起人们的关注，已成为当前国际上塔器研究与应用的一个重要突破。这种发展趋势可从1960、1969、1979、1987、1992年五次国际精馏会议中，填料与塔板研究论文的相对数量（见表1-1）看出来。 表1-1 四次国际精馏会议论文数量比较| 会议年代 | 1960年 | 1969年 | 1979年 | 1987年 | 1992年 |
| 塔板论文篇数 | 6 | 11 | 10 | 10 | 15 |
| 填料论文篇数 | 4 | 5 | 6 | 20 | 23 |
大多数塔填料在分离效率、压降等方面优于板式塔。对于给定的分离要求，较高的分离效率及较低的压降意味着需要的精馏回流比降低、节约能耗和适于热敏性物料的分离。主要的填料除了效率高、压降低、通量大之外，还有以下优点： （1)操作弹性大：可在更宽的气液流率范围操作而不会液泛、泄漏或夹带。 （2)能处理起泡物系：填料单元能使泡沫破碎，所以填料比塔板更适合高起泡性物料。 （3)能处理含固体的物料：大孔隙率填料（例如格栅类）可以处理含大量悬浮固体的物料，而一般的错流塔板会被阻塞。 （4)持液量小：大多数板式塔气体时分散相，液体是连续相，具有固定的静液层，所以持液量大。而填料塔在操作过程中，液体是分散相，气体时连续相，气液呈膜式接触，不但阻力小，而且持液量少。这一特点特别适于热敏性物料的真空精馏。 （5）陶瓷、塑料填料耐腐蚀，价格便宜：规整填料综合效益高，改造费用可以很快回收。 填料塔也有如下局限： （1）换热不便：从填料塔取出或加入热量不如板式塔方便。因为在板式塔中可以在板间或板上设置加热（或冷却）管，而填料塔的结构使得从塔内流股取热或加热十分麻烦。 （2）侧线抽出较难：填料塔不适合有许多侧线抽出。 （3）沟流隐患：填料塔对流动不均匀十分敏感，填料中轴向返混也比板式塔严重。 （4）抗腐蚀性强：目前大塔中高效填料多是金属薄板制成，薄板的耐蚀周期不如塔板长。 （5）过程控制较难：高效填料持液量很低，对过程控制来说是个难题。
1、散堆填料 散堆填料早期以焦炭、碎石作为塔填料，目前主要分环形和鞍形两大类，其发展历史大致如下： 1914年 拉西环（Rasching Ring），德国； 1931年 马鞍形填料（Berl Saddle）; 1947年 麦克马洪（Mcmahon）填料，金属丝网鞍形； 1948年 鲍尔环（Pall Ring），德国BASF； 1949年 狄克松环（Dixon Ring） 卡安（Cannoa）填料金属刺孔； 1950年 矩鞍形（Intalox Saddle）填料； 1954年 泰勒花环（Teller Rosette），美国； 1969-1972年 阶梯环（Cascade mini-Ring）； 1976-1978年 金属矩鞍形（Metal Intalox）； 其他尚有：哈埃派克（Hy-pak），美国； 比阿雷茨基环（Bialecki），波兰； 改进钜鞍形填料（Super Intalox saddle）； 莱佛厄派克（Levapak或Chempak），我国也称半环填料，美国； 雪花形填料（Snowilaker Packing），美国； 海尔环，美国； 球形填料，多面球填料（日本），TRI球形填料（美国），特里派克（Tri-packs）球形填料（美国）； 刺猬形填料（Hedgehog），法国； гиA∏-H3环，前苏联； 纳特环（Nutter Ring）,美国。 散堆填料演变发展过程如图1-1所示。
2 规整填料 现代化工生产要求压降更低、操作气速更大、分离程度更高、放大效应小，散堆填料往往难以适应。规整填料可以人为规定填料层气液接触途径，因此放大效应不明显，可以保证在大直径下能有高的效率。自1937年第一种规整填料——斯特曼填料问世以来，各种结构的规整填料不断涌现。主要发展历史汇总如下： 1937年 斯特曼填料、双层网水平波纹填料 1950年 帕纳帕克填料（Panapak） 50年代 古德洛填料（Goodloe） 海泊菲尔（Hyperfil） 1956年 斯普雷帕克填料（Spraypak） 1961年 苏尔寿填料（Sulzer packing）,金属丝网波纹填料 格里奇栅格（Glistsch Grid） 1969年 金属丝网水平波纹规整填料 格子填料 70年代 麦乐派克（Mellapak）孔板波纹填料 凯勒派克（Kerapak）陶瓷板波填料 塑料丝网波纹填料 网孔栅格填料（Perform Grid packing） 脉冲填料（Impulse-packing） 压延刺孔板波纹填料 双层丝网波纹填料 弗莱克西派克（Flexipac） 80年代 新型古德洛BC填料（美国80年代推出的一种新型编制物填料，由金属和塑料丝构成） 吉姆派克（Gempak）填料 新型格栅填料（Flexigrid） 英特洛克斯波纹填料（Intalox） 郎博派克（Rombopak） 蒙茨派克（Monta-pak） 格栅填料（Snap-Grid） 拉露派克（Ralu-park 250YC） 网孔波纹填料（板网波纹填料） 培若派克（Pyrapak） 棱形规整填料。 综观分析可以看出，目前重要的规整填料有两种：波纹类填料和格栅类填料。最近15年来，在塔器的重要领域蒸馏与吸收操作中，最突出的变化是，新型填料特别是规整填料在大直径塔中广泛应用。仅瑞士苏尔寿公司一家在全世界推广应用了2500多座波纹填料塔，最大直径在12m以上，取得了显著效益。人们普遍认为规整比散堆填料贵35%-50%，但生产能力和分离效率则提高10%-20%。从塔器技术改造费用看，采用规整填料要多一些，但从缩小塔体积和节能的收益看，费用可以很快回收。虽谈，目前规整填料尚未成为一种蒸馏操作的理想填料，但最近国外专家预言：“10年后，采用规整填料将成为蒸馏操作唯一可取的途径”。当然不能说规整填料一定完全可以代替散堆填料，但至少从目前看，规整填料时有广泛前途的。我们对九种填料的10个性能指标，用模糊数学方法进行综合评估，也得出类似结论，见表2。 表2 九种填料综合性能评比
| 填料 | 评估值 | 语言值 | 排序 |
| 丝网波纹填料 | 0.86 | 很好 | 1 |
| 孔板波纹填料 | 0.61 | 相当好 | 2 |
| 金属英特洛克斯 | 0.59 | 相当好 | 3 |
| 金属鞍形环 | 0.57 | 相当好 | 4 |
| 金属阶梯环 | 0.53 | 一般好 | 5 |
| 金属鲍尔环 | 0.51 | 一般好 | 6 |
| 茨英特洛克斯 | 0.41 | 略好 | 7 |
| 茨鞍形环 | 0.38 | 略好 | 8 |
| 茨拉西环 | 0.36 | 略好 | 9 |