现代传质理论与塔器技术课程论文赵玉仲

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材耗和提高强度重量比等方面也呈现出较强的经济性，比环矩鞍更具有竞争力。

1.2 散堆填料的研究方向

近年散堆填料的研究方向主要集中在以下几个方面：1)散堆填料的自规整化，如QH型扁环填料与鲍尔环比较，其重心降低很多，在塔内装填时，纵向取向几率要大得多，因而填料表面的液膜更加均匀，压降也大幅度降低，传质效率提高30％～50％；2)开发适用于新塔型的散堆填料，如应用于流化填料塔、旋转填料塔等；3)填料功能复合化，如Koch.Glitsch公司发明了一种内部填充催化剂的鞍形填料用于反应蒸馏心1，该填料兼有气液传质和催化反应的两种特性，且制造成本低廉；4)对填料表面加以改性以提高传质效率。从近些年的理论研究和工业开发来看，散堆填料的发展趋势是朝增大空隙率和减少压降，增大比表面积，改善润湿性能，功能多样化的方向发展。

2 规整填料

规整填料(Structured Packing)，是一种在塔内按均匀几何图形排布、整齐堆砌的填料。规整填料是继散堆填料之后在近20年来发展的新型高效填料，目前规整填料种类很多，形状不同，性能各异。

规整填料分离效率的优势主要得益于它的比表面积大 早在1937年就出现了第一个以Stedman命名的金属丝网规整填料及以后的Spraypak等,但是规整填料真正的生命力是从Z0世纪60年代苏尔寿公司开发的金属丝网波纹填料开始的,此后规整填料的研究十分活跃,新品种层出不穷。

规整填料的发展大体上经历了3个阶段：第一阶段是早期出现的规整填料，如斯特曼填料(Stedman Packing)；第二阶段主要是帕纳帕克(Pana．pak)、古德洛(Goodloe)、海泊费尔(Hyperfil)及栅格(Grid)填料等；第三阶段是麦勒派克(Montzpak)、朗博派克(Rombopak)等。 2.1 规整填料的特点和应用范围

规整填料较新型散堆填料传质性能的优势表现在它具有较低的等板高度(HETP),这种传质性能的差异主要源于前者有更大的体积传质系数KGae和KLae。

规整填料具有以下特点：①分离效率高；②通量及操作弹性大；③阻力压降小；④放大效应低；⑤液体滞留量少；⑥节能，可降低塔径。由于规整填料具有上述特点，因此在精细化工、香料工业、炼油、化肥、石油化工等领域的众多塔器内得到了广泛的应用。近几十年来，规整填料对板式塔、散装填料塔及其他多种塔设备产生了较大的冲击和影响。 2.2 国内外研究近况

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2.2.1 Jalousiepacking填料

德国Envicon公司研发的Jalousiepacking填料，由0.2mm-0.3mm的金属板片冲压组装而成，是一种具有倾斜板的方格状栅格填料。这种填料操作弹性大，液体分布性能好， 在相同填料几何表面积时，其压降比传统的散堆填料低得多，且不易堵塞。该填料特别适用于填料层要求高的场合。 2.2.2 Rschig—superpak填料

该填料是德国Rasch培公司开发的高性能规整填料。据称Raschig—Supe印ak 300在比表面积和分离效率相同的条件下，与传统的规整填料相比，通量提高了26％，压力降降低了33％。 2.2.3 optiflow填料

瑞士Sulzer公司在ACHENIA’94展览会上推出了一种称为高技术产品的一流结构填料Optiflow填料。这种填料的基本原件是压有横向纹理液流沟糟的菱形薄片，并在其中开小孔，将菱形片搭成翼轮状，由于这种填料有很好的几何结构形式和高度的对称性，因而可以显著提高填料的分离技术性能。 2.2.4 组片式波纹填料(zupak)

zupak填料是天津大学近年开发的获奖专利产品．目前有两大类8种型号。zupak填料和相应型号的Mell印ak填料相比，比表面积增加10％左右，开孔率增加30％～40％，分离效率提高约10％，通量提高20％，压力降降低30％左右。开发成功后，第一次用在当时国内最大直径的塔上(98400mm)，目前正处于推广阶段。

2.2.5 BSH填料

BSH填料由Montz公司生产。该填料是介于网、板填料之间的新型高效填料，它独特的可膨胀金属织物结构弥补了金属丝网和片状金属规整填料间的差距。BSH织物结构的毛细管作用，使填料在任何操作工况下都具有最高的传质效率，每米填料理论板数高达8块理论板，比表面积可高达750㎡／m3。它典型应用在反应蒸馏、空气分离和制药填料塔。 2.2.6 INOPAK填料

该填料是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。1996年取得中国专利，分离效率比其他普通波纹规整填料高10％一25％，综合性能达到或优于国外同类填料产品。 2.2.7 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本身是一种填料，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sulzer填料高15％左右。尤其适合予要求精密分离的精馏塔，特别是高纯度产品的分离。 2.3 规整填料的应用

规整填料塔不仅在一般情况下可提高分离效率，降低能耗，而且尤其适合一些特殊情况，如难分离物系、热敏物系、真空蒸馏等。国内近几年应用成功的领域有：①乙彬苯乙烯精馏塔的改造；②炼油厂减压塔的改造；③炼油的催化裂化吸收稳定装置、脱硫塔、烷基苯分馏塔等；④化肥行业合成氨装置造气洗气塔、净化半脱塔、变脱塔、再生塔等设备的技改、尿素除尘塔。

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3 液体分布器

一个高性能的填料塔，必须同时具有高性能的填料和设计合理的塔内件，其中液体回流及进料在塔截面上的均匀分布是有效传质的基本条件。实验表明，回流分布不均对理论板数可达成倍的影响。因此在开发研究各种新型塔填料的同时，还必须重视与之配合的塔内件的开发研究。

经过长期的摸索，人们总结设计出了种类繁多的各式液体分布器，它们结构各异，适用的对象也不尽相同。从最初的压力喷头到现在高性能的槽式液体分布器，分布质量越来越高，结构也越来越精细。 3.1 液体分布器的分类

目前液体分布器分类主要有如下5种分类方法。1)按分布器流体动力分：重力型液体分布器(孔型、堰型)，压力型液体分布器(喷淋式、多孔管式)；2)按分布器的形状分：管式、双层排管式、槽式、盘式、冲击式、喷嘴式、宝塔式、莲蓬式和组合式等；3)按液体离开分布器的形式分：孔流型和溢流型；4)按液体分布的次数分：单级和多级；5)按分布器组合方式分：管槽式、孔槽式和槽盘式。 3.2 新型液体分布器

3.2.1 带垂直分布液板的槽式液体分布器

多级槽式液体分布器在大型填料塔中应用很广，目前多采用带垂直分布液板的线分布型结构，按其支承方式可分为3种型式：①压圈托槽式；②悬槽式；③埋藏梁托槽式。其中悬槽式液体分布器因其喷淋孔的水平度不受填料床层变化的影响，目前国内外应用较广。 3.2.2 槽盘式及新型槽盘式液体分布器

槽盘式气液分布器是天津大学获国家发明奖的专利技术，由五部分组成：矩形升气管、V形挡液板、特制导液管、铺板和连接件。有三种基本结构心1|：①全可拆式结构；②局部可拆式结构；③全焊接式结构。新型槽盘式气液分布器主要特点在于增与同类产品相比，该分布器具有更优良的综合性能m J：抗堵塞、防夹带、升液位、适闪蒸、易采出、盛漏液、布气均、布液均。从1990年首次用于济南炼油厂（直径4200mm）润滑减压塔至今，已用于数百座塔中。设了防护屏和自动排污系统，抗堵塞能力更强。 3.2.3 托盘式液体分布器

托盘式液体分布器是在槽盘式液体分布器基础上开发而成，其液体分布盘的外径比塔的内径小，分布盘外径的具体数值由液体分布点的要求决定。另外在收集槽的上面增加一个梅花型挡圈，以收集壁流液体。这样使塔内靠塔壁的环形部分变成了既能通气又可设置液体分布点的大通道，使塔的分离效率得到提高，此外还可提高塔的允许通量。

4.结束语

以上就高效新型填料、气液分布器等进行了概述。近年来石油化工行业高速发展，生产规模趋于大型化，这就要求塔器设备具有高通量、高效率和低压降等优良的综合性能。现代填料塔技术能很好地满足这些要求，不仅在大规模生产中广被采用，而且还有取代板式塔的趋势。

展望未来，填料塔将从两个方面得到发展：一是不断开发和应用更简单更高效的填料；二是开发先进的与高效填料相匹配的塔内构件(包括根据塔内不同截面的气液负荷设计最经济有效的内件以及两相分布器等)。不同种类的填料组成填料复合塔或组成填料一塔板复合塔是一种新的应用途径。

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