1、 文章编号:1671 - 4067(2002)03 - 0025 - 04 填料塔技术的现状与发展趋势 赵静妮 (中国石化集团 兰州设计院,甘肃 兰州 730060) 摘 要:填料塔是化工类企业中最常用的气、 液传质设备之一,而塔填料、 塔内件及工艺 流程又是填料塔技术发展的关键。从塔填料、 塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方 面对填料塔技术的现状与发展趋势作了介绍,说明了塔填料及塔内件在填料塔技术中的 重要性。 关键词:填料塔;塔填料;塔内件;现状;发展趋势 中图分类号: O53.5 文献标识码: A 填料塔是化工类企业中最常用的气、 液传质设 备之一,在塔体内设置填料使气液两相能够达到良
2、 好传质所需的接触状况。填料塔具有结构简单、 便 于用耐腐蚀材料制造、 适于小直径塔的场合以及压 降小等优点。但用于大直径的塔时则有效率低、 重 量大、 造价高以及清理检修麻烦且填料损耗大等缺 点。近年来,人们对填料塔作了大量的实质性研究, 并取得了突破性进展,主要表现在一些新型高效塔 内件和塔填料的问世,加上人们对传质过程的仿真 模拟及放大效应的解决,使填料塔在以前以板式塔 应用为主的场合,尤其是大型塔的应用中得到了很 好的应用,并取得了很好的经济效果。现从填料塔 的塔填料、 塔内件、 工艺流程,特别是塔填料三方面 来说明填料塔技术的现状和发展趋势。 1 填料塔技术 1. 1 塔填料的现状和
3、发展趋势 首先从塔填料来看,塔填料是填料塔的核心构 件,是气液两相进行热和质交换的场所,它为气液两 相间热、 质传递提供了有效的相界面。塔填料的性 质决定了填料塔的操作,只有性能优良的塔填料再 辅以理想的塔内件,才有望构成技术上先进的填料 塔。因此,人们对塔填料的研究十分活跃。对塔填 料改进与更新的目的在于:改善流体的均匀分布,提 高传递效率,减少流动阻力,增大流体的流量以满足 降耗、 节能、 设备放大、 高纯产品制备等各种需要。 目前,塔填料的开发,除研究各种散装和规整填料结 构外,还对填料的材质、 加工方法、 表面特性等进行 研究。 规整填料是继散堆填料之后在近20余年来发 展的高效新型填
4、料,国外有许多品种,见表1 1 。规 整填料的应用已成为许多厂分离和净化工序技术改 造的热点,成为各厂提高产量、 改进分离效果、 减少 能耗、 安全生产和稳定操作的重要技术措施。规整 填料的特点为: 分离效率高。这种填料可根据需 要制造成具有较大的比表面积,因此可提高单位高 度的理论板数。如金属丝网填料每米高的理论板数 可达10块以上。 通量及操作弹性大。规整填料 允许的气、 液通量较大,所以与相同塔径的板式塔相 比,其产量一般可大幅度增加。同时允许通量在较 大的范围内变化。规整填料本身的弹性比可高达 100 ,但实际填料塔的弹性比主要受到塔内液体分布 器操作弹性的限制。 阻力压降小。即使在较
5、大负 荷下规整填料的压降也是比较小的,这是其显著特 点。 放大效应低。与颗粒填料不同,规整填料用 于大型塔时,其效率降低较少 2 。 在规整填料方面,我国也有不少研究成果。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。天津市天久新技术开发公司开 第2卷 第3期 兰州石化职业技术学院学报 Vol.2 No.3 2002年9月Journal of Lanzhou College of Petrochemical TechnologySep. , 2002 收稿日期: 2002 - 07 - 17 作者简介:赵静妮(1966 - ) ,女,陕西扶风人,工程师. 发了高
6、效廉价的板花规整填料。其80型(比表面积 80 m 2/ m3) 的传质效率与MellaPak 350Y型(比表面 积350 m 2/ m3) 相当;天津大学填料塔新技术公司 1991年引进了苏尔寿公司的Mellapak自动生产线, 并自已开发了碳钢渗铝板波纹填料;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。这些成果 都在工业生产中取得了成功的应用。 表1 目前国外主要新型规整填料的开发情况 研制单位填料牌号类 型材 质 比表面积 m2m3 备注 Sulzer(瑞士) AX RX CY Mellapak Kerapak DX、EX 带孔波纹丝
7、网 同上 同上 带孔波纹板 陶瓷波纹板 波纹丝网 不锈钢等 同上 同上 同上 硅酸盐 不锈钢 250 500 700 125500 200450 要求理论板不多而流量大 分离效率高压降小 效率最高,压降较小 250Y应用最广 腐蚀介质分离 用于实验室小塔 Kuhni(瑞士) Rombopak网板不锈钢等230 G litsch(美) Gempak G litsch、Grid 带孔波纹网(板) 格栅 不锈钢等 同上 45450 4045 有C型和EF - 25A型 K ock(美) Flexipac Flexigrid 带孔波纹板 格栅 不锈钢等 125500 与Mellapak相同 Norto
8、n(美) Intalox 2T 3T 波纹状穿孔板不锈钢220 Nutter(美) Snap - Grid3开槽条片不锈钢 Nutter公司在美国也被许可生 产Montz B1填料 Montz(德) Montz A3 B1 BS C1 带孔波纹网 波纹状穿孔板 同上 板片 不锈钢等 同上 同上 聚四氟乙烯 500 100300 500 300 主要用于中空精馏 用于一般蒸馏 介于A3与B1之间,用于蒸馏 用于分离腐蚀性介质 Raschig(德) Ralu - Pak250Yc带逢隙波纹板不锈钢、 碳钢250 D.D. R(德) Pyrapak G. F Perform Gri 板网片 板波 不
9、锈钢等 不锈钢 180 350 日本住友公司 日本月岛机构 日挥公司 Sulzer Rombopak Perform Grid 29.40 CCCP(前苏联) 各种波纹填料 丝网和板状均有 规整填料不仅在一般情况下能够提高填料塔的 分离效率,节约能耗,且还能适宜于一些特殊情况的 应用,如难分离物系、 热敏物系以及对压力降较为敏 感的真空蒸馏等。国内在对原有的板式塔实施规整 填料技术改造后,已有许多成功的应用实例。如聚 乙烯醇第11精馏塔的改造。在我院最近设计的川 维天然气乙炔工程中,天津大学对聚乙烯醇装置的 第11精馏塔进行了改造。聚乙烯醇第11精馏塔原 为板式塔,由于腐蚀严重,改为填料塔,采
10、用的填料 为TUPAC6.0型。该种填料为一种高效规整填料, 具有完美的几何结构形状和高度对称性,从而使所 有的流动方向具有均匀的结构,可显著地提高填料 的分离技术性能,减少了腐蚀,提高了塔的分离效 率,取得了很好的效果。 此外,规整填料技术还在炼油厂的催化裂化吸 收稳定装置、 减压塔、 脱硫塔、 烷基苯分馏塔等许多 场合得到了成功的应用。 目前,散装填料的发展较慢,工业上仍多采用金 属鲍尔环和矩鞍环形填料。不过,近来一些新型高 效散装填料的出现以及它们在一些行业中的成功应 用,如环保行业从烟气中除去HCI和SO2等,已说明 在某些领域得到了新的发展。但就总体来看,其应 用不如规整填料普遍。
11、1. 2 塔内件的现状和发展趋势 塔内件包括气体分布器、 填料支承板、 床层限位 器、 液体分布器、 壁流收集分配锥、 液体收集器和再 分布器等。其设计、 制造及安装都极为重要。填料 62 兰 州 石 化 职 业 技 术 学 院 学 报 2002年 塔的分离性能首先取决于填料,其次取决于塔内件 等。所以一座性能良好的大型填料塔,填料本身的 高性能固然重要,但与之匹配的塔内件,尤其是液体 分布器和气体分布器也是至关重要的。否则填料的 高性能就不可能得以充分发挥,特别是对于大直径、 多侧线及浅床层塔器,气液分布是非常重要的,往往 是成败的关键。 在新型填料塔技术中,液体分布十分重要,这是 因为:
12、不良液体初始分布会导致分离效率急剧下 降, 不良的初始分布难以达到填料层的自然流分 布, 新型高效填料一般具有较小的径向分布系数。 因此,塔内件的设计,特别是液体分布器和进气结构 的设计,成为开发大型填料塔的核心问题。而流体 均布理论和技术又是发展填料塔内件的先导。目 前,对液体的初始分布器和再分布器的研究,相对来 说较多,也较为充分和成熟。现在已发展的形式有, 盘式、 槽式、 排管式、 槽盘式、 喷嘴式及飞溅式等。液 体从分布器中流出的形式有小孔型、 溢流型及喷洒 型等 3 。 气体入塔分布装置,对小直径塔来说不太重要, 气体容易分布均匀,一般由塔的侧壁直接进入塔内, 通常采用直管或倒置喇叭口式。对大直径塔(如大 于2m) ,特别当填料高度较低时,气体的分布非常重 要。气体分布不均会造成填料层内气液相分流,使 塔的分离效率明显下降。在大直径填料塔中通常采 用的气体分布装置有:支承式气体分布器、 轴径向气 体分布器。 目前,随着大型填料塔(特别是浅填料床层)的 开发使用,气体分布问题逐步受到重视,在简单的进 气结构不能满足要求时,出
