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精馏塔填料述评

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*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    精馏塔填料述评 

 

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:精馏塔填料述评

 (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 精馏塔填料述评

     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。

 

 

 显然,当前*主要的新型散堆填料是金属环矩鞍和阶梯环两种类型。

 

 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**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。*近15年来,在塔器的重要领域蒸馏与吸收操作中,*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,*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*近国外专家预言:“10年后,采用规整填料将成为蒸馏操作唯壹可取的途径”。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  精馏塔填料述评

 

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

 


摘自:常顺科技

 散堆填料演变发展过程如图1-1所示。精馏塔填料述评

 

 

 

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