规整填料的优点、发展及应用前景分析

规整填料的优点、发展及应用前景分析

规整填料具有比表面积大、结构规整、孔隙率和流量大、压降小、操作弹性大等优点。随着填料塔直径的增大，人们更加注重优化填料结构，开发多种规格、材质的高效、低压降、大流量填料，优化塔填料与塔内件的匹配，优化液体在填料层内的流动与分布。20世纪60年代以后发展起来的丝网波纹填料和板波纹填料是目前应用最为广泛的规整填料。

苏尔寿应该是最早推广现代规整填料的公司，20世纪60年代该公司开发了丝网波纹填料，1977年又推出板状波纹填料，1994年又开发出结构新颖、多通道高流量规整填料，说明规整填料的研究开发还在继续。日本三菱公司推出的Mc-pak填料多为该填料的改进产品。近年来德国公司对Ras-chig-填料的开发应用也比较成功。

我国自20世纪60年代起就对规整填料进行了系统的研究开发工作，已形成了比较完整的科研和生产体系。天津大学与英国阿斯顿大学联合开发了以其命名的脉冲规整填料；清华大学与上海化工学院分别开发了压延板网波纹填料；研制出了LH型规整填料。其中，天津大学精馏技术国家工程研究中心在高效填料的基础上，开发了一种新型高效波纹填料——双向波纹填料。该类填料传质比表面积大，气液流路优化，横向扩散能力强，在抗堵塞能力、刚度、压降、通过能力等方面都大大优于金属多孔板波纹填料。

近年来，随着精细化工、石油化工、化肥等工业的蓬勃发展，各种新型塔填料的研究工作引起了人们的重视。高效填料的开发和工业应用表明，规整填料特别是波纹填料具有明显的优越性，对替代原有填料和部分板式塔的技术改造是有效的。新型填料的开发和大规模工业应用是当前国际上塔研究和应用方面的重要成果。

1. 规整填料的压降明显较低

由于规整填料中气液两相为膜接触，不同于筛板塔中两相的鼓泡接触，因此填料塔的压力降仅为筛板塔的1/4～1/6。例如规整填料上塔的操作阻力为3.5～4.2kPa，塔底的操作压力仅为35～45kPa。下塔一般仍采用筛板塔，操作阻力不变。因此，下塔的操作压力相应下降0.05～0.06MPa，一般为0.44～0.48MPa，这样可使空压机的轴功率降低5%～7%。

2.规整填料分离效率高

上塔操作压力越低，越有利于氧、氮、氩的分离，特别是氧、氩的分离，一般可提高氧提取率1%～3%，氩提取率可提高5%～10%。实践证明，空分设备氧提取率可达99%以上，氩提取率可达80%以上。

蒸馏塔的提取率很大程度上取决于进入上塔的膨胀空气量，特别是氩气的提取率，因此不断提高透平膨胀机的等熵效率和压缩机的压缩比是提高蒸馏塔提取率的关键。

3.规整填料的持液能力较差

规整填料塔的持液量一般只占塔容积的1%～6%，而筛板塔的持液量则占塔容积的8%～10%。持液量小，意味着液体在塔内停留时间短，操作压降小，有利于变工况。规整填料塔的设计范围可达40%～120%。上海五钢厂规整填料塔氧气产量可在9000~/h范围内调节，操作负荷范围仅为75%～117%。

4.规整填料间隙大

规整填料的孔隙率在95%以上。在筛板塔中，穿孔板面积占塔截面的80%，而开孔率为8%～12%，远小于填料层的孔隙率。对于同样的负荷，填料塔的塔径比筛板塔的塔径要小；一般情况下，其截面积只有筛板塔的70%左右。对于大型空分设备，较小的塔径有利于运输。

5.设备启动时间大大缩短

空分设备启动过程是在无产品输出的条件下进行操作，因此缩短启动时间是空分设备节能降耗的途径之一。空分设备启动时间是指启动膨胀机到输出氧气所需要的时间。上塔采用规整填料后，正常蒸馏时持液量大大减少，大大缩短了空分设备启动时间。上塔采用规整填料后，正常蒸馏时持液量大大减少，大大缩短了空分设备启动时间，一般启动时间仅为26～30小时。

6. 氩气中的氧含量约为90%

若直接用深冷精馏将浓度降至1-2×10-4%，精馏塔需理论板数约180块，筛板约300块，阻力约1000m，粗氩不能从塔内排出，规整填料需高约45m，阻力仅为14-16kPa，可实现全精馏制氩工艺。

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