幾種新型散裝填料結構性能分析及其應用

徐永杰

（南京工大環境科技有限公司，江蘇南京 210000）

在石油化工、輕工、食品、制藥、環保等工業中，填料塔主要應用于分離和尾氣凈化的氣液傳質、傳熱過程[1]。 填料塔是化工分離、環保尾氣凈化的最典型的設備。填料作為填料塔內核心部件，它為氣液兩相間的傳熱、傳質提供了有效的接觸場所，是分離效率的決定性因素[2]。為了改進填料的性能，學者們不斷地研發新型填料，其目的在于：改善氣液兩相的分布情況，提高分離效率；增大通量，以適應大規模生產的需要；增加空隙率，以減少流動阻力降；以及滿足高純度產品的制備、擴產、設備放大、環保凈化等多種需要。

新型散裝填料的不斷開發和應用可有效降低壓降，增加處理能力，提高填料強度和降低設備費用。顯然，與規整填料和塔板相比，散裝填料的發展具有明顯的優勢。

1 套環填料的結構性能及應用

套環填料主要是由一個外環面和一個內環面組合而成，內環面套裝在外環面中心部位，如圖1所示。每個內環面有一個長圓柱面，其上設有1～5排孔洞，每排孔洞的數量2～9個，相鄰兩排孔洞交錯排列，每個孔洞內設有一個向長圓柱面中心軸線彎曲的內曲折片，在孔洞和內曲折片的兩條長邊上設有齒牙。每個外環面有兩個同軸的扁圓柱面，每個扁圓柱面的中部設有壓棱，在兩個扁圓柱面之間，用橢圓形的N個H狀外連接片、N個長條狀內連接片和2 N個短條狀內連接片交錯分布連接成一個整體，在兩個扁圓柱面的外側，各有N個正彎折片和N個斜彎折片間隔分布，上述數量代號N 的取值范圍是3°～20°正彎折片的根部為與扁圓柱面軸線垂直的水平折片，正彎折片的端部為與水平折片垂直且背離外環面中心方向的垂直折片，斜彎折片的根部為與扁圓柱面軸線成傾角30°～60°的長斜折片，斜彎折片的端部為與長斜折片成90°～120°角且趨向外環面中心方向的短斜折片。在外環面的H狀外連接片、長條狀內連接片、短條狀內連接片、正彎折片和斜彎折片各長邊上設有齒牙。

圖1 套環填料

某石化公司在重芳烴抽提裝置的技術改造中，利用套環填料替代了原有的扁環填料。更換新型套環填料的填料塔反抽提效果明顯優于改造前，塔底含油量從3.5%左右降低到1.8%以下，滿足了工藝指標的要求，并解決了原塔泄漏的問題，達到了節能和環保的目的。改造后裝置的芳烴日產量提高約15%，生產能力提高9%左右，且有效降低了流體的軸向返混[3]。套環填料的應用在多項改造中作用明顯，有效解決了分離效果不佳的情況。

2 多孔雙面填料的結構性能及應用

多孔雙面散裝填料為圓弧狀，填料體上開有通槽，填料體上下分別沖有圓邊，填料體上開有至少三個通量孔。該多孔雙面散裝填料加工方便，降低了機械沖壓后對填料的劃痕，保證原始材料的粗糙度，無坑洼，降低物料結聚的可能性，減少清洗周期，同時也節約了鋼材，大大減輕網狀環散堆填料的重力，同時減輕了塔體噸位質量，同時極大地保留了原始材料的粗糙度[4]，見圖2。

圖2 多孔雙面填料

雙面散裝填料由于加有上下加強筋，在相同使用環境中比常規填料更加耐壓，因此該填料高度比常規散裝填料更加穩定，極大地提高了填料的處理效率，該填料比常規散裝填料提高25%的處理能力。由于填料表面保持原始粗糙度，比常用散裝填料有更高的抗腐蝕性，且在加工過程中不需使用磨具反復維修，節省開模費用，降低了生產成本。

目前，多孔雙面填料已在液液萃取、原油減壓蒸餾、二氧化碳洗滌、脫甲烷等設備中使用。

某廠的二氧化碳吸收塔改用DN50 多孔雙面填料代替塔中原來的20 塊浮閥塔板，操作條件與改造前相同，改造后只用了16塊塔板的空間，這樣氣液速率比原先提高35%，且依然可以利用原有塔板作為填料的支承板，二氧化碳的脫除效果與原來板式塔相同。

3 改進矩鞍環填料的結構性能及應用

改進型矩鞍形散裝填料本體上開設有矩形窗口，每個矩形窗口上連接一內彎圓弧筋片，內彎圓弧筋片的兩端分別連接在矩形窗口的兩側。內彎圓弧筋片的上下邊沿為具有圓弧形波紋的波浪型結構。相應地，在每個內彎圓弧筋片對應的矩形窗口上下邊沿內側也具有與該內彎圓弧筋片對應的圓弧形波紋。其獨特的內彎圓弧筋片結構，使填料內部通道更為合理，不僅增加了填料的機械強度，更加有效地增強了液相分散度，由它裝填的填料塔比現有技術的矩鞍環通量大、阻力小、效率高[5]，見圖3。

圖3 改進矩鞍環

許多化工公司采用改進矩鞍填料替換原先的拉西環填料，這樣不僅可以提高生產能力以及提高塔的吸收效果，還有效降低了壓降。天津某硫酸廠采用改進矩鞍填料代替原先的拉西環填料，吸收效果比原先提高45%，系統壓降降低了31.7%。

4 菊花型填料的結構性能及應用

菊花型填料包括若干個菊花花瓣弧片，菊花花瓣弧片通過內圓弧片連接成菊花型填料主體，相鄰菊花花瓣弧片之間連接有弧形連接片，弧形連接片在菊花型填料主體上對應設有長條型開窗，菊花花瓣弧片的兩側面連接有若干短筋片，短筋片對應在菊花花瓣弧片的兩側面設有方形開窗。菊花型填料兼有規整、散裝填料之特性。與普通填料相比，菊花型填料通量大，流通量可比普通填料高約10%；壓降小，比普通填料降低5%～15%左右；由于菊花型填料結構為無翻邊結構，避免了汽液滯留，且自分布性能優良，對汽液分布器要求遠遠低于規整填料[6]，見圖4。

圖4 菊花型填料

安徽某公司脫硫脫碳氣體凈化工藝采用的脫硫塔內裝5 層?50 mm 菊花型填料，塔總高約40 m，每層安置氣液分布器。采用菊花型填料替代拉西環填料后，發現脫硫塔壓降明顯下降，下降幅度達25%左右，且設備費用下降約10%左右。

5 結束語

本文介紹的四種新型散裝填料，套環填料可以有效降低流體的軸向返混；菊花型和多孔雙面填料可以提高傳質效率，降低阻力降，改善氣、液分布狀況，提高填料的承載能力；改進矩鞍環可以增加填料之間接觸的空隙，使液體和氣體的流動通道增加，提高傳質速率以及具有質量輕、強度高等優點，為塔填料選型提供參考。