浅谈散装填料的发展趋势

2019-08-02 阅读：次

摘要介绍了散装填料的种类、主要生产厂商、填料的表面处理方法和散装填料的应用范围，分析了散装填料未来的发展趋势，并指出散装填料与其它类型的塔填料相比，在今后的一段时期仍将占有重要地位。

本世纪初由 FTITZ RASCHING 开发出来的拉西环填料次实现了填料的标准化，使石油炼制中的分离过程得到性的改变。直到 60年代大多数的填料塔充填的是拉西环或伯尔鞍形填料(BERL SADDLES)此后随着对填料塔内流体力学和传质、传热过程研究不断加深，大直径高的填料塔显示出更多势来，并有逐渐替代板式塔的趋势。美国 G-89-’ 公司已成功地将的散装填料塔工业化。

在散装填料方面，继 NORTON公司成功地开发了金属INDEX填料(IMTP)后，许多公司推出了类似的产品，如NUTTER公司的NUTTER环等。在 PALL环的基础上，一些公司推出了网格结构的 NORPAC环和 HIFLOW环，进一步提高了空隙率和通量，并降低了阻力降。GLITSCH公司则购买了英国传质公司，大力推广阶梯短环，其高径比权为 0.3;，低，在随机乱堆过程中具有一定程度规则排列的特点，因而阻力降低，通量大，性能良。塑料填料的种类也很多，rasching公司等还开发了表面亲水的塑料填料，据称可以使传质效率提高20%以上。

进入60年代后，填料的发展朝着散装化和规整化两个方向发展，并显示出各自的势来。KISTER 和BRIERLER分别对各类化工塔器的应用范围作了详细比较，他们建议用流动参数

作为塔内件选型的判据。大量的实验数据和工程经验表明，散装填料在液 - 气比大

的情况下操作时性能于规整填料和塔盘，在液 5 气比大的吸收和解析操作，高压精馏和液-液的情况下，应用散装填料比较有利，因此，在合成氨的气体净化、石油化工和焦化等领域，散装填料得到了广泛的应用 T=U。另外，从化性能、使耗用材料及生产费用小化的经济方面来看，现代散装填料的长处也特别值得重视。

散装填料的分类

改变填料的几何和结构可以大幅度地提高相接触面积，增加空隙率，减小压降，这一点自拉西环的发明后，特别是鲍尔环填料的出现，得到人们的普遍重视。迄今为止，不同几何形状和结构的填料五花八门，其中较少一部分应用于工业上，其余的或是由于与现有流行产品雷同，或是由于制造费用过高点，在国内许多工业部门中得到采用。
近年国内填料生产发展迅速，生产厂家接近百家，但规模都不太大，与国外公司相比研究开发能力普遍偏弱。其中以东南沿海一带生产塑料填料主多，江西有不少陶瓷化工填料生产厂。表中列出了部分厂商所生产的一些散堆填料的型号对比。

散装填料表面处理

散装填料的分类方法有多种，根据几何形状和结构来划分，有以下几种不同的种类 B 见表 ! C 。塔填料的研究开发是一个很重要的领域，在此方面从事研究开发的单位，国外有美国的KOCH-GLITSCH公司DALLAS TX化学加工产品公司雅格公司，德国的公司等。国内在此方面有影响力的有清华大学、天津大学、上海化工研究院等单位。特别是清华大学研制的 ZJ 系列填料，具有传质效率高，阻力降小，应用范围宽，设计弹性大等金属填料，特别是塑料填料的表面能通常是很低的，在使用过程中，当液体流经其表面时不容易铺展形成薄膜，而是形成分散的液珠或细小沟流，另外也使得填料个体下部难以被有效地润湿，从而在很大程度上影响了传质效率。

如聚乙烯的临界表面张力是

，聚丙烯的临界表面张力是

,高能表面可使液体在上面铺展，而低能表面将使液体在上面形成不连续的液体。因此，为了使溶剂能在所流经的塑料填料表面充分铺展，填料的表面就需要有足够的表面能，使填料表面的临界表面张力大于溶剂的表面张力。溶剂在塑料填料表面有了良好的铺展和浸润才能有效地进行传质。另外，在塑料填料表面引入性基团，可以提高填料表面的性，同时也能提高其表面张力，这样更有利于增进溶剂对填料表面的润湿能力。

金属填料的表面处理

金属填料表面处理的方法有多种，但基本上是在填料表面上形成一层金属化物的亲水性薄膜。具体的处理方法可以归为两类：氧化法和喷涂法。

氧化法有高锰酸钾法、碱液空气氧化法、热空气氧化法、硫酸磷酸浸泡法、考兰处理法等；喷涂法主要要是利用等离子或火焰在金属填料表面喷镀上一层多孔陶瓷氧化物薄膜，以提高表面能，增加溶液对填料的浸润性和铺展性。

塑料填料的表面处理

用物理、化学及物理化学法都可以使塑料填料的表面能得到不同程度的提高，现行的塑料填料的表面处理有以下几种方法：

表面粗糙化用喷砂、磨砂及溶剂浸泡等方法，使填料的表面形成沟槽或花纹，从而提高表面能，减小接触角，以利于溶剂对填料的润湿和铺展。

化学处理法化学氧化法是利用化学反应使填料表面形成中性亲水层，常用的方法有液相氧化和气相氧化两种。液相法是利用重铬酸钾一硫酸溶液或采用其它酸、强氧化剂对 ’(等塑料表面进行洗涤处理，有去油、去污等作用，使塑料表面产生性基团，同时也使表面得到一定程度的粗化，与此同时，表面还发生氧化作用，生成含氧性基团，从而大大改善塑料表面的表面能，改善表面的润湿性。另外，还有光化学法。该法是利用紫外线照射高聚物表面而引起化学变化，发生裂解、关联和氧化，达到改善填料表面张力的目的。光化学法必须选择适当的紫外线波长和光敏剂，才能得到较好的效果。用光化学处理与电晕法处理过的填料表面润湿性基本相同。

虽然化学处理方法效果较好，操作方便、经济，但处理液难以处理，容易对环境造成污染。

等离子处理法按照等离子的发生条件不同，又可分为电晕处理法和辉光处理法。利用高频高压电源，产生臭氧，促使塑料表面氧化而增加其性，同时，电火花又使填料表面产生大量微细的孔穴，表面能增加，从而加大其表面活性及机械联接性能，可以用电晕法处理的塑料有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、氟塑料及其它共聚物。辉光处理法则是在一定的真空度下，采用不同的气体形成等离子体对填料表面进行作用，并在分子结构中引入含氧性基团。等离子处理法比较理想，具有处理时间短、速度快、无污染等点，因而被广泛采用。其缺点是经处理过的表面不稳定，填料经处理后如长期放置不用，会导致表面张力逐渐下降乃至失效。

辐射法辐射法是用高能射线如 Y- 射线、X - 射线等照射塑料填料，以提高填料的表面张力。

喷涂处理法将亲水性的两性聚合物涂覆在塑料填料的表面，从而改变填料表面的表面张力，提高其润湿性。其缺点是合适涂层材料难以寻找，加工费用较高。

塑料改性法此方法是在制作塑料填料的母粒中添加入一定量的亲水性助剂，加工出表面张力较高，润湿性和铺展性具佳，传质性能大为改善的塑料填料。这一个费用相对较低，且具很大发展潜力的方法。

散装填料的工业应用

散装填料及塔设备主要用在吸收、解析、精馏、干燥、等气 - 液及液 - 液接触的传质传热过程，目前工业上实践有：HCN 发生器、a- 甲基丙烯酸甲酯精馏、含酚废水、冰醋酸精馏、喹啉与异喹啉精馏分离、辛酸与壬酸及其异构体精馏分离、醋酸生产的精馏与吸收、煤气洗苯、石油炼制减压蒸馏、炼油脱蜡、乙烯生产脱甲烷和乙烷、化肥生产脱硫和脱碳,HCI吸收、硫酸生产中的干燥塔、甲醇精馏、烟气脱硫等。此外，反应蒸馏、流化干燥、超重力分离等领域也在使用散装填料。

, 散装填料研究和发展

进入60年代以后规整填料得到很大程度上的应用，这对于散装填料的应用和研究造成了一定的冲击。但是散装填料具有易于加工，制作费用低，不易堵塞等特点，特别是由于新型高效填料如阶梯环填料、高流环、共轭环、短偏环等填料的不断涌现，散装填料的应用范围在填料塔中仍占主导地位。近年散装填料的研究方向主要集中以下几个方面：

散装填料填料的自规整化吸取规整填料结构均匀、规则、对称，大比表面积、大空隙率、大等点，同时尽可能消除规整填料制造成本高，安装维护不便的缺陷。散装填料的几何形状和结构朝着自取规整的方向发展，其目的是尽可能减少填料个体之间的面接触和线接触，增加填料之间点接触几率，使填料在塔内堆放时趋于均匀，使流体在填料层中分布均匀，减少沟流和壁效应。如 QH型偏环填料与鲍尔相比较，其降低很多，在塔内装填时，纵向取向几率要大得多，因而在液膜的填料表面更加均匀，压降也大幅度降低，传质效率提高 30%~50%

开发适用于新塔型的散装填料利用流态化能实现更高的气流速率和传质速率的特点，开发流化填料塔，使填料塔也可以用于除尘。在流化填料塔中球形、椭球形，开孔及内包丝网的散装填料都得到了不同的尝试；利用塔体在高速旋转时产生的强大离心力——— 超重力强化传质效率，开发适应于不同场合的散装填料；为了克服流化填料塔返混程度较大、段数过多时压降大的缺点，又开发出了填料旋转塔，这种新的塔型可用于蒸发或冷却结晶过程。

填料功能复合化在球形散装填料内装填丝网形成球形丝网填料，既利用了丝网填料比表面积大、空隙率大，表面润显率高的点，又避免了其装填困难，拆修不便的缺陷；KOCH公司近发明了一种内部填充催化剂的鞍形填料用于反应蒸馏，该填料性能兼有气液传质和催化反应的两种特性，且制造成本低廉。

填料的表面改性
为了提高散装填料的表面能，提高传质效率，球面沟槽式填料由球体和沟槽组成，主要是通过陶瓷工艺制作成瓷球，并在球表面开设一定规格的沟槽，通过锻烧而成，这种填料制作简单，重量轻，通透性能好，适用面广。

复合填料塔将不同的塔型如固定填料塔和流化填料塔串联使用，或是在同一个塔内将规整填料和散装填料分段使用，或是将不同类型、不同尺寸 ( 结束语

散装填料和规整填料在不同的使用场合表现出各自的势来，孰孰劣还不能过早地下结论。 :国外公司在近的研究中指出新型散装填料在许多应用场合，其性能与规整填料相当或于规整填料。近些年来散装填料规整化和填料塔内件的不断革新使得散装填料竞争力不断提高。除了固定填料塔外，散装填料在其它塔型如流态化填料塔、旋转填料塔以及填料旋转塔中也得到了广泛应用。

从近些年的理论研究和工业开发来看，散装填料的发展趋势是朝空隙率、减少压降，比表积、改善润湿性能，功能多样化的方向发展。与其它填料相比，散装填料在今后相当长一段时间内在工业上仍将占有主要地位。

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