填料塔

填料塔

化工廠設備
填料塔是塔設備的一種。塔内填充适當高度的填料,以增加兩種流體間的接觸表面。例如應用于氣體吸收時,液體由塔的上部通過分布器進入,沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上,與液體密切接觸而相互作用。結構較簡單,檢修較方便。廣泛應用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。為了強化生産,提高氣流速度,使在乳化狀态下操作時,稱乳化填料塔或乳化塔(emulsifyingtower)。
    中文名:填料塔 外文名:packed tower 别名: 拼音:tian liao ta 定位:塔設備的一種 用途:氣體吸收、蒸餾、萃取 結構原理:塔身、塔底、支承闆等

基本分類

80年代後期和90年代初期,國外還是推出了一些高效新型填料,數量上雖不是很多,但也還有特色。

散堆填料

Envicon公司的新型Mc-Pac環金屬填料,有30mm×15mm和65mm×30mm

這2種尺寸。據制造商介紹,與50mm鮑爾環相比,其較大型号的效率提高40%,壓降減小60%。Raschig公司的Raschig-Super-Ring塑料環,按照該公司的介紹,與50mm塑料鮑爾環相比,它的壓力損失減少了70%,負荷能力提高了50%。Lantc公司的Q-pacMetalHybridPacking(混合填料),具有規整填料的效率和能力,又有散堆填料的經濟性和通用性,能降低HETP(理論塔闆等效高度)30%以上,壓力損失減少40%。Lantc公司的IMPAC工藝塔填料,其傳質效率比Intalox高出30%以上,其優良的綜合性能在現代散堆填料領域内一枝獨秀,對于精密分離、熱敏物系和節能改造十分有利。

Lantc公司的IMPAC冷卻塔填料,具有良好的水滴分散性能和自分布性能,每m3有多達5萬個的水滴。與現有填料相比,效率可提高40%以上,具有長達10年的使用壽命,有效地降低了操作成本。Lantc公司的LANPAC環保塔填料,與其他尺寸相同的填料相比,它可更有效地降低壓降,提高傳質效率,且現場作業證明不堵塞。Koch公司的K4GTM高效填料,自稱是從拉西環算起,鮑爾環是第二代,從前的其他各種散堆高效填料是第三代,它是第四代第一個散堆填料,具有更低的壓降和非常高的分離能力,經美國得克薩斯州大學能量研究中心試驗證明,其能力可比鮑爾環提高15%,該公司稱其是目前最先進的散堆填料之一。此外,還有日本的M-pak環和Koch公司的K-pak環。

規整填料

Sulzer公司的Katapak化學反應器用填料,是以雙層絲網制成的波紋填料,在絲網的夾層内裝有催化劑。Sulzer公司的Optiflow規整填料,具有獨特的結構,由薄闆片沖壓折疊和組裝而成,它改變了液相在Mellapak闆渡填料表面上穩定流過較長距離的傳統模式,通過曲折而不斷改變方向的闆片,促進液相的分散-聚合-再分散循環,保證與氣相的良好接觸,并使傳質表面不斷更新。它綜合了規整填料和散堆填料的優點,既具有很高的效率,又具有極大的通量。

據稱,與常規塔闆和填料相比,在相同的分離效率條件下,處理能力可提高20%~25%,而在相同的處理能力情況下,傳質效率可提高50%。Raschig公司的Supekpak300型闆式規整填料的比表面積為300m2/m3。根據制造商提供的數據,與迄今在比表面上可相比拟的填料相比,它的負荷能力提高26%,壓力損耗降低33%。日本三商事(株)的Mc-pak規整填料,分為絲網和闆材2類,絲網500目,比表面積為1000m2/m3。闆材類有250S、350S、500S和500SL共4種,比表面積分别為250m2/m3、350m2/m3、500m2/m3,其中500SL為高液負荷和低壓降型。總的特點是壓力損耗小,操作範圍寬,HETP小,操作彈性大。

Schott公司的Durapack玻璃纖維規整填料,是該公司的專利産品,為高抗腐産品,具有高通量、低壓降及良好的分離性能。比表面積為280m2/m3和400m2/m3。空隙率分别為80%和72%,網紋表面分為粗糙表面和光滑表面,裝入DN100~DN1000mm的塔内。此外,瑞土Kühni公司還将Rombopak系列擴展到12M型。它的比表面積為450m2/m3。制造商在一個内徑為DN50mm的實驗塔内用氯苯/乙苯試驗體系在6600Pa壓力下測得:當F因子為0.5Pa時,為10塊理論塔闆;當F因子為2Pa時,為7塊理論塔闆。Montz公司提供了他們的钽質Montz-PakA300型填料,它的闆厚為0.05mm。

Nutter公司生産的BSH規整鎮料是介于網、闆填料之間的新型高效填料,它獨特的可膨脹金屬織物結構彌補了金屬絲網和片狀金屬規整填料間的差距。BSH織物結構的毛細管作用,使填料在任何操作工況下都具有最高的傳質效率。填料的開口處可保證填料有效表面不斷更新和填料兩邊液體的交換,達到最佳的氣液接觸和分離效果,其比表面積高達500m2/m3,可滿足任何分離工藝需要。它典型應用在煉油廠的粗餾塔、反應蒸餾、空氣分離和制藥化學塔。BSH填料配用Nutter公司專利液體分布器等全部塔内件,理論塔闆數高、HETP低、壓降小。

毛細管填料

近年來發展起來的新技術,該填料利用毛細管來影響長程相互作用力,可使原需要共沸精餾等的物料在一個塔内完成且再也無需共沸劑等中間物料,大大提高精餾效率,有效降低塔高。

大事記

1914年

自從1914年出現拉西環填料以後,填料塔的發展進入了科學的軌道。

1914年瓷質拉西環的問世,标志着填料塔進入了科學發展的年代。

1914年第一代有規填料拉西環(Raschingring)的出現,使填料塔的發展進人了科學軌道。

1914年Rachig環問世,标志着第一代亂堆填料的誕生,但實際生産效果仍沒有很大的提高,人們開始意識到汽液分布性能對填料塔操作的重要性。

1937年斯特曼填料的出現,使填料和填料塔又進入了現代發展時期。

1950年後,填料塔進入了緩慢發展時期,在這個時期内,人們注意了對塔内件的研究,力圖解決填料塔的放大問題,但由于各種闆式塔的出現及其成功應用,使填料塔倍受冷落。

1950年以後,填料塔進入了緩慢發展時期,在這個時期内,人們注意了塔内件的研究,力圖解決填料塔的放大問題,但由于各種闆式塔的出現極其成功應用,使填料塔受到了冷落。

1951年Danckwerts〔側針對滲透理論假定旋渦在界面上停留一個固定的時間的不合理性,特别對攪拌槽、亂堆填料塔、鼓泡塔、噴霧塔,其中的氣泡和液滴有較寬的尺度分布,對滲透理論進行改進,提出了表面更新理論。

1964年國際蒸餾會議認為是填料塔放大以後液體分布不均所緻。

1966年用于分離水和重水的第一個蘇爾采填料塔在法國投産。

自1966年世界上建立起莽一批網波填料塔以來,十多年的實踐證明,風波填料具有效率高、負荷大、壓降低、滞液星小、幾乎無放大效應以及易于機械化加工等優點,因此其應用得到了迅速發展。

1969年

1969年,Viviantl将一個填料塔固定在大離心機的旋轉臂上,首次測定了離心加速度對傳質效率的影響。

1970年,我國建成第一座金屬絲網波紋填料塔,20多年來估計有數百座金屬絲網波紋填料塔投人生産。

1971年SPAAY等采用不同材質、不同尺寸的拉西環較為詳盡地研究了脈沖填料塔的兩相流動、軸向混合和傳質特性,給出了特性速度、液滴直徑的經驗關聯式。

1972年蘇爾采公司已建造了12個CY塹填料塔,并且已成功地運轉着。

1972年以來,以歐美為中心的世界硫酸制造所用的填料塔逐漸改換成陶瓷階梯環,包括新建在内其總數可達100座。

故于1973年5月提出在石灰石填料塔内用水冼滌尾氣的方案。

從1973年開始使用到現在已近十三年,湍球塔不僅可用于乙炔冷卻、清淨和中和,而且也可用于水洗塔,這在國聚氯乙烯生産上也是首創,對防腐力量薄弱的地區也有很強的适應性。

1977年Simonsl介紹了脈沖填料塔在己内酚胺生産中的應用,并提出脈沖填料塔的傳質效率與塔徑和塔中是否存在反應無關,因而具有易于放大的優點。

1980年5月開始進行了階梯環填料塔的試驗,獲得成功。

1980年,Merchu曾将填料塔作為氧合器,對幾種較小尺寸的填料進行了傳質性能的測定,并進行了血液氧合過程的嘗。

1982年4月在直徑5.3米的油洗塔及直徑5.1米的水洗塔中,将上段的浮閥塔闆改為充填英塔洛克斯金屬填料的填料塔。

在推廣新技術過程中,天津大學填料塔新技術公司也得到了迅速發展,從1985年資金為零,發展到擁有3000多萬元資産的中型企業,成立研究推廣中心後的1990年-1995年共創利稅3500萬元。

1986年底大檢修時,對部分設備進行了改造,用填料塔取代了浮閥塔。

1987年元旦試車成功後,投産運行一年證明填料塔确有許多優點,但也存在一些問題。“官、産、學”結合促進科技成果轉化天津大學“新型填料塔及高效填料研究推廣中心”天津大學填料塔新技術公司天津大學研究開發的“具有新型塔内件的高效填料塔”技術,1987年獲國家科技進步三等獎,1989年列為國家科委第一批全國重點推廣項目。

1988年

1988年将酚精制抽提塔改成新型填料後取得的經驗,也将轉盤塔改成了階梯環填料塔。

1989年對蘋取塔進行技術改造,由原内驅動轉盤塔改為短距階梯環填料塔。後經論證,1989年大修期間将闆式塔改造為高效填料塔。

1990年經中國國家科委和國家教委批準,在天津大學成立了國家級行業性研究推廣中心“新型填料塔和高效填料研究推廣中心”

1990年的年産8萬噸合成氨節能技術改造時,将脫碳的兩塔改為填料塔,改後脫碳的生産狀況大大改善。

1990年國家科委将國家填料塔及内件技術研究推廣中心設在天津大學填料新技術公司,并被列為國家“八五”九五”科技成果重點推廣項目依托單位。

1990年,國家科委将國家級化工填料塔及内件技術推廣中心設在了天津大學填料新技術公司。

1991年初,填料塔都由于此種原因而發生“液泛”。

1991年采用高效填料塔技術改造以後,排放水質達到标準,而且回收了甲醇,保護了環境,降低了甲醇的消耗。

天津大學填料塔新技術公司1991年引進了蘇爾壽公司的MELAPAK自動生産線,并自已開發了碳鋼滲鋁闆波紋填料;清華大學和上海化工研究院分别開發了壓延闆網波紋填料;中石化洛陽工程公司開發了LH型規整填料。

早在1991年,天津大學依靠化學工程學科在填料技術方面的優勢,建立了天津大學填料塔新技術有限公司,在全國改造各類塔器近萬個,取得了巨大的經濟效益。

1993年三季度末主體設備由制造廠運抵本廠,同時聯苯爐,波型截止閥、減速器傳動裝置、變頻器、電器控制箱,鑄帶槽、工藝管道、計量泵、填料塔等輔助裝置也相繼到廠。但随着植物油精煉工藝的發展和進步,FH公司自1993年起在植物油脫臭工藝上采用了最新研制的結構填料塔。

1994年後我們又将原填料塔進行改造設計,設計時總結了原老系統設備浮閥,篩闆複合塔闆的改造和運行情況,并進行了改進,增設了一旋流除霧闆。

1996年,經過考察研究,決定采用石家莊正元塔器開發公司的專利技術,利用大修機會,将變換工段飽和熱水塔由原來的填料塔改造為新型高效垂直闆塔。

1996年初,雖用一台金屬孔闆我們在粗苯裝置的操作上采取了以下措施,取得了波紋填料塔代替了4台木格塔,但由于蒸汽壓力低,較好的效果。

1997年

1997年9月,天津大學校辦企業天财資訊系統工程公司、天津大學填料塔新技術公司、天津華通高新技術公司整體改制,再由天津大學、中國船舶工業總公司707研究所、天津大學事業發展總公司、天津經濟建設投資集團、海南瓊海農貿産品交易批發中心等7家機構共同籌組發起天大天财公司。

1997年,該公司對此作了改進:尾氣經冷卻後,經兩級緩沖和兩級填料塔過濾後進合成爐。

1997年天津大學作為主發起人,将天津大學填料塔新技術公司等公司的經營性淨資産6500萬元作為出資發起設立了天大天财,其中填料塔新技術公司淨資産2780萬元,占總投入的42.7%。

1997年随天大天财在深交所上市改制成為天津天大天财股份有限公司填料塔新技術分公司,2000年6月改制為天津天大天久科技股份有限公司。

1998年7月對填料塔進行改造,取得了明顯的效果。

1998年7月,将脫甲烷塔改為填料塔。

1998年8月,由天大天财公司填料塔新技術分公司和天大化工所、茂名石化公司設計院共同設計的我國最大的500萬噸/年原油常減壓裝置,在廣東茂名一次開車成功,使茂名石化公司的煉油能力達到每年1350萬噸,成為我國第一個千萬噸級的煉油基地。

1999年,填料塔中的三相精餾過程在特定的條件下不會顯着降低傳質效率。

1999年,後洗苯塔阻力逐漸上升特别是花環填料塔阻力最高達到3000Pa使煤氣鼓風機負荷增大鼓風機後煤氣壓升多次超出額定值須頻繁停塔清掃等強化操作。

2000年,生産乙苯的填料塔開車成本偏高,分離效率低,原因在于塔體内盤式分離器通透率低,每小時處理量隻有4.25噸,沒有達到6噸的處理标準,其原因是塔壁流沒能得到利用。

2000年,南京煉油廠采用填料塔技術對偏三甲苯精餾塔進行了技術改造,擴大了裝置的生産能力,裝置處理量得到大幅度的提高。

2000年檢修時,對淨化系統的循環酸增加一級沉澱,溢流進人另一循環槽,通過泵打人闆式冷卻器再進入填料塔。

遂于2000年4月對解吸塔進行了全面改造,将原浮閥塔改為填料塔。

2001年首次發現草甘膦生産過程中産生氯甲烷,提出了正确的反應機理,開發了DCS自動補氣平衡系統和以新型波紋填料塔為核心的多級水洗、堿洗、吸附、幹燥技術,淨化回收率達95%以上,成功地解決了回收氯甲烷産氣點多、産氣不穩定以及含有大量雜質等問題。

2001年杭氧、開空、川空和中國空分設備公司等主要企業以填料塔、全精餾制氩、内壓縮流程為代表的新一代大型空分設備占據了國内2萬m~3/h以下空分設備市場。

工業應用

為解決廢氣中有機胺類物質的惡臭污染問題,采用自制生物填料塔處理三甲胺廢氣,考察了生物填料塔運行的主要影響因素及對三甲胺廢氣的淨化效果。實驗結果表明,在進氣中三甲胺質量濃度為80.00mg/m3、氣體流量為0.3m3/h(停留時間不小于30s)、循環液噴淋密度為0.5m3/(m2?h)的條件下,三甲胺去除率達99.9%,淨化後氣體能達到國家二級排放标準;生物填料塔對三甲胺的總去除與容積負荷呈直線關系,相關系數達0.9949,表明三甲胺廢氣的生物淨化效果顯着。

塔容器—填料塔設備有許多種類型,塔設備是化工、石油化工和煉油生産中*重要的設備之一。它可使氣液或液液兩相之間進行緊密接觸,達到相際傳質及傳熱的目的。可在塔設備中完成常見的單元操作有:精餾、吸收、解吸和萃取等。此外,工業氣體的冷卻與回收、氣體的濕法淨制和幹燥,以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增。

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