由上表可知 , 世界乙烯需求量和 產(chǎn)能利用率將不斷上升 . 我國 乙烯產(chǎn)量 1 9 8 5 年是 “ 萬 t , 1 9 09 年是 1 5 萬 t , 五年 間增長 1 . 24 倍 , 平均 年遞增91 % 。 1 9 9 5 年計(jì)劃生產(chǎn) 乙烯 2 03 萬 t , 實(shí)際產(chǎn)量超過 9 萬多噸 ,  2 。。。 年計(jì)劃 3 0 0t  甲在煉油和石化 工業(yè) 中 , 收率和 節(jié)能 只要有少許改進(jìn) , 就可產(chǎn)生很大經(jīng)濟(jì)效益 。 例 如 25 0 萬噸 /年煉油能力 的減壓塔塔徑 為 6 . 4 米 , 其拔出率 只要提高一個(gè)百分 點(diǎn) , 年 經(jīng)濟(jì)效益就可超過 1。。。 萬元 . 這些工業(yè)中有大量塔器 ,  采用先進(jìn)技術(shù)對其改造是大有可為的。近 20  年來 ,  世界氣產(chǎn)量幾乎增長一倍圖 ,現(xiàn)還在不斷增長 。 大部分氣要經(jīng)過吸收塔處理水 、 酸和 較重餾分 ( N G L ) , 這將是塔器技術(shù)的重要市場 。 N G L 又可蒸餾分離得到 乙烷 、 C : / C ` (液化石油氣 ) 和 汽油 ,  這又是蒸餾的技術(shù)市場。

 

一些發(fā)達(dá) 目前都在致力 于開發(fā)精細(xì) 化工 , 提高其在化工總產(chǎn)值 中的比率。 如美國 、 日本 、 法國的精細(xì)化工 比率 已超過 05 % , 瑞士達(dá) 59 % , 我 國目前還不足 04 % 。 全世界制藥和農(nóng)藥總產(chǎn)值約 3 2 0 0 億美元 , 其它化 學(xué)制 品 和精細(xì)化工年總產(chǎn)值也有35。。 億美元圖 。   這些領(lǐng)域中分批燕餾應(yīng)用較廣 ,  也有一些特殊蒸餾 , 如反應(yīng)蒸餾、 分子蒸餾等 , 它們有時(shí)也與結(jié)晶分離方法互相補(bǔ)充 。

 

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和燃料用量的不斷增加 , 二氧化硫排放量越來越多 , 年遞增率為 5% ,預(yù)計(jì)本世 紀(jì)末 二 氧化硫的年 排放 量將 超過3 .3 億噸〔幻 ,由此造成的大氣污染十分嚴(yán)重 。   因此 ,從煙氣中二氧化硫和 H CI 酸分 , 是近來在要求下迅速發(fā)展起來的一個(gè)技術(shù)大市場。 由合成氣中二氧化碳也是吸收技術(shù) 的一個(gè)重要應(yīng)用場合 。

 

蒸餾和吸收設(shè)備主要是板式塔和填料塔兩大類. 07 年代 以前 , 在大型 塔器中板式塔 占主導(dǎo)地位 , 曾出現(xiàn)過許多新型塔板 . 當(dāng)時(shí)的填料塔往往存在放大效應(yīng) , 即隨塔徑 , 填料塔效率呈下降趨勢。 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)不能可靠地推廣到工業(yè)規(guī)模填料塔的設(shè)計(jì)中。 07 年代初 出現(xiàn)了世界性能源危機(jī) , 迫使填料塔技術(shù)在近 多年來取得了長足的進(jìn)步 。 各種高效填料和 新型塔內(nèi)件不斷涌現(xiàn) , 并在工業(yè)應(yīng)用中取得了很大成功。

 

塔填料可分為散堆填料和規(guī)整填料 (又稱結(jié)構(gòu)填料 ) 。 它 們各有特長 , 在各自的應(yīng)用范圍 內(nèi)發(fā)揮各自的 勢。 填料塔的其它內(nèi)部構(gòu)件 ( 簡稱塔內(nèi)件 ) , 特別是流體和 氣體分布裝置對填料效率的影響大 ,  應(yīng)予以十分重視 。

 

2 續(xù)料塔技術(shù)的現(xiàn)狀

 

2 .1塔填料

 

初 的填料可以追溯到焦炭、 卵石之類不定形物的原始階段 。 1 9 1 4 年拉西環(huán) ( R a s e h i n g r i n g ) 的出現(xiàn) , 使填料塔的研究進(jìn)入了科學(xué)的軌道。    此后出現(xiàn)過 很 多 高 性 能的 散 堆 填 料 如 以 鮑爾環(huán) ( P al lr i n g  ) 、  改進(jìn)型鮑爾環(huán) ( H y 一 P a  k ) 、  階梯環(huán) ( C M R )

 

為代表的環(huán)形填料。 在環(huán)形表面開有窗 口 , 環(huán)內(nèi)帶有舌 片 , 這樣增加 了氣相 的湍動(dòng)及對液相的濕 潤 , 從而增 強(qiáng)傳質(zhì)并減小壓降。 近年來 , 散堆填料設(shè)計(jì)趨 向于晶 形 網(wǎng)格結(jié)構(gòu) , 特別是塑料材質(zhì)的散堆填料 ,  它 們可 以諾 派克環(huán) ( N o  rP a e   r i n  g ) 、  哈弗 羅環(huán)H( lfi  o w  :  in g ) 為典型代表。  其單位理論分離級的比壓 降低。   以 I n t a l o x   s a d d l e   和 L e v  a p a k 為代表的鞍形填料 ,  其流 體分布性能 比上述環(huán)形填料好 ,  但通量則 比環(huán)形填料差 。   1 9 7 8 年美 國 N or  to n  公司 推出的 I M T P ( I n t a  l o  x   M e  t a  k  T o w e r   P a e k i n g  ) 和 此后

N u  t t e  r 公司的 N u  t t e  r   r i n g  ,  巧妙地 將環(huán)形和 鞍形綜合成一體 , 既具有環(huán)形填 料通量大的特點(diǎn) , 又 具有鞍形填料液體分布性能好的特點(diǎn) 。 華南理工大學(xué)在 IM T P 填 料基 礎(chǔ)上開發(fā) 了共扼環(huán)填料 , 清華大學(xué)開發(fā)了適用于 過程的 Q H 型扁環(huán)填料 。

 

6 0 年代后 , 生 產(chǎn)規(guī)模大型 化要求填料具有大通量 ; 能改善液體均勻分布 , 以提高分離效率及克服放大效應(yīng) ; 降低填料層阻力及持液量 , 以起 到節(jié)能效果。 規(guī)整填料在這方面有的點(diǎn) , 因 此 , 各類規(guī)整填料應(yīng)運(yùn)而生 。規(guī)整填料在整個(gè)塔截面上 ,幾何形狀規(guī)則 、 對稱、 均勻 。 它規(guī)定了氣液流路 , 改善了溝流和壁流現(xiàn)象 , 壓降可以很小 . 在相同的和 壓降下 , 與散堆填料相 比 , 可以 安排更大的 比表面積 , 因此效率高。 由于 其結(jié)構(gòu)的規(guī)整性 , 合理的設(shè)計(jì)可以做到幾乎無放大效應(yīng) 。 瑞士 S lu ez r 公司用 規(guī)整 填料改造過的 塔 , 其塔徑 已達(dá) 21 . 4 m j[6 , 天津大學(xué)用規(guī)整填料改造過乙烯裝置中塔徑為 6 . s m 的汽油分餾塔圖 , 并 已用于塔徑 8 . 2 米的減壓塔 。填料塔只適用 于小塔的概念 , 已被扭轉(zhuǎn)。

 

 

盡管早在 1 9 3 7 年就 出現(xiàn)了一個(gè) 以 S t de m an 命名的金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料及 以后的 S rP ya aP k 填料等 , 但規(guī)整填料真正的生命 力是從 60 年代 S ul z er 公 司開發(fā)的金 屬絲 網(wǎng) 波紋 填 料 ( S lu ze r G ua ezP ca ki n g ) 開始表現(xiàn)出來的 . 此后規(guī)整填料的研究十分活躍 , 新品種層出不窮 。 1 9 7 7 年 S lu ze r 公司又推

 

出 了板 片波紋型的 M le  al Pa k  填料 ,  繼后 80  年代K u h n  i 公 司的 R o  m b o p a k 、  M o n  t : 公司的 M o n  t z 、G l i t s  e h 公司 的 G e m p a k 、  N o  r t o  n   公 司 的 I S P  ( I n -t a  l o  x  、 s t r u e  t u r  e d  P a  e  k i n  g  ) 、  Ja  e  g e r    公 司的 M a  x -p a k 、  G e  r m a n  ia 公司 的 P y r a p a k 、  R a  s  e h i n g  公司的R a l u 一 p a k 等先后出現(xiàn) , K o e h 公司則將 S u l z e r 公司轉(zhuǎn)讓的 M e ll a p a k 技 術(shù)更 名為 F le x i p a e , 新近 日本三菱商社推 出了 M C 一 aP k . 這些填料 彼此類似 , 多數(shù)是以 M e l l a p a k 為雛形 . S u l z e r 公司前幾年推出了可用于化學(xué)反應(yīng)器的 K A T A P A K 規(guī)整填料 , 是以雙層絲網(wǎng)制成的波紋填料 , 在絲網(wǎng)夾層內(nèi)裝有催化劑。 新過 S u l z e r 公司又推出 o p t i f l o w 規(guī)整填料(多通道規(guī)整填料 ) 。 規(guī)整填料中還有一種格柵填料 , 適用于物料較臟的場合 , 如減壓塔臟洗段等。 應(yīng)

 

用較廣的有 K o e h 公司 的 F l e x  ig r i d 、  G l i t s e h  公司的G l i t s  e h 一 g r i d 、  N u  t t e r   公司的 S n a  p 一 g r i d 等 。

 

我國在規(guī)整填料方面也有不少突破。 天津大學(xué)與英國 A s ot n 大學(xué)聯(lián)合 開發(fā) 了以 U an aP k 命名的脈沖規(guī)整填料 , 天津大學(xué)填 料塔新技術(shù) 公司 1 9 9 1年 引進(jìn) T S u l z e r 公司的 M e l l a p a k 生產(chǎn) 自動(dòng)線 , 并自己開發(fā)了碳鋼滲鋁板波紋填料 ; 清華大學(xué)和上?；ぱ芯吭悍謩e開發(fā)了壓延板 網(wǎng)波紋填料 ; 天津市天進(jìn)新科技開發(fā)公司開發(fā)了板花規(guī)整填料 ; 中石化洛陽石化工程公司開發(fā)了 L H 型規(guī)整填料。 這些都在工業(yè)中得到了成功的應(yīng)用 。

 

2 .      2 塔內(nèi)件

 

塔內(nèi)件包 括液體分布器、 床層限 位器 、 填料支承、 壁流收集分配錐 、 液體收集器及再分布器、 氣體分布器等 。 一座性能良好的大型填料塔 , 填料本身的高性 能固 然重要 , 而與之匹配 的塔 內(nèi)件 , 尤其是液體分布器和 氣體分布器也是至關(guān)重要的。 否則填料的高性 能不能得 以 充分發(fā)揮。 特別是對于大直徑 、 多側(cè)線 、 淺床層塔器 , 氣體和液體分布裝置往往是成敗的關(guān)鍵 。

 

在填料層內(nèi)部會(huì)形成一 定數(shù)量的先流動(dòng)途徑, 若 液 體分 布器的 噴 淋 點(diǎn)密 度 d p d ( d r ip p o i n t d 。 。 s it y ) 大于 上述單位 面積上先流動(dòng) 途徑數(shù) , 則填料 效率 可充分發(fā)揮 。液體在流動(dòng)過程中,  流動(dòng)途徑會(huì)合并 , 后達(dá)到穩(wěn)定的流動(dòng)途徑數(shù) 。 若噴淋點(diǎn)數(shù)少于上述先流動(dòng)途徑數(shù) , 液體在流動(dòng)過程中會(huì)分叉 , 使流動(dòng)途徑增加 , 后 也達(dá)到 穩(wěn)定的流動(dòng)途徑 數(shù) 。 后者情況 下 , 填料層上部的填料效率要下降。在嚴(yán)重情況下 , 液體流到 填料層 下端 面出 口 時(shí) , 還沒達(dá)到穩(wěn)定的流 動(dòng)途徑數(shù) ,  則整個(gè)填料層效率嚴(yán)重下降。   d p d 值取決于填料型式和填料層高度 。   通常

 

填料比表 面積大則 d p d 值也大 , 填料對液體 的分散系數(shù)大則 d p d 值小。 對于 25 m m 左右散堆填料 , d p d 值 為 2 5。 / m , , C Y 型金屬 絲網(wǎng)波紋 d p d 值不小于 3 0 0 / m Z  ,  2 5 o y  型 板波紋填料在 1 5 0 / m ,  以 上。  對

 

于規(guī)整填料 , 點(diǎn) 分布轉(zhuǎn)化為線分布后 , d p d 可減小 。每個(gè) 噴淋點(diǎn)液體流率要均勻 , 各點(diǎn) 與平均流率的大誤差不應(yīng)超過 6 % 。通常 , 相當(dāng)于 15 一 20 塊理論級的填料層高度要設(shè)置液體收集與再分布裝置 , 以保證填料性能的充分發(fā)揮 。 從下圖可以看 出 , 填料層中理論級數(shù)越多, 則液體分布質(zhì)量對填料層 效率的影響越大。 對于直徑小于 30 0 m m 的塔可以不考慮填料層分段。

 

對填料塔 內(nèi)氣體分布的研究遠(yuǎn)不如對液體分布的研究透徹 。 氣體流動(dòng)性能遠(yuǎn)好于液體 , 氣相的橫 向混合速率至少三倍 于液相[j. 。 隨著大空隙率、低壓降填料的開發(fā)以及大直徑 、 淺床層填料塔的推廣應(yīng)用 , 氣體分布間題 已 日益受到重視 . 據(jù)文獻(xiàn)10[ 〕報(bào)道 , 通過在直徑 4 . 5 , 高 Z m 的填料吸收塔中用 乙醇胺 吸收二氧化碳的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) , 由于側(cè)向進(jìn)氣引起塔內(nèi)氣體橫 向流動(dòng)的不均勻性 , 使得整個(gè)填料床層中氣體分布不均勻 , 進(jìn)氣 口 半邊塔的傳質(zhì)效率較另半邊高 03 % 。 由而可見 , 氣體分布不均勻會(huì)造成填料層 內(nèi)氣液相分流 , 使分離效率嚴(yán)重下降。