几种新型散装填料结构性能分析及其应用

徐永杰

（南京工大环境科技有限公司，江苏南京 210000）

在石油化工、轻工、食品、制药、环保等工业中，填料塔主要应用于分离和尾气净化的气液传质、传热过程[1]。 填料塔是化工分离、环保尾气净化的最典型的设备。填料作为填料塔内核心部件，它为气液两相间的传热、传质提供了有效的接触场所，是分离效率的决定性因素[2]。为了改进填料的性能，学者们不断地研发新型填料，其目的在于：改善气液两相的分布情况，提高分离效率；增大通量，以适应大规模生产的需要；增加空隙率，以减少流动阻力降；以及满足高纯度产品的制备、扩产、设备放大、环保净化等多种需要。

新型散装填料的不断开发和应用可有效降低压降，增加处理能力，提高填料强度和降低设备费用。显然，与规整填料和塔板相比，散装填料的发展具有明显的优势。

1 套环填料的结构性能及应用

套环填料主要是由一个外环面和一个内环面组合而成，内环面套装在外环面中心部位，如图1所示。每个内环面有一个长圆柱面，其上设有1～5排孔洞，每排孔洞的数量2～9个，相邻两排孔洞交错排列，每个孔洞内设有一个向长圆柱面中心轴线弯曲的内曲折片，在孔洞和内曲折片的两条长边上设有齿牙。每个外环面有两个同轴的扁圆柱面，每个扁圆柱面的中部设有压棱，在两个扁圆柱面之间，用椭圆形的N个H状外连接片、N个长条状内连接片和2 N个短条状内连接片交错分布连接成一个整体，在两个扁圆柱面的外侧，各有N个正弯折片和N个斜弯折片间隔分布，上述数量代号N 的取值范围是3°～20°正弯折片的根部为与扁圆柱面轴线垂直的水平折片，正弯折片的端部为与水平折片垂直且背离外环面中心方向的垂直折片，斜弯折片的根部为与扁圆柱面轴线成倾角30°～60°的长斜折片，斜弯折片的端部为与长斜折片成90°～120°角且趋向外环面中心方向的短斜折片。在外环面的H状外连接片、长条状内连接片、短条状内连接片、正弯折片和斜弯折片各长边上设有齿牙。

图1 套环填料

某石化公司在重芳烃抽提装置的技术改造中，利用套环填料替代了原有的扁环填料。更换新型套环填料的填料塔反抽提效果明显优于改造前，塔底含油量从3.5%左右降低到1.8%以下，满足了工艺指标的要求，并解决了原塔泄漏的问题，达到了节能和环保的目的。改造后装置的芳烃日产量提高约15%，生产能力提高9%左右，且有效降低了流体的轴向返混[3]。套环填料的应用在多项改造中作用明显，有效解决了分离效果不佳的情况。

2 多孔双面填料的结构性能及应用

多孔双面散装填料为圆弧状，填料体上开有通槽，填料体上下分别冲有圆边，填料体上开有至少三个通量孔。该多孔双面散装填料加工方便，降低了机械冲压后对填料的划痕，保证原始材料的粗糙度，无坑洼，降低物料结聚的可能性，减少清洗周期，同时也节约了钢材，大大减轻网状环散堆填料的重力，同时减轻了塔体吨位质量，同时极大地保留了原始材料的粗糙度[4]，见图2。

图2 多孔双面填料

双面散装填料由于加有上下加强筋，在相同使用环境中比常规填料更加耐压，因此该填料高度比常规散装填料更加稳定，极大地提高了填料的处理效率，该填料比常规散装填料提高25%的处理能力。由于填料表面保持原始粗糙度，比常用散装填料有更高的抗腐蚀性，且在加工过程中不需使用磨具反复维修，节省开模费用，降低了生产成本。

目前，多孔双面填料已在液液萃取、原油减压蒸馏、二氧化碳洗涤、脱甲烷等设备中使用。

某厂的二氧化碳吸收塔改用DN50 多孔双面填料代替塔中原来的20 块浮阀塔板，操作条件与改造前相同，改造后只用了16块塔板的空间，这样气液速率比原先提高35%，且依然可以利用原有塔板作为填料的支承板，二氧化碳的脱除效果与原来板式塔相同。

3 改进矩鞍环填料的结构性能及应用

改进型矩鞍形散装填料本体上开设有矩形窗口，每个矩形窗口上连接一内弯圆弧筋片，内弯圆弧筋片的两端分别连接在矩形窗口的两侧。内弯圆弧筋片的上下边沿为具有圆弧形波纹的波浪型结构。相应地，在每个内弯圆弧筋片对应的矩形窗口上下边沿内侧也具有与该内弯圆弧筋片对应的圆弧形波纹。其独特的内弯圆弧筋片结构，使填料内部通道更为合理，不仅增加了填料的机械强度，更加有效地增强了液相分散度，由它装填的填料塔比现有技术的矩鞍环通量大、阻力小、效率高[5]，见图3。

图3 改进矩鞍环

许多化工公司采用改进矩鞍填料替换原先的拉西环填料，这样不仅可以提高生产能力以及提高塔的吸收效果，还有效降低了压降。天津某硫酸厂采用改进矩鞍填料代替原先的拉西环填料，吸收效果比原先提高45%，系统压降降低了31.7%。

4 菊花型填料的结构性能及应用

菊花型填料包括若干个菊花花瓣弧片，菊花花瓣弧片通过内圆弧片连接成菊花型填料主体，相邻菊花花瓣弧片之间连接有弧形连接片，弧形连接片在菊花型填料主体上对应设有长条型开窗，菊花花瓣弧片的两侧面连接有若干短筋片，短筋片对应在菊花花瓣弧片的两侧面设有方形开窗。菊花型填料兼有规整、散装填料之特性。与普通填料相比，菊花型填料通量大，流通量可比普通填料高约10%；压降小，比普通填料降低5%～15%左右；由于菊花型填料结构为无翻边结构，避免了汽液滞留，且自分布性能优良，对汽液分布器要求远远低于规整填料[6]，见图4。

图4 菊花型填料

安徽某公司脱硫脱碳气体净化工艺采用的脱硫塔内装5 层∅50 mm 菊花型填料，塔总高约40 m，每层安置气液分布器。采用菊花型填料替代拉西环填料后，发现脱硫塔压降明显下降，下降幅度达25%左右，且设备费用下降约10%左右。

5 结束语

本文介绍的四种新型散装填料，套环填料可以有效降低流体的轴向返混；菊花型和多孔双面填料可以提高传质效率，降低阻力降，改善气、液分布状况，提高填料的承载能力；改进矩鞍环可以增加填料之间接触的空隙，使液体和气体的流动通道增加，提高传质速率以及具有质量轻、强度高等优点，为塔填料选型提供参考。