散堆填料有哪(散堆填料进化史，你知道多少？)

Posted 2023-05-27

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散堆填料有哪(散堆填料进化史，你知道多少？)

什么是填料？

在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药、环保及原子能等工业部门，填料装置于填料塔中，被广泛应用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤和冷却等单元操作过程。

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填料的工业应用已拥有一个多世纪的历史

散堆填料早期以焦炭、碎石作为塔填料，目前主要分为环形和鞍形两大类。

19世纪80年代末，填料塔的美国专利问世，这是填料塔最早的一项专利，当时的填料采用的是陶瓷短管。

那时，德国的塔装置中已经采用25~50mm的瓷球作为填料。早期铅室法生产硫酸的Glover塔是用花岗石作填料。在纸浆生产中制备硫酸盐溶液的塔内，则用碎的石灰石作为填料。

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拉西环

1915年，德国的拉西博士发明了拉西环。这是塔填料历史上最早的、具有固定几何形状的环形填料。那时索尔维制碱法生产中的塔一般是用75mm的冶金焦炭作为填料。拉西环的外径与高度相等，具有结构简单、价廉，而且研究得较透彻，性能数据较全等特点，但是存在液体分布不均匀和严重壁流沟流现象等缺点。

勒辛环-鲍尔环

针对拉西环的弊端，1925年，英国Lessing博士对拉西环作了改进，即在环内部的直径方向加一隔板，以增大填料的比表面积，名为勒辛环。

1948年，德国BASF也对拉西环作了重大改进，在环壁上开出两排带有内伸舌片的窗孔，每层窗孔有5个舌片，名为鲍尔环。这种结构改善了气液分布，充分利用了环的内表面。与拉西环相比，鲍尔环的处理量可达50%以上，而压降低一半。类似的填料有德国拉西公司的拉鲁环。

哈艾派克

70年代初，美国Norton公司对金属鲍尔环作了进一步改进，名为哈艾派克（Hy-pac），即将鲍尔环上的单一舌片窗孔改为由上下两对开舌片组成的窗孔，从而使通量更大，压降更低，处理能力较之鲍尔环提高10%以上，改善了环内气液分布，提高了传质效率。类似的还有德国VFF公司的V-Pac。

阶梯环

70年代初，英国Mass Transfer Inc.结合拉西环的优点而对鲍尔环做了改进，名为阶梯环。环的高径比仅为鲍尔环的一半，并在环的一端增加了锥形翻边，从而减少了气体通过床层的阻力。并增大了通量，填料的强度也较高，气液分布均匀，气液接触表面增加从而传质效率得到提高。

半环填料

70年代，美国M.leva，LevaEng.Research Laboaratory.利用环形与鞍形填料的特点，将鲍尔环沿纵轴对半剖开，从而使半环内大量舌片达到有效的接触，提高了填料表面的利用率和传质性能，比一般环形和鞍形填料的压降低、传质效率高，名为莱瓦派克，半环填料，弯片填料。

螺旋环填料

30年代初，美国化工建设公司和德国鲁奇公司，对勒辛环做了一次系统的升级，在环内设置十字隔板，增加了环内气液接触的螺旋表面，名为螺旋环填料。这种环的压降较大，缺乏性能数据，一般用于塔内整砌堆放。

十字隔环

30年代中期，美国孟山都公司也对勒辛环做了改进，名为：十字隔环。类似的环内添加隔板方式，通常用于整砌式作第一层支撑小填料用，压降相对较低，沟流和壁流较少。

贝尔鞍型填料

1931年，美国Berl博士发明了代表近代的第一种鞍形填料——贝尔鞍型填料，又叫马鞍形、弧鞍形填料。这种贝尔鞍形填料具有双曲线的拋物线体形状，因此它与同样尺寸的拉西环相比具有较大的表面积和空隙率，但容易叠套，在叠紧处易造成沟流，传质单元高度和压降比拉西环低，而液泛点高。

为避免容易叠套的缺点，约1952年，美国M.Leva对弧鞍形环做了改进，即将一对弧形面改为矩形面，且内外曲率半径不同，从而避免了容易叠套的缺点，使床层孔隙率均匀，改善了液体分布性能，名为英特洛克斯鞍形环，矩鞍环，槽鞍环。与拉西环或弧鞍形环相比，其液泛点高，压降和传质单元高度较低，类似的还有德国VFF公司的Novalo Saddles。

70年代初，美国Norton公司对矩鞍环做了改进，名为超级矩鞍或改进矩鞍。其特点是将扇形弧面改进成带锯齿边缘的贝壳状弧面，并增加开孔，使填料内外表面沟通、增加流体的自由通道，有利于液体分布和表面更新，因此处理能力更高，压降小传质性能有所改善。

类似的还有德国拉西公司1978年开发的超级花边鞍形环（Super Torus Saddles）

弹簧型填料

1936年,德国M.R.Fenske发明了芬斯克填料，又称弹簧型填料。由细金属丝制成，螺旋直径大约2.4mm，用于试验塔精馏柱中，等板高度约在25~58mm范围内，类似的还有三角形、方形、多角形螺旋形填料。在φ10mm和φ50mm的塔中实验，HETP分别为25~38mm和38mm~58mm。属于高效填料一类。

麦克马洪填料

1947左右，麦克马洪发明麦克马洪填料，由金属丝网做成鞍形状的填料，它具有金属丝网分散液体特点，又有弧形结构的优点。一般由一小片网目80~100目的金属丝网压成，是用于实验室中的高效填料。

延压孔填料

1949年，英国M.R.Cannon发明卡农填料，又称延压孔填料。是由冲有许多小孔的薄的金属片卷成，但冲孔不去掉金属，而使其突出，成为粗糙的表面，有利于液体在填料表面的润湿。因此它不像金属丝网填料式螺旋圈在精馏前必须多次液泛使其湿润。是一种用于实验室的高效填料。

Q网环填料

同年，英国O.G.Dixon发明狄克松填料，又称Q网环填料。由金属丝网做成，一般是Q形，由于丝网的毛细作用，使液体能很好地分散，可消除沟流现象。金属丝网一般用60~100目、环直径1~6mm，在＜20mm的塔中，理论板数每米可达50块，是一种实验室用高效填料。

花环填料

1954年，美国A.J.Teller将塑料细条弯成一定直径的螺旋圈，然后盘成花环状，称之为特勒花环或花环填料。与拉西环或贝尔鞍形填料相比，其压降和传质单元高度较低，泛点高，堆积重量十分轻。类似的还有德国Envicon公司的狄因派克（Dinpak），其区别是在环中央有一圆筒环，以防止花环的叠套。

麦斯派克-海力斯

60年代，美国Dow Chem.Co.在鞍形环基础上，表面开孔并插上多个翅片，压降十分低，传质性能接近于φ50拉西环，名为麦斯派克（Maspak）。用于气体冷却系统和生化处理装置中。

80年代初，美国Heil Process Equipment Co.对麦斯派克进行了改进，开发出海尔环，又叫海力斯。保持了鞍形主体，但改翅片板为锥体开孔圆筒，从而结合了鞍形与开孔环形填料的优点，与拉西环相比，增大了比表面积和孔隙率，并改善了气液相在填料床层的分布。

英特派克

1964年，德国林德公司Rein-Linde用金属薄片冲成略带弧形的内外弯片，结构简单、强度较高，是用于工业中的一种压降较低、高效填料，名为英特派克（Interpak）

依格尔球形填料

1974年，Giba Geigy开发依格尔球形填料（Igel），由垂直细棒条组成的球形填料，具有较大的比表面积和有利于液体在填料表面的均匀分布和润湿，常用于水处理过程中。

金属矩鞍环

1977年，美国Norton公司结合开孔环形填料和矩鞍形填料的优点开发了新型填料——金属矩鞍环，又称英特洛克斯金属填料。将矩鞍环的实体变为两条环形筋，而鞍形内侧成为有两个伸向中央的舌片的开孔环。因为填料侧壁开敞，有利于气液流动，减少填料层内滞液死区，这种结构有利于液体分布和增加了气体通道。比鲍尔环阻力小、通量大，效率高。填料的强度和刚性较好，是目前应用最广的一种散堆填料。

哈凯登填料

1978年，德国R.A.Jaeger（现在美国Jaeger Products Inc.）开发哈凯登填料。由许多枝条的格栅组成空心的球形填料，这种结构有利于填料表面润湿与液膜的更新，由于球形格栅在塔内堆积的空隙均匀，有利于气液分布和减少气流通过床层的阻力，特别适合于气体吸收、尾气净化，可在低的液体负荷下操作。

同年，德国VFF公司开发特普环，又称托泼派克。筒体壁面开竖条窗孔，冲出条形舌片上下交错伸向环中心，并将筒体压成球面形，使填料堆积时呈点接触，并充分利用环的内外表面，有利于气液接触和液体的汇集和分散。

比阿雷茨基环

1979年，波兰Bialecki将鲍尔球的矩形开孔改为等腰三角形开孔，相邻三角形开孔相互倒置。开孔舌片上下两层方向相反伸向环中心，形成开口锥体，并聚于环中心，称为比阿雷茨基环。具有良好的液体分布性能，滞液量较小。

SR-PAC

90年代，德国Envicon公司在比阿雷茨基环的基础上开发出SR-PAC，高径比改为1/2左右，相邻三角开孔位置略微倾斜，使环壁上呈竖条筋。三角形弯片分别在上下伸向中心，且三角形片尖端略呈弯曲状。具有压降低和负荷高的性能。

诺尔派克

同年，德国Norddeutsche Seekabelwerk开发出诺尔派克，NSW填料，生产能力高，压降低、适合于热敏性物系的分离，其性能优于鲍尔环和特勒花环填料。

80年代，德国Rauschert公司对诺尔派克进行升级，开发出高流环，环中央用筋加强，故刚性和强度较好。

纳特环

80年代初，英国Nutter Engineering开发出纳特环，其外表像半个鲍尔环类似莱瓦派克，但又从壁面冲出两个直径不等的圆环，像两个叠起的英特洛克斯金属填料。在分离能力和压降方面均优于鲍尔环。

共轭环

1980~1985年，华南理工大学柔和了环形和鞍形填料的优点，开发出共轭环。采用共轭曲线肋片结构，两端外卷边及合适的长径比，填料间或填料与塔壁间均为点接触，不会产生叠套。孔隙均匀、阻力小，乱堆时取定向排列，故有规整填料的特点。有较好的流体力学和传质性能。

短阶梯环

1986年，美国Glitsch Co开发出高径比为1:3的短阶梯环（CMR），进一步改善了流体力学和传质性能。

英特洛克斯雪花填料

1987年，美国Norton公司开发出英特洛克斯雪花填料，这是一种扁平雪花状填料，在堆积时容易达到有序排列，且孔隙均匀，气液分布较好。

扁环填料

1989年，清华大学根据阶梯环的特点，开发出扁环填料。高径比为0.2~0.4，取消了阶梯环的翻边，采用内弯弧形筋片来提高填料强度，在乱堆时有序排列，流到结构合理，压降低，在处理能力和传质性能上均有所改善。

八四内弧环

80年代后期，美国Polymer Piping&Materials Jaeher Products Inc.开发出八四内弧环，又称VSP填料。该填料有合理的结合对称性，构造均匀性好及高的空隙率，八弧圈与四弧圈顺轴向交替安排，各弧段沿径向向环内折进，从而使填料表面连续而不断开，且在空间均匀分布，与鲍尔环相比，通量可提高15%~30%，压降减少20%~30%。

80年代末，多面空心球诞生，它比其他球形比表面积大，有两个半球合成一个球形，每个半球由若干个半扇形叶片组成，上下叶片相互错开排列。

弗莱克西马克斯

90年代，美国Koch Engineering Company Inc.在对拉西环、鲍尔环和后来开发的高效填料的评价、分析基础上开发出第四代散堆填料——弗莱克西马克斯。压降低，处理能力大，一般处理能力可提高15%。

R-Pak

90年代，德国Envicon公司开发出R-Pak短环填料，环外壁做成凹凸问题，主要用于直接热质交换，生化过程及液-液萃取。

椭圆形空心球

80年代，德国Euro-Matic Ltd开发出椭圆形空心球，用于湍球塔中，与固体床环形填料及φ38球相比，压降低，而分离效率可达99.99%，且塔径可缩小，可用于吸收、洗涤等过程。

茵派克填料VS兰派克填料

80年代末，美国兰泰克速康公司，开发出茵派克填料和兰派克填料。茵派克填料是由肋形丝、棒体、条体和尖形物组成错综复杂的网状结构，可最大限度地增加滴点，由于填料结构上均匀分布和网状形式，可使气液分布均匀，增强了表面润湿，并完全排除填料的互联和叠套现象，具有高效、低压降的优点。

兰派克和茵派克在结构上有很大相似之处，它独特的几何结构有助于流体分布，由于填料表面粗糙，凹凸不平的结构可改变液体的接触角，增强润湿能力。且压降低。可用于洗涤、吸收和汽提等过程，特别是用于净化污染空气及饮水处理更为理想。

从40年代末期开始，开发了由丝网织物制成多种类型的填料，例如美国的约克麦希和古德洛填料，还有英国的海泊菲尔填料。这些填料，可借毛细管作用而润湿，因此可用于低液体负荷的真空蒸馏中。通常这种填料用于小直径的塔中。

随着工业文明的发展，人类在科技进步和经济发展中不断获益。从焦化氯碱、石化炼油到电力环保，填料的应用范围似乎越来越广泛，填料的种类也越来越多……那么，我们该如何选择？