塔器作為氣 -液、液 -液的傳質(zhì)和傳熱設(shè)備 ,至今已發(fā)展成為典型的、十分重要的單元設(shè)備。 塔設(shè)備主要分板式塔及填料塔 , 70年代前板式塔占勢 ,近 20多年來填料塔由于具有制造和更換容易、材質(zhì)范圍廣、適應(yīng)能力強、壓降及滯液量小、傳質(zhì)效率高、節(jié)能等點 ,使填料塔技術(shù)取得長足進步。 在化工、煉油、石油及氣加工、輕工、食品、醫(yī)藥、原子能、等工業(yè)部門的精餾、吸收、、化學(xué)交換、洗滌、冷卻等過程廣泛使用填料塔 , 特別是近十幾年來 ,大通量、低填料床層及低壓降、高效規(guī)整填料的開發(fā)應(yīng)用 ,使填料塔進入一個新的歷史時期。 由于基本上解決了填料塔放大效應(yīng)問題 , 目前國外使用的填料塔直徑已達 20m ,并在許多場合取代了板式塔。填料塔之所以有如此生機 ,也與新型高效塔內(nèi)件的技術(shù)進步密切相關(guān) ,因為要提高填料塔的效率 ,發(fā)揮其點 ,除采用高效填料外 , 必須有結(jié)構(gòu)合理的塔內(nèi)件相匹配 ,一臺采用高效填料的塔設(shè)備 ,如未能達到預(yù)期的效果 , 往往與其內(nèi)件的選型、設(shè)計、制造、安裝密切相關(guān) ,特別是液體的初始分布 ,填料效率越高 ,對其分布均勻性的要求也越高 ,所以填料塔中采用先進合理的塔內(nèi)件具有重要意義。
 
本文在對塔填料及重點對塔內(nèi)件分析的基礎(chǔ)上 ,介紹化工部化學(xué)工程設(shè)計技術(shù)中心站在這兩方面的標準化工作 ,目的是為提高設(shè)計質(zhì)量及水平、加快設(shè)計進度服務(wù) ,同時也為滿足塔填料及塔內(nèi)件加工業(yè)提高加工、安裝水平的需要。
 
1      塔填料分析
 
1. 1  塔填料技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀
 
(  1)塔填料分為顆粒形填料 (散堆填料 ) 及規(guī)整填料。由于塔填料應(yīng)用范圍越來越廣 ,裝置規(guī)模也越來越大 ,它在工業(yè)中的地位日趨重要 ,因此進一步開發(fā)研究高處理能力、低能耗的新型填料 ,擴大應(yīng)用仍是當(dāng)前各國努力的方向。
 
( 2)對塔填料性能及分離裝置經(jīng)濟性的評定 ,包括比塔體積 (即在給定液體負荷下 , 每理論級和單位氣體流量的塔體積 ,其倒數(shù)即為填料的體積效率 )和比壓降 (即每理論級的壓力損失 )。 一般概念是 ,填料的比表面 a越大 ,則傳質(zhì)效率越佳 ,而孔隙率 ε越大 ,則壓力損失越小。但研究結(jié)果表明 ,幾何表面積的利用程度隨幾何表面積的增加而減少 ,導(dǎo)致單位表面分離效果下降 ,而且金屬環(huán)矩鞍、階梯環(huán)和各種波紋填料已比較接近理想填料。因此 ,今后填料幾何尺寸的改進措施是有限的 ,除非填料傳質(zhì)機理研究有重大突破。
 
(  3)由于散堆填料、規(guī)整填料及塔板各有缺點 ,因此不同種類的填料組成填料復(fù)合塔 、或組成填料 -塔板復(fù)合塔也是一種新的開發(fā)途徑。

4)非金屬填料由于有價格低、重度小、腐蝕、易加工等點 ,所以有更大的發(fā)展前途,但應(yīng)在提高耐溫及強度、潤濕能力方面加強開發(fā)研究。

5)在理論預(yù)測方面 ,填料中氣、液兩相的流動規(guī)律及其徑向和軸向反混的研究 ,以填料塔的穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)模擬、填料塔的蒸 等餾傳質(zhì)動力學(xué)等仍是今后開發(fā)研究的課題。

1. 2  新型高效填料的應(yīng)用

我國自 60年代開始研制了精密精餾的高效填料 , 70年代開發(fā)了絲網(wǎng)波紋填料 , 80年代又研制出各種現(xiàn)代先進填料如環(huán)矩鞍、階梯環(huán)及各種板波紋、網(wǎng)孔板波紋填料等。

填料塔應(yīng)用范圍廣 , 相對于板式塔更適用于以下工況:

1)傳質(zhì)速率受氣膜控制的系統(tǒng)以及要求持液量小、停留時間短、壓降小的物系;