摘要：填料塔是化工类企业中最常用的气、液传质设备之一，具有效率高、压降低、持液量小、构造简单、安装容易、投资少等优点，广泛用于分离操作。本文介绍了了国内外塔填料的发展现状及发展趋势，重点介绍了板式塔以及塔板类型的研究发展历程和未来的发展方向。 关键词：填料塔；发展历程；板式塔
一、板式塔的发展历程与研究方向
蒸馏是一种量大而面广的工业分离混合物的方法，广泛应用于化工、炼油、食品、轻工业等许多工业部门，在国民经济中占有很大的比重。据统计，塔设备的投资费用占化工和石化过程共投资费用的25%，占总能耗的40%。此外，塔设备性能的好坏对产品质量和产量起着十分重要的作用，对降低能耗、降低生产成本和提高企业竞争实力有着重大的意义。
二、板式塔发展历史
早在1813年Cellier就提出了泡罩塔，筛板塔也早在1832年开始用于生产。19世纪初，新的炼油工艺又推动了塔设备的发展。进入20世纪后，石油成为主要能源和石油化学工业的原料，早期的塔设备已不能满足这些不断更新的工艺过程需要，这就促进了精馏技术和塔设备有了新的发展。塔设备的发展大致可分 为四个阶段：
(1)第二次世界大战结束前，塔设备主要用于炼油工业，塔型中以泡罩塔为主，而在无机酸工业中则多用于填料塔。
（2）第二次世界大战结束后，炼油和石油化学工业有了较大的发展，促使塔设备不断增加，除了对筛板、泡罩等原有塔型进行改进外，也出现了一些新型塔板。
（3）进入60年代以后，炼厂生产能力不断增大，使设备向大型化方向发展，与此同时，石油化工凶猛发展，提出了对塔型的某些特殊要求，因此出现了一些具有相应性能的塔板，适应高压、减压、高效、大液负荷、高弹性等要求。
（4）70年代后，塔板研究逐年减少。据报道，欧美等国大学中研究新塔板的课题为数不多，其原因是他们认为现有的各类塔板性能颇为接近，基本上可以满足所有蒸馏操作的要求。有人预言，除“并流”塔以外，近期内不会有彻底革新的新型踏板问世。但是由于能源愈益紧张而昂贵，使得能耗巨大的蒸馏过程与设备的研究开发工作仍在持续进行，新型塔板不断仍不断出现，尤其是那些大通量、低压降和高效率的塔板，更受人们
欢迎。
三、塔板的发展概况
板式塔的种类繁多，根据其板内件的结构不同可分为泡罩型塔板、浮阀型塔板和筛孔型塔板等。
1.泡罩型塔板
泡罩塔是最早的典型的板式塔，自从1813年Cellier提出泡罩塔，并在化学工业生产上采用以来，泡罩塔在蒸馏、吸收等两相传质设备中曾占主导地位。泡罩塔在1920年被引入炼油工业，但是直到1924年在克劳斯过程中获得成功，泡罩塔才被广泛应用。近二三十年来，出现了许多新型塔板和高效填料。与泡罩塔相比，具有处理能力大、压降低、结构简单、制造方便和费用低廉的优点，因此，泡罩塔已有逐步被新型塔板所取代的趋势、
2.浮阀型塔板
浮阀塔是20世纪50年代初在美国发展起来的一种高效的气—液传质设备。它是适应炼油和石油化工的发展，为探求高生产能力、高效率和高操作弹性的塔型而提出的。主要有条形浮阀塔板（1951年Nutter提出）、盘式浮阀塔板（1953年KochEng公司提出）和重盘式浮阀塔板（1951年左右F.W.Glitsch and Sons公司提出）三种。浮阀塔板的生产能力比泡罩塔大20%~40%。操作弹性比泡罩塔板大，其最大负荷与最小负荷的比值可达9左右，且在较大的操作范围内都可保持较高的效率。由于
浮阀塔板上液体流动的阻力小，所哟液面落差相应比泡罩踏板的小，允许采用较大的液流强度。此后英国的Hydronyl公司与西德M.A.N公司协同退出了锥心浮阀塔板。这些塔板的相继问世，在工业上得到了广泛的应用。现在还出现了各种在浮阀塔板的基础上发展起来的新型的塔板，如导向浮阀他按、微分浮阀塔板和槽式浮阀塔板等。
3.筛孔型塔板
筛板塔的出现，仅迟于泡罩塔二十年左右。1912年，筛板他开始用于炼油工业，但他长期被认为操作范围窄、操作不易稳定。在20世纪50年代以前，它的使用远不如泡罩塔普遍，其后因急于寻一种简单而价廉的塔型，1949年后，对其性能的研究不断深入。在以后的生产实践和深入研究中逐步掌握了筛板的操作规律，对塔板的流体力学性能也有了足够的认识，对筛板塔的设计已经比较有把握了，于是筛板塔成为应用最广泛的一种塔设备。筛板塔节后简单、造价低。它的生产能力（已单位截面的气体通过量计）比泡罩塔高10%~15%，板效率亦约高10%~15%，而板压力降则低30%左右。曾经认为，
此种塔板的在气体流量增大时，液体大量冲到上一层板，气体流量小时则液体会大量经筛孔直接流到下一层塔板，故板效率不易保持稳定。实际操作经验表明，筛板在一定程度的漏液状况下操作时，其板效率并无明显下降。其操作的负荷范围虽然比泡罩塔为窄，但设计良好地设备，能正常操作的的最大负荷与最小负荷仍可达2~3。
近年来填料塔技术不断完善、新型填料不断出现、填料塔在工业生产中的应用越来越广，一部分的取代了板式塔在工业中的应用，所以有人认为，填料塔最终会代替板式塔。其实板式塔和调料他各有优缺点，板式塔相对于填料塔有如下的优点：（1）塔径较大时宜采用板式塔。板式塔以单位踏板面积的造价，随塔径的增加而减少，填料塔造价则与其体积成正比，小直径填料塔的造价一般都比板式塔低。板式塔直径大，其效率可提高，填料塔直径则液体分布较难均匀，效率会下降；大踏板的检修比填料清理容易。
（2）当所需要的传质单元数或理论板数比较多多而很高时，板式塔比较适宜，此情况下填料塔则要分成许多段，需进行多次液体再分布，否则液体分布不均匀，液体或气体产生沟流，影响传质效率。
（3）热油热量需从塔内移除，宜用板式塔，因为板式塔上更易于安设冷却管。
（4）板式塔可适用于比较小的液体流量，如此时用填料则易致填料润湿不足。
（5）板式塔适用于处理有悬浮物的液体，填料层则易被悬浮物赌赛。
（6）板式塔便于侧线出料。
而且随着新型塔板的不断出现，板式塔的传质性能以及其他的性能也并不比填料塔差。因此对于板式塔的研究的前景也是很广阔的！
四、近年来板式塔的研究
筛板是应用最为广泛的一种塔板，在筛板的原有基础上人们开发了许多新型的筛板塔板，现在这种工作还在继续，但它已经不是筛板研究的主流。目前，人们对筛板的研究重点已经转向筛板流体力学性能和传质性能的研究，因为，随着筛板结构的不断完善，制约筛板发展的瓶颈不再是它的结构，而是人们对筛板性能的认知程度。对于筛板的流体力学性能并没有一个明确的定义，可以将它简单地理解为相对于传质性能而言的一类筛板性能，是气液两相流体的流动特性在筛板上的具体表现，如气液两相接触状态、气液分布状况、气体通过筛板的阻力损失、漏液、雾沫夹带、泡沫层高度、液面落差、堰上液层高度和降液管性能等。对于晒班上气液接触状态，目前主要有两种观点：第一种观点是1969年第二次国际精馏会议上，No，Muller和Prince提出的，他们认为气液流
动具有四种状态（HMP流态）：鼓泡态、蜂窝泡态、泡沫态、喷射态；第二种观点是1979年年的国际第三次精馏会议上，Hofhuis和Zuiderweg提出的，他们通过实验认为在筛板上有如下几种两相流动的接触状态（HZ流态）：喷射态、自由鼓泡态、乳化态、混合泡沫态。由于实际应用中主要是以泡沫态和喷射态为主，因此很多研究主要是集中在这两种状态。对于接触状态转换模型，其中比较著名的模型是Porter和Wong提出的分区模型（泡沫态到喷射态）、Pryen和Prince的动量传递模型以及LOckendtt的射流模型。对于喷射态，比较著名的模型是Fane提出的液滴射迹模型。由于气液两相流理论还有许多不完善的地方，加上塔板上气液流动的复杂性，所以这些模型都是简化模型，并不能真
正地反映真实的气液流动状态。今后对他班上的气液流动状态的研究重点应更多地放在流体流动机理上，已得到更接近真实状况的流体流动模型。
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