摘要：新型填料的出现结束了填料只能用于小直径塔的历史，80年代后，新型填料不断涌现。近十年，填料并无重大突破，处于平稳发展阶段。本文介绍了四种国内外较新型填料，并介绍其特点。
0、前言
在化工厂尤其是石油化工厂中，用于蒸馏操作的塔器，是投资比例最大的设施之一, 塔填料是填料塔的核心[1]。它提供了塔内气-液两相接触进行传质、传热的表面，其性能往往决定了塔器的应用。因此，对塔填料的研究十分活跃。塔填料结构简单、阻力小、装置灵活，特别时新型填料的开发，显著提高了分离效率和基本解决了放大效应后，填料塔的工业应用日益扩大。目前最大塔直径已达20m。新型高效填料取代了旧有填料及部分塔板，在技术改造中取得显著效果，日益引起人们的关注，已成为当前国际上塔器研究与应用的一个重要突破[2]。
1、综述
整体来说，塔填料结构的研究又始终是沿着两个方面进行的，即同步开发散堆填料与规整填料另—个研究方向是进行填料材质的更换，以适应不同工艺要求，提高塔内气液两相问的传质效果．以及对填料表 面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点，在板片上粘接石英砂，表面化学改性等)，以改变液相在填料表面的润湿性，但从ACHEMA`94和ACHEMA`97两届展览会展出情况来看，进入90年代后，填料的发展较慢，仿佛进入一个相对稳定期，或者说是处于巩固阶段。尽管如此，新型填料的开发与应用仍将会有发展，其重点亦仍是规整填料。[3]
80年代后期和90年代初期，国内外还是推出了一些高效新型填料，数量上虽不是很多，但也还有特。
2、散堆填料
真空测量散堆填料是具有一定几何尺寸的颗粒体，在塔内以散堆方式堆积。散堆填料及其塔设备主要用在吸收、解吸、精馏、干燥和萃取等气-液或液-液接触的传质传热过程。近年来一些新型高效散堆填料的出现以及在一些行业的成功应用，说明散堆填料将在某些领域得到新的发展。另外，国内外最新的研究表明，在液液萃取、液气比很大的吸收和高压精馏情况下，应用散堆填料的操作性能优于规整填料和塔盘口。因此在合成氨的气体净化、石油化工和焦化等领域，散堆填料得到广泛的应用。此外，反应蒸馏、硫化干燥和超重力分离等领域也在使用散堆填料。[4]
2．1、IMPAC填料
2.1.1 概述滨州医学院图书馆
IMPAC填料最初由美国Lantc公司提出，。后经北京化工大学和北京派特罗
尔公司多年研究改进，建立了现在的构型(改进型)[5]。它集扁、鞍和环结构于一体。可以看作由若干个Intalox填料联体而成，采用多褶壁面，多层筋片，消除床内死角和单体互相嵌套。所以，从一个颗粒填料来看，应是多个“单个填料”的规则型，而从多个颗粒填料整体来看，又是散堆形式，所以该填料兼有规整填料和散堆填料之特性。该填料使用时具有良好的水滴分散性能和自分布性能，每m3有多达5万个的水滴。与现有填料相比，效率可提高40% 以上，具有长达10年的使用寿命．有效地降低了操作成本。
2.1.2特点
其特点如下：1)与一般散堆填料相比，通量可提高10％～30％；2)具有高的比表面积131m2/m3，与一般散堆填料相比，单元传质高度低，可下降5％～35％；
3)无翻边结构，避免了汽液滞留；4)多层翅片，自分布性能优良，故对汽液分布器的要求远不如规整填料严格；5)压力降小，可比一般散堆填料下降5％～15％；
6)单体外形呈扁环，使填料单元立放最稳，有利于加强气液湍动，活化内表面；
7)既具有一般散堆填料拆装方便，维修改造灵活的特性，又具有规整填料比表面积大、空隙率高，流
体分布均匀的长处。
2.1.3经济评价
在经济方面，根据BILLET提出的填料单位分离能力的堆密度r`（即比密度）以表征用材的指标，即：
r`=r/D
r为填料的堆密度，kg/m3，D为分离因子；由下表可以看出规整填料的比密度大大低于散装填料的比密度，而通过相关数据可以看出散装填料中Impac的比密度最低，，甚至低于250Y填料，优势明显。其原因是分离能力强且多褶结构和对称性保证良好刚性可采用薄钢带加工。
2.2、超级扁环(SMR)填料
2.2.1 概述
针对我国石油化工装置革新挖潜的迫切要求，清华大学化工系根据国外塔器发展的最新趋势。先后研制了内弯弧形筋片扁环填料(商品名为QH—1
型即清华1型扁环)和挠性梅花扇环(商品名OH一2型即清华2型扁环)，这两种填料结构新颖，具有国际一流的优异性能，在国内得到了广泛的应用[6]。
2.2.2 QH-1型特点
内弯弧形筋片扁环填料结构特点为：1)采用和传统填料不同的内弯弧型筋片结构，使填料内部的流道更为合理，提高了传质效率，同时这种结构可提高填料的强度；2)针对液液体系轴向混合严重的特点，采用0.2～0.3的高径比，使填料在乱堆时也能体现一定程度的有序排列，从而降低了阻力，有效抑制了两相的非理想流动，有助于进一步提高处理能力和传质效率；3)可根据体系和生产要求，采用多种材质加工制造，且有多种规格，因而选用范围宽，操作弹性大。实验研究和工业应用表明，QH-1型扁环填料具有优异的性能：用于液液萃取时，此填料的性能明显优于鲍尔环、Intalox等填料，轴向混合小，处理能力大，压力降小，传质效率提高20％以上。
2.2.3 QH-2型简介
为进一步提高扁环填料的性能，又开发了新的挠性梅花扁环填料(QH-2型扁环填料)，比QH-1型又有所提高。试验表明，与鲍尔环相比，QH-2型扁环填料处理能力约高15％～35％，传质效率约高15％～25％。
近年来，我国还引进和吸收了许多高效、先进的散堆填料。如金属矩鞍环(IMTP)、改进型金属鲍尔环(HY—PAK)、金属阶梯环、塑料矩鞍环、共轭环、θ型网填料等，也较接近理想填料，比规整填料具有更好的自清理能力，不易堵塞[7]。
3、规整填料
现代化工生产要求压降更低、操作气速更大、分离程度更高、放大效应小，散堆填料往往难以适应。规整填料可以人为规定填料层气液接触途径，因此放大效应不明显，可以保证在大直径下能有高的效率。
Mellapak填料(带孔波纹板，材质不锈钢等，比表面积700m2/m3)是瑞士Sulzer公司的 专利产品，它
的问世是20世
纪70年代规整
填料史上一座
重要里程碑，
此后，规整填
料新品种层出
不穷。近几年
瑞士KUHNI公
司的Rombopak
填料，德国电子设计技术
RASCHIG公司
的Raschig一Superpak填料开发应用比较成功。国内在规整填料方面也有突破，如天津大学与英国Aston大学联合开发的Unpak脉冲规整填料、天津大学的Zupak填料、天津博隆科技开发公司的CHINAPAK填料等、天津市天进新技术开发公司开发的板花规整填料、清华大学开发的新型复合填料、分层填料等，都在工业中取得了成功的应用[4]。
3．1、组片式波纹填料（Zupak填料）灌溉排水学报
3.1.1 结构特性
组片式波纹填料每片结构如
差分滤波器
图1所示，该填料的每一周期波
纹分别由一些断续平面图形薄片
组成，每个主体部分薄片的平面
图形都是由八条线段所围成，
Zupak为断续式波纹填料，与常见
波纹填料的结构形状已经完全不
同，观察它们的结构形状更易区
别，如图3所示。图中a为波纹
式填料，b为Zupak填料，其余为
其他类型的断续波纹式填料。
组片式波纹填料I型与250Y
孔板波纹填料相比，效率高10%，通量大15-20%，压降小20-30%通过实验观察测试，还发现组片式波纹填料I型的壁流状况减轻30%左右[8]。
3.1.2 操作特点
组片式波纹填料在操作时，液体沿填料表面以曲折的且不断变换的路径向下流动，并均布于填料表面。气体在填料内的三维通道中流动，故气液两相在流中不断有规律地转向，从而获得了很好的横向混合，这就使得在塔的水平截面上气液的分布及组成都非常均匀。由于其特殊的结构，增加了许多端线和端线的交点，这些都是能量比较集中的地方，一般认为能量集中点是液相的集中、再分布点，也是影响传质系数的主要因素。组片式波纹填料能量集中点的大量增加，也就意味着它的再分布性能好，传质系数高。另外，本填料将传统波纹填料的长波纹段断开，减少了液体向塔壁的流动，即减少了壁流。对于一般的规整填料，填料盘的高度对气液均布有直接影响，盘高越小，气液分布越均匀，但价格也越高。而组片式波纹填料则不存在这个问题，它的盘高对气液分布几乎不产生影响[9]。
Zupak开发成功后，第一次用在当时国内最大直径的塔上(Φ8400mm)，目前正处于推广阶段[4]。
3．2、TJH型填料
3.2.1 概述
TJH型填料（脉冲规整填料，新天进公司专利技术产品，ZL01 1 16076.4）
的特征在于在一盘填料内实现气液的多次脉冲（如图4所示），加强规整填料内气液湍动，可大幅度提高分离效率，降低阻力。
图4：TJH型填料脉冲状况
3.2.2 脉冲状况和性能比较
TJH型填料根据气体在规整流道内的运动特点，在一个填料盘高内设置了1-4个脉冲区，脉冲区的气液流向与塔内的气液流向相同，气液在脉冲区为上下垂直运动。在脉冲区，上升的气流由倾斜上升方向渐变为垂直上升，然后又渐变为斜向上升，这种填料倾角变换过程形成了气液两相的一个脉冲运动。在一盘脉冲规整填料内可以根据气液负荷的大小，在一个填料单元内实现气液的多次脉冲运动，降低了填料层压降，同时气液两相在脉冲区的湍动传质，提高了分离效率。
图5给出了250Y板波纹填料、TJH255填料在乙苯/氯苯物系下的性能曲线。
看球记
由图5可以看出，TJH型填料与普通规整填料相比在低负荷下，效率与压降基本相当；在较高负荷下，脉冲规整填料效率明显高于普通规整填料，压降明显低于普通规整填料，即TJH型填料在提高通量的同时提高了填料效率。
图5：250Y板波纹填料、TJH255填料在乙苯/氯苯物系下的性能曲线
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