坡料塔是最早应用于石油和化工领域的塔型之一。长期以来,它和板式塔构成了两类不同操作方式的气——液传质或传热设备。填料塔(中国填料塔行业发展研究报告)的发展与改进主要反映在塔填料的发展与改进上。自1914年第一种人工成型的瓷拉西环的开发以及1937年第一种规则型填料—斯特曼填料产生以来,填料塔及塔填料都得到了很大发展,出现了各种不同的新型城料。
塔填料是填料塔的核心组成部分,是塔内气——液两相接触中传质和或传热的元件。由于填料塔的特定结构和由之而决定的塔内气——液两相膜式的接触方式,使之较板式塔有明显的优点。
1)通量大
对同一塔径而言,填料塔的通量比板式塔显著大。究其原因,是由于两类塔设备中气——液接触元件开孔百分率不同所致。就填料塔而言,填料层的空隙率一般在60%以上,对新型散堆填料和规则的板波填料空隙率可高达95%以上。而板式塔,板面开孔率约为塔横截面积的8-12%(大孔径筛板可达25-30%),典型塔板降液管面积约占塔横截面积的左右。这样,板式塔中气、液两相通道总共占塔横截面积的16-20%,远比填料塔低。这是填料塔通量大的根本原因。此外,填料能破碎泡沫、阻止飞沫,也有利于提高通量。
2)压降低
填料塔中无论气——液两相逆流还是并流操作均系膜式接触,不同于板式塔中气——液两相的鼓泡式或喷射式接触。因此填料塔操作压力降显著低。如完成同一分离操作,按每一理论级比较压力降,板式塔每理论级的压力降约为392-1068Pa,。对填料塔,散堆填料层每理论级的压力降约为133——267Pa,规则填料层每理论级的压力降更小,约为1.33——107Pa。。显然,填料塔压降显著低是其突出特点,也是其最大的优点。
3)持液量少
填料塔的持液量少,一般为塔容积的1——6%。板式塔的持液量约为塔容积的8——12%。填料塔持液量少的特点非常适合于热敏物系的精馏和精密精馏。持液量少意味着液体在塔内停留时间短塔操作的压降小。这有利于降低塔釜操作溢度,从而减轻溶液在塔内停留期问的聚合和热分解作用,能提高产品收率。持液量少易实现组份间的精确分离。因之,高效精密分离均采用填料塔。
4)操作液——气比和操作弹性大
液——气比是气——液两相直接接触过程的重要操作参数。其值大小直接关系着塔内气——液两相的流体力学特性和传质或传热性能。板式塔适用于低液——气比的传质和传热操作,如精馏。填料塔既能适用于低液——气比的精馏,又可适用于高液——气比的吸收和洗涤等操作。
分离塔行业用户关注的因素主要体现在三个方面:成本、效率、效益。具体细化来看,这三个方面各包含不同的因素。其中成本主要包括:设备复杂程度和购买成本、设备使用寿命、液相物质使用数量等;效率主要包括:通气量、机器连续工作的能力、机器故障稳定性等;效益主要指目标气体的产量和净化率。另外,作为机器设备,客户对于分离塔的售后服务也非常重视。