70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有**優勢，出現過許多新型塔板［1］。70年代初能源危機的出現，突出了節能問題。隨著石油化工的發展，填料塔日益受到人們的重視，此后的20多年間，填料塔技術有了長足的進步，涌現出不少高效填料與新型塔內件，特別是新型高效規整填料的不斷開發與應用，沖擊了蒸餾設備以板式塔為主的局面，且大有取代板式塔的趨勢［2，3］。*大直徑規整填料塔已達14～20m［4］，結束了填料塔只適用于小直徑塔的歷史。這標志著填料塔的塔填料、塔內件及填料塔本身的綜合設計技術進入了一個新階段［2］。圖1是規整填料的發展歷史示圖。縱觀填料塔的發展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始終十分活躍，尤其是新型規整填料不斷涌現，所以當時有人說是規整填料的世界［5］。但就其整體來說，塔填料結構的研究又始終是沿著2個方面進行的，即同步開發散堆填料與規整填料。另一個研究方向是進行填料材質的更換，以適應不同工藝要求，提高塔內氣液兩相間的傳質效果，以及對填料表面進行適當處理(包括在板片上碾壓細紋或麻點，在板片上粘接石英砂，表面化學改性等)，以改變液相在填料表面的潤濕性［4，6］。

　　圖1規整填料發展歷史

　　但從ACHEMA’94和ACHEMA’97兩屆展覽會展出情況來看，進入90年代后，填料的發展較慢，仿佛進入一個相對穩定期，或者說是處于鞏固階段。如1994年展出的*具代表性的產品仍是Sulzer公司1991年展出的Optiflow規整填料，而1997年也只展出了1種新型填料的幾何形狀，即Raschig公司的Supekpak300型板式規整填料，其余都是一些老填料的新改進(如Rombopak改進型填料)。填料領域*多的發展還是在氣液分布器方面［7］。國外大公司對液體分布裝置的研究較成熟，但對氣體分布器的研究是幾年前才起步的［5］。與此相反的是，近五六年來，塔器中板式塔技術卻又有了明顯的進步［8］。

　　盡管如此，新型填料的開發與應用仍將會有發展，其重點亦仍是規整填料［3］。預計今后填料塔的發展仍應歸結到以下3個方面：①新型填料及塔內件的開發。②填料塔的性能研究。③填料塔的工業應用［3］。

　　1幾種新型填料介紹

　　80年代后期和90年代初期，國外還是推出了一些高效新型填料，數量上雖不是很多，但也還有特色。

　　(1)散堆填料Envicon公司的新型Mc-Pac環金屬填料，有30mm×15mm和65mm×30mm這2種尺寸。據制造商介紹，與50mm鮑爾環相比，其較大型號的效率提高40%，壓降減小60%［9］。Raschig公司的Raschig-Super-Ring塑料環，按照該公司的介紹，與50mm塑料鮑爾環相比，它的壓力損失減少了70%，負荷能力提高了50%［9］。Lantc公司的Q-pacMetalHybridPacking(混合填料)，具有規整填料的效率和能力，又有散堆填料的經濟性和通用性，能降低HETP(理論塔板等效高度)30%以上，壓力損失減少40%［10］。Lantc公司的IMPAC工藝塔填料，其傳質效率比Intalox高出30%以上，其優良的綜合性能在現代散堆填料領域內一枝獨秀，對于精密分離、熱敏物系和節能改造十分有利［11］。Lantc公司的IMPAC冷卻塔填料，具有良好的水滴分散性能和自分布性能，每m3有多達5萬個的水滴。與現有填料相比，效率可提高40%以上，具有長達10年的使用壽命，有效地降低了操作成本［11］。Lantc公司的LANPAC環保塔填料，與其他尺寸相同的填料相比，它可更有效地降低壓降，提高傳質效率，且現場作業證明不堵塞［12］。Koch公司的K4GTM高效填料，自稱是從拉西環算起，鮑爾環是**代，從前的其他各種散堆高效填料是第三代，它是第四代**個散堆填料，具有更低的壓降和非常高的分離能力，經美國得克薩斯州大學能量研究中心試驗證明，其能力可比鮑爾環提高15%，該公司稱其是目前*先進的散堆填料之一。此外，還有日本的M-pak環和Koch公司的K-pak環。

　　(2)規整填料Sulzer公司的Katapak化學反應器用填料，是以雙層絲網制成的波紋填料，在絲網的夾層內裝有催化劑［5］。Sulzer公司的Optiflow規整填料，具有獨特的結構，由薄板片沖壓折疊和組裝而成，它改變了液相在Mellapak板渡填料表面上穩定流過較長距離的傳統模式，通過曲折而不斷改變方向的板片，促進液相的分散-聚合-再分散循環，保證與氣相的良好接觸，并使傳質表面不斷更新。它綜合了規整填料和散堆填料的優點，既具有很高的效率，又具有極大的通量。據稱，與常規塔板和填料相比，在相同的分離效率條件下，處理能力可提高20%～25%，而在相同的處理能力情況下，傳質效率可提高50%［13］。Raschig公司的Supekpak300型板式規整填料的比表面積為300m2/m3。根據制造商提供的數據，與迄今在比表面上可相比擬的填料相比，它的負荷能力提高26%，壓力損耗降低33%。日本三菱商事(株)的Mc-pak規整填料，分為絲網和板材2類，絲網500目，比表面積為1000m2／m3。板材類有250S、350S、500S和500SL共4種，比表面積分別為250m2／m3、350m2／m3、500m2／m3，其中500SL為高液負荷和低壓降型。總的特點是壓力損耗小，操作范圍寬，HETP小，操作彈性大［14］。Schott公司的Durapack玻璃纖維規整填料，是該公司的**產品，為高抗腐產品，具有高通量、低壓降及良好的分離性能。比表面積為280m2／m3和400m2／m3。空隙率分別為80%和72%，網紋表面分為粗糙表面和光滑表面，裝入DN100～DN1000mm的塔內［15］。此外，瑞土Kühni公司還將Rombopak系列擴展到12M型。它的比表面積為450m2/m3。制造商在一個內徑為DN50mm的實驗塔內用氯苯/乙苯試驗體系在6600Pa壓力下測得：當F因子為0.5Pa時，為10塊理論塔板；當F因子為2Pa時，為7塊理論塔板。Montz公司提供了他們的鉭質Montz-PakA300型填料，它的板厚為0.05mm［9］。Nutter公司生產的BSH規整鎮料是介于網、板填料之間的新型高效填料，它獨特的可膨脹金屬織物結構彌補了金屬絲網和片狀金屬規整填料間的差距。BSH織物結構的毛細管作用，使填料在任何操作工況下都具有*高的傳質效率。填料的開口處可保證填料有效表面不斷更新和填料兩邊液體的交換，達到*佳的氣液接觸和分離效果，其比表面積高達500m2/m3，可滿足任何分離工藝需要。它典型應用在煉油廠的粗餾塔、反應蒸餾、空氣分離和制藥化學塔［16］。BSH填料配用Nutter公司**液體分布器等全部塔內件，理論塔板數高、HETP低、壓降小。

　　2填料塔應用新領域

　　隨著新型塔填料的相繼開發和應用，填料塔的優點更顯突出，應用范圍日益擴大［6］。在煉油、石油化工、精細化工、化肥、制藥和原子能工業部門，以及環保領域的應用已趨于成熟［5］。填料塔尤其適用于真空蒸餾、常壓及中壓下的蒸餾，當然還有大氣量的兩相接觸過程(如氣體的吸收、冷卻等)［4］，但在高壓精餾塔中應用時要特別謹慎［5］。人們正在對高壓精餾填料塔進行研究，企圖從填料塔的結構和操作方法上予以解決，例如有人提出填料層分段乳化操作或采用超重力場分離等［3］。近年來在突破高壓精餾塔應用填料的局限性方面已取得了一些進展，其關鍵是徹底弄清高壓(高液相負荷)對塔的處理能力和效率的影響，可利用淺床層和高性能塔構件(如氣體分布器、液體分布器及再分布器)［13］。也有人建議開發適用于高壓蒸餾的組合式填料［17］。

　　填料塔應用的另一個新領域是空氣分離裝置。30年代以前的空分設備，主要是滿足焊接、切割用氧及化工用氮。由于現代鋼鐵、氮肥、化工及火箭等技術的發展，氧、氮及稀有氣體的用量迅速增加。國外一些大公司，如德國的Linde公司，美國的APCI公司(空氣制品與化學品公司)、英國的BOC公司(氧氣公司)和法國的空氣液化公司等，均已開始把填料塔應用于空分方面的研究，瑞士Sulzer公司作為填料生產廠商與上述公司積極合作，已取得可喜成績［5］。

　　空分裝置中規整填料的另一個用途是在粗氬塔中使用［1］。過去的粗氬塔為篩板塔，無法得到氧含量小于2×10-6的純氬。改用填料塔，便可取消過去生產純氬產品時使用的下游工藝［5］。

　　3填料塔設計新發展

　　(1)復合填料塔人們發現，為了滿足塔器技術改造和高壓蒸餾的需要，應根據塔內各段的不同分離要求和兩相負荷沿塔高的分布，選用不同類型的*合適的填料，并優選其結構參數，組成復合填料塔，再匹配以高效塔內件(氣／液分布器、填料支承和液體再分布器等)，以強化氣液兩相間的傳質過程，提高塔的處理能力和分離效率。同時，人們也著眼開發適用于高壓蒸餾用的組合式填料，即分布填料、傳質填料和隔離填料的組合，從而用盡可能少的塔內件，在提高效率與通量的基礎上，降低塔的造價［17］。

　　(2)流化床填料塔在一些環境工程工藝中，懸浮于氣相和液相中的固體顆粒有時會堵塞填料床，解決的辦法是采用流態化填料床。

　　盡管流態化能實現更高的氣流速率和傳質速率，但因為缺少設計關聯式，且底部的格柵有時會伴隨產生高壓力降，故要使填料床均勻流化有不少困難，因而過去人們在將其應用于工業規模的填料塔方面，一直徘徊不前。

　　近年來，國外推出一種EUROMATIC填料，為塑料橢球形空心薄壁填料，尺寸為30mm、50mm、110mm，它的開發促使人們對流態化填料床的研究更加深入。由于這種填料的性能特點，預計其在工業中的應用前景光明。

　　流態化床層的設計，是將空心橢球填料擱置在支撐格柵上，上方安置壓環、液體分布器和除沫器。液相由除沫器下方送入，由塔底排出，而氣相由支撐擱柵下方進入，由塔頂排出。流化狀態在壓環與支撐擱柵之間進行。作用于氣體、液體和填料間的剪切力使流經空隙的氣流產生壓降，當壓降與單位橫截面積上的填料和液體的質量平衡時，填料床就開始膨脹，這就是初始流態化。當氣流速率高于平衡態速率時，填料床松散且填料元件自由流動，可使傳質的界面面積隨之更新。

　　實踐證明，由于填料床隨著氣體流速的增加繼續膨脹，因此避免了高的局部流速，并且壓降幾乎保持恒定。而當氣相負荷高于初始流態化的氣相負荷時，床層由于在較高氣相負荷時填料元件的運動，在氣流速率增加的條件下，傳質效率幾乎保持恒定