本發(fā)明針對(duì)用于填充柱化學(xué)加工作業(yè)的柱填充或塔填充的廣義方面，加工作業(yè)有如吸收、解吸、蒸餾、提取、洗滌、干燥、冷卻，水處理等等。具體而言，本發(fā)明針對(duì)的是用于這類化學(xué)儀器的一種新型的改良高效率，高性能填充體。

長(zhǎng)期以來，柱填充體或塔填充體被用于在許多涉及流體相互作用的化學(xué)處理中，提高效率和產(chǎn)量。一般地講，填充體是一種接觸媒介，在某些類型的化學(xué)處理作業(yè)中為必不可少，諸如以上所提到是蒸餾和洗滌過程。在這些處理作業(yè)中，把一個(gè)液流和一個(gè)氣流，或和另一液流，共同引進(jìn)一個(gè)閉合的環(huán)境，例如一個(gè)柱塔，或其他器皿中，在兩中流動(dòng)體之間交換蒸餾或熱量，或此二者。在微觀規(guī)模上，這熱和質(zhì)的傳遞是由物理化學(xué)的定律所驅(qū)使。在較大或工業(yè)規(guī)模上，液體或氣體流的總的物理性和它們的混合環(huán)境，對(duì)這傳遞有相當(dāng)大的影響-流體接觸的大面積和相互作用，使給定處理過程的傳遞速度和效率提高，受限制的流體流量使總性能降低。

為了提高這些化學(xué)處理過程的效率和實(shí)用性，在過去使用過各種柱填充材料，以提高兩種相關(guān)材料流之間的基本接觸。在先有技藝中，填充材料的范圍，包括從早期使用的礫石和玻璃，到有特殊形狀的人造物體，諸如有孔圓柱，鞍形體，螺旋圈和有尖釘?shù)幕蛴懈窬W(wǎng)的球。后一類合成填充體根據(jù)要求的用途，用塑料、金屬陶瓷制造，尺寸范圍從直徑為數(shù)公分到數(shù)寸公分。

填充柱或塔的性能受所用的柱填充材料的影響很大。因?yàn)樵诨瘜W(xué)處理過程中，填充柱常常是最關(guān)鍵的步驟，填充柱的性能，對(duì)產(chǎn)量，生產(chǎn)速度，以及過程的總經(jīng)濟(jì)活力有相當(dāng)大的影響，判斷一個(gè)柱填充過程性能能的最重要的參數(shù)，是它的傳熱或傳質(zhì)速度，及壓力降。最后一參數(shù)決定維持填充柱運(yùn)轉(zhuǎn)所必須的能源，柱填充的最好性能，可以最低的或可容許的壓力損耗提供最大的傳質(zhì)或轉(zhuǎn)熱速度。

有許多因素影響柱填充材料本身的性能。這些因素相互關(guān)連，是裝進(jìn)一個(gè)柱或塔內(nèi)，形成總填充材料的各個(gè)填充體的具體幾何形狀的產(chǎn)物。這些因素是互連、溝流、自然抽風(fēng)、結(jié)垢，不均勻流量，濕潤(rùn)和溢流等。

簡(jiǎn)而言之，互連發(fā)生于柱填充材料的個(gè)體在填充柱中的互相嚙合。這發(fā)生于填充體沒有統(tǒng)一的幾何形狀，并有突出部和開口區(qū)的口時(shí)侯。互連造成不均勻流體的流動(dòng)形態(tài)，使固體沉積可能逐漸增大死空間，并減少可利用的表面積，從而降低柱的效率。

溝流指的是沿填充材料外表面的過量液流。發(fā)生于填充體在柱或塔內(nèi)不均勻分布。與之相似，自然抽風(fēng)指的是有過量的氣體，從分布不均勻的填充材料中的空心區(qū)域中通過。在這兩種情況下，流體流動(dòng)形態(tài)形改變，造成下降的傳遞速度和高壓力降，并且柱效率降低。

結(jié)垢發(fā)生于顆粒物質(zhì)在填充材料的表面上或在填充材料之間的死空間中沉積。減低流量，使結(jié)垢問題加劇。減少可利用的表面積，而堵塞填充柱的一部分時(shí)，也會(huì)降低傳遞速度并增高柱內(nèi)的壓力降，所有這些因素造成總的不均勻液流和氣流，使柱的性能降低。

把柱填充表面濕潤(rùn)，提供氣/液或液/液接觸，對(duì)填充材料的運(yùn)轉(zhuǎn)是重要的。填充材料發(fā)生互連會(huì)使很大部分的表面積不能接受濕潤(rùn)，在一種給定的填充材料中，要求有產(chǎn)生可利用表面積大致總濕潤(rùn)的最低液體流量。這最低液體量要求稱為“濕潤(rùn)點(diǎn)”。

相反，填充材料的固有特點(diǎn)，限制一個(gè)量的液體流量。這限制隨有液體和氣體的流速變化。當(dāng)氣體速度超過給定液體流速的某一限度時(shí)，這限制便達(dá)到最高點(diǎn)，或稱“溢流點(diǎn)”。這氣體速度稱為“溢流速度”，在設(shè)計(jì)給定的化學(xué)過程填充柱尺寸和氣體速度時(shí)序以利用。

理想的柱填充在給定的柱工作參數(shù)下提供最低的濕澗點(diǎn)和最高的溢流點(diǎn)。這理想填充可以在最低液體流量和最高氣體速度下工作，使化學(xué)過程可以用較小的填充柱進(jìn)行。其結(jié)果，原始投資和隨后的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用可以降低。

在本技藝領(lǐng)域中已經(jīng)普遍承認(rèn)，六十多年來，高的傳遞速度只能利用柱填充取得，這種填充柱由于限制了柱內(nèi)的氣體流量，可提供一個(gè)大面積和相應(yīng)的大壓力降。因此，先有技藝領(lǐng)域中的理想填充原料，是在效率和總體性能之間互作消長(zhǎng)。因此，本發(fā)明的主要目的，是提出一種柱填充體，可以提供有低壓力降的高傳遞速度。

本發(fā)明的另一目的，是提出一種柱填充體，可以抑制互連和變形，和相隨的溝流，自然抽風(fēng)，結(jié)垢和流體流量不均勻等等問題。

本發(fā)明的另一目的，是提供一種柱填充體，其表面積之大，足以在低濕潤(rùn)點(diǎn)取得填充表面的大致總濕潤(rùn)，并且能夠在柱工作條件下提供一個(gè)高溢流點(diǎn)。