本文开发了一种基于Winpak®的新型模块化催化规整填料Winpak-C,并采用理论模拟与实验验证相结合的方法对其进行了系统地研究,包括基础数据的测定、填料结构的优化、流动与传质机理的探究等。最终利用研究成果指导工业生产,成功实现了Winpak-C在多个工业生产过程中的应用,显著提高了催化精馏塔的效率。本文第二部分先对Winpak-C-500X-2-2、Winpak-C-250X-3-2和催化剂捆包这三种填料进行对比,测试了其直径、盘高、比表面积、空隙率、装填系数、干塔压降、湿塔压降、静持液量、动持液量、载点气速等参数。通过这些参数,提出了基于填料物理性质的湿塔压降修正模型,与实验结果相比符合程度较好。此外,还使用了文献中的模型对持液量进行拟合,与经验公式拟合值相比,模型的普适性更高,而经验公式的精度更高。本文第三部分对Winpak-C的干塔压降进行优化,借助Solidworks、Gambit、Fluent、Tecplot 360等一系列前中后处理软件,将Winpak-C的压降分为六种贡献机理。通过分析相邻填料盘之间的气速和气体流形,将下层填料盘的反应元件高度降低,为气体提供过渡区域,使气体流线变得比较平缓。将所提出的压降贡献模型以及优化方案进行实验验证,符合程度较好。在进行湿塔压降实验和其他物系模拟时,也得到比较理想的结果。此外,对优化前后的阻力损失系数与反应元件降低高度进行拟合,得到了总阻力损失系数与雷诺数、填料盘高、反应元件降低高度的关联式。也讨论了实际工程应用时,降低高度、压降减少与固定投资、操作费用的选择问题。本文第四部分是关于第二部分中三种填料的平均停留时间分布实验,通过脉冲法示踪、电导仪记录的方法,对三种填料的RTD进行研究。从平均停留时间、无因次方差、偏度等方面评价三者,并比较了重力排水法和RTD计算法两种方法所得的持液量。根据RTD曲线以及轴向扩散模型,计算出三种填料的Peclet数与轴向扩散系数。本文第五部分比较了六种反应元件的轴向扩散与径向扩散能力,通过设计一套实验装置,借助电导仪对示踪剂进行记录,得到了一系列RTD曲线。从这些曲线中计算出这六种反应元件的平均停留时间、无因次方差、偏度、轴向扩散系数与径向扩散系数,同时对它们进行评价。