填料塔

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填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔于19世纪中期已应用于工业生产,此后,它与板式塔竞相发展,构成了两类不同的气液传质设备。

填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有支承板。填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板,以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入,经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙。在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

当液体沿填料层下流时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流,壁流效应造成气液两相在填料层分布不均匀,从而使传质效率下降。为此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料的上方。

填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相接触传质的相界面,是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类。

1.散装填料

散装填料是一粒粒具有一定几何形状和尺寸的颗粒体。一般以散装方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。较为典型的散装填料主要有:拉两环填料,鲍尔环填料,阶梯环填料,弧鞍填料,矩鞍填料,金属环矩鞍填料,球形填料。

2.规整填料

规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排列,整齐堆砌的填料。该填料的特点是规定了气液流径,改善了填料层内气液分布状况,在很低的压降下,可以提供更多的比表面积,使得处理能力和传质性能均得到较大程度的提高。

规整填料种类很多,根据其几何结构可以分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等,现介绍几种较为典型的规整填料。

(1)格栅填料

格栅填料是以条状单元体按一定规则组合而成的,其结构随条状单元体的形式和组合规则而变,因而具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低,因此主要用于要求低压降、大负荷及防堵等场合。

(2)波纹填料

波纹填料是一种通用型规整填料,工业上应用的规整填料绝大部分属于此类。波纹填料是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30。和45。两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90。排列。

波纹填料的优点是结构紧凑,具有很大的比表面积,其比表面积可由波纹结构形状而调整,常用的有125150250350500700等几种。相邻两盘填料相互垂直,使上升气流不断改变方向,下降的液体也不断重新分布,故传质效率高。填料的规则排列,使流动阻力减小,从而处理能力得以提高。波纹填料的缺点是不适于处理黏度大、易聚合或有悬浮物的物料,此外,填料装卸、清理较困难,造价也较高。

波纹填料按材质结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。

(3)脉冲填料

脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形单休,按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段,气速较快,湍动剧烈,从而强化传质。在扩大段,气速减到最小,实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复,实现了脉冲传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大,压力降小,是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合。 

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