填料塔结构及工作原理

填料塔结构及工作原理

 

填料塔起着吸附作用，是化工、石油化工和炼油生产中的重要设备之一。

 

填料塔的结构***点:

 

填料塔是以塔内填料作为气液相间接触元件的传质设备。填料塔塔身为立式圆筒，塔底设有填料支撑板，填料以随机堆或整栋形式放置在支撑板上。填料上方安装有填料压板，以防止上升气流吹动填料。液体通过液体分配器从塔***喷到填料上，并沿填料表面向下流动。气体从塔的底部进料，通过气体分配装置分配(小直径塔通常没有气体分配装置)，并与液体逆流连续通过填料层的间隙。在填料表面，气体和液体紧密接触进行传质。填料塔属于连续接触气液传质设备。两相的组成沿塔高连续变化。在正常操作条件下，气相是连续相，液相是分散相。

 

当液体沿填料层向下流动时，趋于逐渐向塔壁集中，使得塔壁附近的液体流量逐渐增***。这种现象称为壁流。壁流效应导致填料层内气液两相分布不均匀，降低了传质效率。因此，当填充层较高时，需要用中间的重新分配装置对其进行分段。液体再分配装置包括液体收集器和液体再分配器。从上填料流下的液体由液体收集器收集，送到液体再分布器，再分布后喷洒在下填料上。

 

填料塔具有生产能力***、分离效率高、压降小、持液率小、操作灵活等***点。

 

填料塔也有一些缺点，如填料成本高；当液体负荷较小时，填料表面不能有效润湿，降低了传质效率；不能直接用于有悬浮物或易聚合的物料；不适用于侧进料、出料等复杂的精馏。

 

填料的分类

 

填料有很多种，根据填料方式的不同，可以分为散装和规整填料。

 

1.散装填料

 

散堆填料是一种具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般在塔内随机堆积，也称为随机填料或颗粒填料。散装填料根据结构***点不同可分为环填料、鞍填料、环鞍填料和球形填料。介绍了几种典型的散装填料:

 

拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧形鞍形填料、金属环鞍形填料、球形填料。

 

(1)拉西环填料是F.Rashching于114年发明的，它是一种外径和高度相等的环。莱西环填料气液分布差，传质效率低，阻力***，通量小，目前在工业上应用较少。

 

(2)鲍尔环填料是莱西环的改进。莱西环的侧壁上开了两排长方形的窗户。切割环壁的一侧仍然与壁面连接，而另一侧向内弯曲形成向内延伸的舌片，每个舌片的侧面在环的中心重叠。由于环壁的开口，环的内部空间和内表面的利用率******提高，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可提高50%以上，传质效率可提高30%左右。鲍尔环是一种广泛使用的填充物。

 

(3)阶梯环填料是鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环的高度降低了一半，并在一端增加了锥形翻边。随着高径比的减小，气体绕填料外壁的平均路径******缩短，气体通过填料层的阻力减小。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，还使填料由线接触变为点接触，不仅增***了填料间的间隙，而且成为液体沿填料表面流动的聚集和分散点，可以促进液膜的表面更新，提高传质效率。阶梯环的综合性能***于鲍尔环，目前使用***的环形填料之一。

 

(4)弧形鞍形填料是鞍形填料的一种，形状像马鞍，一般用瓷材料制成。弧形鞍形填料的***点是表面完全敞开，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流阻小。其缺点是容易嵌套，导致部分填料表面重叠，从而降低传质效率。弧形鞍座填料强度和破碎能力差，在工业生产中很少使用。

(5)矩形鞍形填料将弧形鞍形填料两端的弧面变为不同尺寸的矩形面，成为矩形鞍形填料。鞍形填料堆积时不会嵌套，液体分布均匀。矩形鞍形填料一般采用瓷质材料，其性能***于莱西环。目前，***内******多数应用的瓷莱西环已经被瓷鞍填充物所取代。

 

(6)金属环鞍形填料金属环鞍形填料(***外称为Intalox)是考虑环鞍结构***点而设计的一种新型填料，一般由金属材料制成，故又称金属环鞍形填料。环鞍填料结合了环填料和鞍填料的***点，综合性能***于鲍尔环和阶梯环，因此在散装填料中得到广泛应用。

 

(7)球形填料一般由塑料注塑成型，结构多样。球形填料的***点是空心球，可以让气体和液体通过其内部。由于球体结构的对称性，堆积密度均匀，不易产生空隙和桥，因此气液分散性能***。球形填料一般只适用于一些***殊场合，在工程中很少使用。

 

除了上述典型的散装填料外，近年来还开发了具有******构型的新型填料，如共轭环填料、海尔环填料、纳***环填料等。工业上常用的散装填料的***性数据可以在相关手册中找到。

 

2.常规填料

 

规整填料是按照一定的几何构型排列并堆放整齐的填料。规整填料有很多种，按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料和脉冲填料。

 

(1)格栅填料由条形单元规则组合而成，结构形式多样。工业上使用的早期格栅填料是木格栅填料。目前应用比较广泛的有Grics网格填料、网状网格填料和蜂窝网格填料，其中以Grics网格填料为代表。

 

格栅填料的比表面积相对较低，主要用于压降小、负荷***、防堵塞的场合。

 

(2)波纹填料目前工业上使用的规整填料多为波纹填料，是由许多波纹片组成的圆盘形填料。波纹和塔轴之间的倾角为30°和45°。组装时，两个相邻的波纹板相对堆叠。每个填料塔盘垂直安装在塔内，相邻两个填料塔盘呈0度布置。

 

波纹填料按其结构可分为网状波纹填料和板式波纹填料，其材料分为金属、塑料和陶瓷。

 

丝网波纹填料是丝网波纹填料的主要形式，是由丝网制成的。丝网波纹填料压力低，分离效率高，***别适用于精密精馏和真空精馏装置，为难降解和热敏性物质的精馏提供了有效手段。虽然它的成本很高，但由于其***异的性能而得到了广泛的应用。

 

金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。填料的波纹板上冲压出许多f5mm左右的小孔，可以将液体***致分布在板上，加强横向混合。波纹片被卷成细槽，可以将液体精细地分布在片上，增强表面的润湿性。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，***别适用于***直径塔和气液负荷***的地方。

 

金属压延孔板波纹填料是另一种代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于，板的表面不是冲孔，而是扎孔，通过轧制在板上轧制出孔径为0.4 ~ 0.5 mm的非常致密的扎孔。其分离能力与网波纹填料相似，但抗堵塞能力强于网波纹填料，且价格便宜，应用广泛。

 

波纹填料的***点是结构紧凑、阻力低、传质效率高、处理量***、比表面积***(常用的有125、150、250、350、500、700等。).波纹填料的缺点是不适合处理高粘度、易聚合或悬浮物的物料，处理和清理困难，成本高。

 

(3)脉冲填料是由中空棱柱形个体以一定方式颈缩组装而成的规整填料。脉冲填料组装后，会形成多孔的缩口棱柱形通道，其纵向流道会交替收缩和膨胀，气液两相通过时会产生强烈的湍流。在颈缩段，气体速度zui高，湍流强烈，从而增强了传质。在膨胀段，气体速度降低到zui，两相分离。流动通道收缩和膨胀的交替重复实现了“脉冲”传质过程。

 

脉冲填料因其容量***、压降小，是真空蒸馏的理想填料。由于其***异的配液性能，放***效果降低，因此***别适用于***塔径场合。