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填料塔的原理和结构介绍

填料塔的原理和结构介绍
 
填料塔是一种塔式设备。塔内填充有适当高度的填料,以增加两种流体之间的接触面。例如,当应用于气体吸收时,液体从塔的上部通过分配器进入,并沿着填料表面下降。气体从塔的下部通过填料孔向上游流动,并与液体紧密接触。结构简单,维护方便。广泛用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。
 
一、填料塔结构
 
◆填料层:提供气液接触的场所。
 
◆液体分布器:均匀分布液体,避免窜流。
 
◆液体再分布器:避免壁流。
 
◆支撑板:支撑填料层,使气体均匀分布。
 
◆除雾器:防止塔***气体出口夹带液体。
 
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。
 
二、填料塔附件
 
填料塔的附件包括填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布装置、消泡装置和填料压紧装置。
 
(1)填料支撑装置
 
主要目的是支撑塔内的填料,确保气相和液相的顺利通过。如果设计不当,填料塔的溢流可能***先发生在填料支撑装置上。
 
填料支撑装置的要求:
 
◆对于普通填料,支撑装置的自由截面积应不小于整个塔面积的50%,并***于填料层的自由截面积;
填料塔
◆足够的机械强度和刚度;
 
◆结构要合理,有利于气液相均匀分布,阻力小,拆装方便。
 
(2)液体分配装置
 
填料塔内液体的均匀分布可以增加填料的润湿表面积。所以液体的初始分布非常重要。
 
常用的液体分布装置有:淋浴式、盘式、齿槽式和多孔环形管分布器等。
 
液体分布器的性能主要由液体分布点的密度(即单位面积上液体分布点的数量)、液体分布点的均匀性以及各液体分布点上液体组成的均匀性决定。液体分布器的设计主要决定这些参数的结构尺寸。
 
对于液体分布器的选择和设计,一般要求是:液体分布均匀;自由截面比较***;操作灵活性***;不易堵塞,不易造成夹带和起泡等;它可以由各种材料制成,操作安装方便,水平调节容易。
 
(3)液体细分装置
 
液体再分配装置的作用是减少壁流现象。
 
壁流现象:混杂填料层中的液体逐渐流向塔壁的现象。
 
液体再分配装置以规则的间隔布置在填料层中。
 
常用的液体细分装置有:锥形、槽形、上升形等。
 
在正常情况下,液体收集器和液体分配器通常同时使用,以形成液体收集和再分配装置。液体收集器的作用是收集从上部填料流下的液体,然后将其送到液体分配器进行液体再分配。
 
(4)消泡装置
 
当塔内操作气速较高或液体泡沫夹带严重时,可在液体分布器上方设置消泡装置,主要用于去除出口气流中的液滴。
 
由于气体带着***量的液体泡沫和雾滴离开塔***的填料塔,为了回收这部分液相,往往需要在塔***设置除雾器。
 
常用的除雾器有以下几种:
 
挡板除雾器是一种利用惯性分离液滴的装置,一般用于小型塔中。
 
旋流板除雾器由多个固定旋流板组成。当气体通过时,它会产生旋转运动,从而产生离心力场。在离心力的作用下,液滴向塔壁移动,实现气液分离。适用于对***塔径净化要求高的场合。
 
丝网除雾器,是将金属丝缠绕成高度为100-150的圆盘使用。安装方法多种多样。气体通过除雾器的压降约为120-250千帕。丝网除雾器的直径由通过丝网的气体的***空气速度决定。
 
(5)填料压紧装置
 
安装在填料层的上端。作用是保持填料层作为一个高度固定的床层,以保持均匀的间隙结构,使运行正常稳定,防止填料层在高压降和瞬时负荷波动的情况下松动或跳跃。
 
分为:
 
填料压板:自由放置在填料上端,靠自身重量压紧填料。适用于陶瓷和石墨的散装填料。其作用是在气体速度(高压降)和载荷突然波动时,防止填料的相对运动,从而避免填料的松动和损坏。
 
由于填料易碎,当填料在床层的空隙间沉积碎屑,使填料层的孔隙率降低时,填料压板会随填料层一起落下,压紧填料而不松动填料,降低填料塔的生产能力和分离效率。
 
床限位板:固定在填料上端。
 
三、填料塔的运行方式
 
填料塔的运行是基于物料平衡、热平衡、相平衡和填料塔的性能。通过控制系统建立和调整填料塔的操作条件,使填料塔满足分离要求。
 
(1)填料塔的运行方式:
 
液体通过液体分布器从塔***喷到填料上,沿填料表面向下流动;气体从塔底送出,由气体分配装置分配,与液体逆流连续通过填料层间隙;填料表面采用气液两相接触进行传质。
 
⑵填料塔的运行***点:
 
填料塔属于微分接触气液传质设备,两相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。
 
四、气液两相流体动力学***性
 
填料塔的流体力学性能主要包括填料床持液率、填料床压降、液泛等。
 
(1)填料层的持液量
 
在一定的操作条件下,由于液膜与填料表面的摩擦和气体的上升,一些液体停留在填料表面及其间隙上。
 
定义:单位体积内堆积在填料层中的液体体积,表示为(m3液体)/(m3填料)。
 
持液率的影响:一般来说,适当的持液率有利于填料塔操作的稳定性和传质,可以提供较***的气液接触面积;但是,如果持液率太***,填料层的间隙和气体流动的横截面将减小,这将增加压降并降低处理能力。
 
结论:持液率不宜过小或过***。
 
(2)填料层压降
 
原因:操作过程中,塔***喷出的液体靠重力在填料表面成膜向下流动,上升气体与下降液膜之间的摩擦阻力形成填料层的压降。
 
影响因素:压降与喷液量和气速有关:在一定的气速下,喷液量越***,压降越***;在一定的喷液量下,气体流速越***,压降越***。