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填料塔的結構及其工作原理

點擊次數:6041 更新時間:2013-08-14
  填料塔的結構及其工作原理
  
  填料塔的作用是起到吸收作用,是化工、石油化工和煉油生產中zui重要的設備之一。
  
  以下講一下填料塔的結構特點:
  
  填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。填料塔的塔身是一直立式圓筒,底部裝有填料支承板,填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板,以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上,并沿填料表面流下。氣體從塔底送入,經氣體分布裝置(小直徑塔一般不設氣體分布裝置)分布后,與液體呈逆流連續通過填料層的空隙,在填料表面上,氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備,兩相組成沿塔高連續變化,在正常操作狀態下,氣相為連續相,液相為分散相。
  
  當液體沿填料層向下流動時,有逐漸向塔壁集中的趨勢,使得塔壁附近的液流量逐漸增大,這種現象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均,從而使傳質效率下降。因此,當填料層較高時,需要進行分段,中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分,上層填料流下的液體經液體收集器收集后,送到液體再分布器,經重新分布后噴淋到下層填料上。
  
  填料塔具有生產能力大,分離效率高,壓降小,持液量小,操作彈性大等優點。
  
  填料塔也有一些不足之處,如填料造價高;當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面,使傳質效率降低;不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料;對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。
  
  填料的分類
  
  填料的種類很多,根據裝填方式的不同,可分為散裝填料和規整填料。
  
  1.散裝填料
  
  散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體,一般以隨機的方式堆積在塔內,又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據結構特點不同,又可分為環形填料、鞍形填料、環鞍形填料及球形填料等?,F介紹幾種較為典型的散裝填料:
  
  拉西環鮑爾環階梯環弧鞍填料矩鞍填料金屬環矩鞍填料球形填料
  
 ?。?)拉西環填料于114年由拉西(F.Rashching)發明,為外徑與高度相等的圓環。拉西環填料的氣液分布較差,傳質效率低,阻力大,通量小,目前工業上已較少應用。
  
 ?。?)鮑爾環填料是對拉西環的改進,在拉西環的側壁上開出兩排長方形的窗孔,被切開的環壁的一側仍與壁面相連,另一側向環內彎曲,形成內伸的舌葉,諸舌葉的側邊在環中心相搭。鮑爾環由于環壁開孔,大大提高了環內空間及環內表面的利用率,氣流阻力小,液體分布均勻。與拉西環相比,鮑爾環的氣體通量可增加50%以上,傳質效率提高30%左右。鮑爾環是一種應用較廣的填料。
  
 ?。?)階梯環填料是對鮑爾環的改進,與鮑爾環相比,階梯環高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少,使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短,減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度,而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主,這樣不但增加了填料間的空隙,同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點,可以促進液膜的表面更新,有利于傳質效率的提高。階梯環的綜合性能優于鮑爾環,成為目前所使用的環形填料中zui為優良的一種。
  
 ?。?)弧鞍填料屬鞍形填料的一種,其形狀如同馬鞍,一般采用瓷質材料制成?;“疤盍系奶攸c是表面全部敞開,不分內外,液體在表面兩側均勻流動,表面利用率高,流道呈弧形,流動阻力小。其缺點是易發生套疊,致使一部分填料表面被重合,使傳質效率降低?;“疤盍蠌姸容^差,容破碎,工業生產中應用不多。
  
 ?。?)矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面,且兩面大小不等,即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊,液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料制成,其性能優于拉西環。目前,國內絕大多數應用瓷拉西環的場合,均已被瓷矩鞍填料所取代。
  
 ?。?)金屬環矩鞍填料環矩鞍填料(國外稱為Intalox)是兼顧環形和鞍形結構特點而設計出的一種新型填料,該填料一般以金屬材質制成,故又稱為金屬環矩鞍填料。環矩鞍填料將環形填料和鞍形填料兩者的優點集于一體,其綜合性能優于鮑爾環和階梯環,在散裝填料中應用較多。
  
 ?。?)球形填料一般采用塑料注塑而成,其結構有多種。球形填料的特點是球體為空心,可以允許氣體、液體從其內部通過。由于球體結構的對稱性,填料裝填密度均勻,不易產生空穴和架橋,所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定的場合,工程上應用較少。
  
  除上述幾種較典型的散裝填料外,近年來不斷有構型*的新型填料開發出來,如共軛環填料、海爾環填料、納特環填料等。工業上常用的散裝填料的特性數據可查有關手冊。
  
  2.規整填料
  
  規整填料是按一定的幾何構形排列,整齊堆砌的填料。規整填料種類很多,根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。
  
 ?。?)格柵填料是以條狀單元體經一定規則組合而成的,具有多種結構形式。工業上應用zui早的格柵填料為木格柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填料、網孔格柵填料、蜂窩格柵填料等,其中以格里奇格柵填料代表性。
  
  格柵填料的比表面積較低,主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場合。
  
 ?。?)波紋填料目前工業上應用的規整填料絕大部分為波紋填料,它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料,波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種,組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內,相鄰的兩盤填料間交錯0°排列。
  
  波紋填料按結構可分為網波紋填料和板波紋填料兩大類,其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。
  
  金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式,它是由金屬絲網制成的。金屬絲網波紋填料的壓降低,分離效率很高,特別適用于精密精餾及真空精餾裝置,為難分離物、熱敏性物的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高,但因其性能優良仍得到了廣泛的應用。
  
  金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細小溝紋,可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高,耐腐蝕性強,特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。
  
  金屬壓延孔板波紋填料是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區別在于板片表面不是沖壓孔,而是刺孔,用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4~0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網波紋填料,但抗堵能力比網波紋填料強,并且價格便宜,應用較為廣泛。
  
  波紋填料的優點是結構緊湊,阻力小,傳質效率高,處理能力大,比表面積大(常用的有125、150、250、350、500、700等幾種)。波紋填料的缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料,且裝卸、清理困難,造價高。
  
 ?。?)脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個體,按一定方式拼裝而成的一種規整填料。脈沖填料組裝后,會形成帶縮頸的多孔棱形通道,其縱面流道交替收縮和擴大,氣液兩相通過時產生強烈的湍動。在縮頸段,氣速zui高,湍動劇烈,從而強化傳質。在擴大段,氣速減到zui小,實現兩相的分離。流道收縮、擴大的交替重復,實現了“脈沖”傳質過程。
  
  脈沖填料的特點是處理量大,壓降小,是真空精餾的理想填料。因其優良的液體分布性能使放大效應減少,故特別適用于大塔徑的場合。
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