填料塔結構及工作原理

 

填料塔起著吸附作用，是化工、石油化工和煉油生產中的重要設備之一。

 

填料塔的結構***點:

 

填料塔是以塔內填料作為氣液相間接觸元件的傳質設備。填料塔塔身為立式圓筒，塔底設有填料支撐板，填料以隨機堆或整棟形式放置在支撐板上。填料上方安裝有填料壓板，以防止上升氣流吹動填料。液體通過液體分配器從塔***噴到填料上，并沿填料表面向下流動。氣體從塔的底部進料，通過氣體分配裝置分配(小直徑塔通常沒有氣體分配裝置)，并與液體逆流連續通過填料層的間隙。在填料表面，氣體和液體緊密接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸氣液傳質設備。兩相的組成沿塔高連續變化。在正常操作條件下，氣相是連續相，液相是分散相。

 

當液體沿填料層向下流動時，趨于逐漸向塔壁集中，使得塔壁附近的液體流量逐漸增***。這種現象稱為壁流。壁流效應導致填料層內氣液兩相分布不均勻，降低了傳質效率。因此，當填充層較高時，需要用中間的重新分配裝置對其進行分段。液體再分配裝置包括液體收集器和液體再分配器。從上填料流下的液體由液體收集器收集，送到液體再分布器，再分布后噴灑在下填料上。

 

填料塔具有生產能力***、分離效率高、壓降小、持液率小、操作靈活等***點。

 

填料塔也有一些缺點，如填料成本高；當液體負荷較小時，填料表面不能有效潤濕，降低了傳質效率；不能直接用于有懸浮物或易聚合的物料；不適用于側進料、出料等復雜的精餾。

 

填料的分類

 

填料有很多種，根據填料方式的不同，可以分為散裝和規整填料。

 

1.散裝填料

 

散堆填料是一種具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般在塔內隨機堆積，也稱為隨機填料或顆粒填料。散裝填料根據結構***點不同可分為環填料、鞍填料、環鞍填料和球形填料。介紹了幾種典型的散裝填料:

 

拉西環、鮑爾環、階梯環、弧形鞍形填料、金屬環鞍形填料、球形填料。

 

(1)拉西環填料是F.Rashching于114年發明的，它是一種外徑和高度相等的環。萊西環填料氣液分布差，傳質效率低，阻力***，通量小，目前在工業上應用較少。

 

(2)鮑爾環填料是萊西環的改進。萊西環的側壁上開了兩排長方形的窗戶。切割環壁的一側仍然與壁面連接，而另一側向內彎曲形成向內延伸的舌片，每個舌片的側面在環的中心重疊。由于環壁的開口，環的內部空間和內表面的利用率******提高，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提高50%以上，傳質效率可提高30%左右。鮑爾環是一種廣泛使用的填充物。

 

(3)階梯環填料是鮑爾環的改進。與鮑爾環相比，階梯環的高度降低了一半，并在一端增加了錐形翻邊。隨著高徑比的減小，氣體繞填料外壁的平均路徑******縮短，氣體通過填料層的阻力減小。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，還使填料由線接觸變為點接觸，不僅增***了填料間的間隙，而且成為液體沿填料表面流動的聚集和分散點，可以促進液膜的表面更新，提高傳質效率。階梯環的綜合性能***于鮑爾環，目前使用***的環形填料之一。

 

(4)弧形鞍形填料是鞍形填料的一種，形狀像馬鞍，一般用瓷材料制成。弧形鞍形填料的***點是表面完全敞開，液體在表面兩側均勻流動，表面利用率高，流道呈弧形，流阻小。其缺點是容易嵌套，導致部分填料表面重疊，從而降低傳質效率?；⌒伟白盍蠌姸群推扑槟芰Σ?，在工業生產中很少使用。

(5)矩形鞍形填料將弧形鞍形填料兩端的弧面變為不同尺寸的矩形面，成為矩形鞍形填料。鞍形填料堆積時不會嵌套，液體分布均勻。矩形鞍形填料一般采用瓷質材料，其性能***于萊西環。目前，***內******多數應用的瓷萊西環已經被瓷鞍填充物所取代。

 

(6)金屬環鞍形填料金屬環鞍形填料(***外稱為Intalox)是考慮環鞍結構***點而設計的一種新型填料，一般由金屬材料制成，故又稱金屬環鞍形填料。環鞍填料結合了環填料和鞍填料的***點，綜合性能***于鮑爾環和階梯環，因此在散裝填料中得到廣泛應用。

 

(7)球形填料一般由塑料注塑成型，結構多樣。球形填料的***點是空心球，可以讓氣體和液體通過其內部。由于球體結構的對稱性，堆積密度均勻，不易產生空隙和橋，因此氣液分散性能***。球形填料一般只適用于一些***殊場合，在工程中很少使用。

 

除了上述典型的散裝填料外，近年來還開發了具有******構型的新型填料，如共軛環填料、海爾環填料、納***環填料等。工業上常用的散裝填料的***性數據可以在相關手冊中找到。

 

2.常規填料

 

規整填料是按照一定的幾何構型排列并堆放整齊的填料。規整填料有很多種，按其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料和脈沖填料。

 

(1)格柵填料由條形單元規則組合而成，結構形式多樣。工業上使用的早期格柵填料是木格柵填料。目前應用比較廣泛的有Grics網格填料、網狀網格填料和蜂窩網格填料，其中以Grics網格填料為代表。

 

格柵填料的比表面積相對較低，主要用于壓降小、負荷***、防堵塞的場合。

 

(2)波紋填料目前工業上使用的規整填料多為波紋填料，是由許多波紋片組成的圓盤形填料。波紋和塔軸之間的傾角為30°和45°。組裝時，兩個相鄰的波紋板相對堆疊。每個填料塔盤垂直安裝在塔內，相鄰兩個填料塔盤呈0度布置。

 

波紋填料按其結構可分為網狀波紋填料和板式波紋填料，其材料分為金屬、塑料和陶瓷。

 

絲網波紋填料是絲網波紋填料的主要形式，是由絲網制成的。絲網波紋填料壓力低，分離效率高，***別適用于精密精餾和真空精餾裝置，為難降解和熱敏性物質的精餾提供了有效手段。雖然它的成本很高，但由于其***異的性能而得到了廣泛的應用。

 

金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。填料的波紋板上沖壓出許多f5mm左右的小孔，可以將液體***致分布在板上，加強橫向混合。波紋片被卷成細槽，可以將液體精細地分布在片上，增強表面的潤濕性。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，***別適用于***直徑塔和氣液負荷***的地方。

 

金屬壓延孔板波紋填料是另一種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，板的表面不是沖孔，而是扎孔，通過軋制在板上軋制出孔徑為0.4 ~ 0.5 mm的非常致密的扎孔。其分離能力與網波紋填料相似，但抗堵塞能力強于網波紋填料，且價格便宜，應用廣泛。

 

波紋填料的***點是結構緊湊、阻力低、傳質效率高、處理量***、比表面積***(常用的有125、150、250、350、500、700等。).波紋填料的缺點是不適合處理高粘度、易聚合或懸浮物的物料，處理和清理困難，成本高。

 

(3)脈沖填料是由中空棱柱形個體以一定方式頸縮組裝而成的規整填料。脈沖填料組裝后，會形成多孔的縮口棱柱形通道，其縱向流道會交替收縮和膨脹，氣液兩相通過時會產生強烈的湍流。在頸縮段，氣體速度zui高，湍流強烈，從而增強了傳質。在膨脹段，氣體速度降低到zui，兩相分離。流動通道收縮和膨脹的交替重復實現了“脈沖”傳質過程。

 

脈沖填料因其容量***、壓降小，是真空蒸餾的理想填料。由于其***異的配液性能，放***效果降低，因此***別適用于***塔徑場合。