填料塔基础知识.docx
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填料塔基础知识.docx
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工业上完成吸收操作的设备统称为吸收塔。
常见的有板式塔、填料塔两种。
板式塔多用于精馏操作,填料塔多用于吸收操作。
一、填料塔的结构
填料塔主要由塔体、填料及其附件(除沫装置、液体分布装置、气体分布装置、填料支撑装置、填料压紧装置等)构成。
填料塔操作时,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,在压差作用下自下向上与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,而液体自塔上部进入,通过液体分布装置均匀喷洒在塔截面上,在重力作用下沿填料层向下流动。
在填料表面上,气液两相密切接触进行质、热传递。
填料塔属于连续接触式气液传质设备,填料层内气液两相呈逆流接触,填料的润湿表面为气液两相接触传质表面,气液两相组成沿塔高连续变化,正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
二、填料塔的特点
与板式塔比较,填料塔具有如下特点:
1、生产能力大。
填料塔内件开孔率大,空隙率大,液泛点高。
2、分离效率高。
适合处理难分离混合气体的分离,塔高较低。
3、压降较小,适合减压操作,且能耗低。
4、持液量小,适宜处理热敏性物料
5、操作弹性较小,对液体负荷变化较敏感,若液体负荷较小或较大,易产生干塔或液泛现象。
6、适宜处理易起泡和腐蚀性的物料,可利用填料消泡及采用防腐材料制造的填料。
7、不宜处理含固或易聚合的物料,因清洗较麻烦。
三、填料的作用
1、提供气液接触面积;
2、强化气体湍动,降低气相传质阻力;
3、更新液膜表面,降低液相传质阻力。
填料的好坏是决定填料塔性能的主要因素,对操作影响较大的填料特性有比表面积、空隙率、填料因子和单位堆积体积的填料数目。
四、填料的性能
为使填料塔发挥良好的性能,填料应符合以下几项主要要求。
1、要有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积,用δ表示,单位为m2/m3。
填料的表面只有被流动的液相所润湿,才能构成有效的传质面积。
因此,还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。
同一种类的填料,尺寸越小,其比表面积越大。
2、要求有较高的空隙率 单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率,用ε表示,单位为m3/m3。
一般说填料的空隙率多在0.45~0.95范围内,当ε较高时,气液通过能力大且气流阻力小,操作弹性范围较宽。
3、要求填料因子较小 将δ与ε组合成δ/ε3的形式即为干填料因子,单位为m-1。
填料因子表示填料的流体力学性能。
当填料被喷淋的液体润湿后,填料表面覆盖了一层液膜,δ与ε均发生相应的变化,此时的δ/ε3即为湿填料因子,以φ表示。
φ值小则填料层阻力小,发生液泛时的气速提高,亦即流体力学性能好。
4、要求单位堆积体积的填料数目适宜 对于同一种填料,单位堆积体积内所含填料的个数是由填料尺寸决定的。
填料尺寸减小,填料数目就增加,填料层的比表面积也增大,而空隙率较小,气体阻力亦相应增加,填料造价提高。
反之,若尺寸过大,在靠近塔壁处,填料层空隙很大,将有大量液体由此短路通过。
为控制气液分布不均现象,填料尺寸不宜大于塔径D的1/10~1/8。
此外,还要求填料经济、实用及可靠,要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。
实际应用时,各种填料不可能完全具备上述要求,需依据具体情况加以选择。
五、填料的类型
填料的种类按填料形状分,有网体填料和实体填料;按材质分,有金属填料、塑料填料、陶瓷填料和石墨填料等;按填料的装填方式分,有散装(乱堆)填料和规整填料。
散装填料是一类具有一定几何尺寸的颗粒体,以散装方式堆积在塔内。
依结构特点不同,一般分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料和球型填料。
规整填料是一类在塔内整齐有规则排放的填料,依几何结构不同分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。
工业生产常用的填料有:
拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环、球型、波纹填料及脉冲填料。
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