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填料塔
填料塔

产品概况

  填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒(如上图所示),底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。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,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

  当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。

  填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。

  填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。

  塔填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面,并为提高其湍动程度(主要是气相)创造条件,以利于传质(包括传热)。它们应能使气、液接触面大、传质系数高,同时通量大而阻力小,所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好,并在结构上还要有利于两相密切接触,促进喘流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性,并具有一定的机械强度,使填料层底部不致因受压而碎裂、变形。

  常用的塔填料可分为两大类:散装填料与规整填料。

  散装填料

  散装填料有中空的环形填料,表面敞开的鞍形填料等。常用的构造材料包括陶瓷、金属、玻璃、石墨等。几种主要散装填料的特点如下。

  拉西环

  拉西环为高与直径相等的圆环,常用的直径为25~75mm(亦有小至6mm,大至150mm的,但少用),陶瓷环壁厚2.5~9.5mm,金属环壁厚0.8~1.6mm。填料多乱堆在塔内,直径大的亦可整砌,以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势。拉西环结构简单,但与其他填料相比,气体通过能力低,阻力也大,液体到达环内部比较困难,因而湿润不易充分,传质效果差,故近年来使用较少。

  在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板,即成为列辛环;环内加螺旋形隔板则成为螺旋环。隔板有提高填料能力与增大表面的作用.

  弧鞍

  弧鞍又称贝尔鞍(Berlsaddle),是出现较早的鞍形填料,形如马鞍,大小自25mm至50mm的较常用。弧鞍的表面不分内外,全部敞开,流体在两侧表面分布同样均匀。它的另一特点是堆放在塔内时,对塔壁侧压力比环形填料小。但由于两侧表面构形相同,堆放时填料容易叠合,因而减少暴露的表面,最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。

  矩鞍(Intaloxsaddle)矩鞍两侧表面不能叠合,且较耐压力,构形简单,加工比弧鞍方便,多用陶瓷制造。在以陶瓷为材料的填料中,此种填料的水力性能与传质性能都比较优越。

  以上各种散装填料的壁上不开孔或槽,多用陶瓷制成。此外,又有在壁上开孔或槽的,多用金属或塑料制成。后者的性能比前者的提高很多,因此被称为“高效”填料。常见的散装开孔填料有下列几种。

  鲍尔环

  (Pallring)鲍尔环的构造,相当于在金属拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔,开孔时只断开四条边中的三条边,另一边保留,使原来的金属材料片呈舌状弯入环内,这些舌片在环内几乎对接起来。填料的空隙率与比表面并未因而增加。但堆成层后气、液流动通畅,有利于气、液流动通畅,有利于气、液进入环内。因此,鲍尔环比拉西环气体通过能力与体积传质系数都有显著提高,阻力也减少。鲍尔环还可用塑料制造。

  阶梯环(Cascademiniring)

  阶梯环是一端有喇叭口的开孔环形填料,环高与直径之比略小于1,环内有筋,起加固与增大接触面的作用,喇叭口能防止填料冻死靠紧,使空隙率提高,并使表面更易暴露。制造材料多为金属或塑料。

  金属鞍环(MetalIntaloxsaddle)用金属作的矩鞍,并在鞍的背部冲出两条狭带,弯成环形筋,筋上又冲出四个小爪弯入环内。它在构形上是鞍与环的结合,又兼有鞍形填料液体分布均匀和开孔环形填料气体通量大、阻力小的优点,故称鞍环为环矩鞍。

  规整填料:

  规整填料不同散装填料,在于它具有成块的规整结构,可在塔内逐层叠放。最早出现的规整填料是由机木板条排列成的栅板,后来也有用金属条或塑料板条做的。栅板填料气流阻力小,传质效果却比较差,现已不大用于气液传质设备,但在凉水塔中仍有使用。20世纪60年代以后开发出来的丝网波纹填料和板波纹填料,是目前使用比较广泛的规整填料。现将它们的构形和特点分述如下:

  丝网波纹填料

  将金属丝网切成宽50~100mm的矩形条,并压出波纹,波纹与长边的斜角为30°,45°或60°,网条上打出小孔以利气体穿过。然后将若干网条并排成较塔内截面略小的一圆盘,盘高与条宽相等,许多盘在塔内叠成所需的高度。若塔径大,则将一盘分成几份,安装时再并合。一盘之内,左右相邻两盘的网条又互成90°交叉。

  这种结构的优点是:*W#Q/|.c*M.g)t

  1)各片排列整齐而峰谷之间空隙大,气流阻力小;

  2)波纹间通道的方向频繁改变,气流滑动加剧;6J)N9X*?!u#u-L/[&z

  3)片与片之间以及盘与盘之间网条交错,促使液体不断再分布;

  丝网细密,液体可在网面形成稳定薄膜,即使液体喷淋密度小,也易于达到完全润湿。上述特点使这种填料层的通量大,在大直径塔内使用也没有液体分布不匀及填料表面润湿不良的缺点。

  丝网波纹填料的缺点:

  1)造价高;

  2)装砌要求高,塔身安装的垂直度要求严格,盘与塔壁间的缝隙要堵实

  3)填料内部通道狭窄,易被堵塞且不易清洗。然而,由于其传质效率很高且阻力很小,在精密精馏和真空精馏中使用很合适。开始时,多用于直径比较小的塔,现可用于直径达几米的塔,使用领域也不再局限于蒸馏。

  板波填料.

  为了克服丝网波纹填料价格高及安装要求高的缺点,将丝网条改为板条,填料的构形相同,构造材料除金属外,还可用塑料。板波填料的传质性能虽低于丝网波纹填料,但仍属高效填料之列。这类填料的商品名有麦勒派克(Mellapak)、弗里西派克(Flexipac)等。

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