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1、2020/7/11,第 八 章 气体吸收,一：填料塔 二：填料塔的流体力学 性能与操作特性 三：填料塔的内件,第 七节 填料塔,2020/7/11,8.7.1填料塔,液体分布装置,气体分布装置,填料,在填料塔中，气液两相连续接触，两相的组成沿塔高连续变化，在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相。,2020/7/11,2020/7/11,2020/7/11,1、散装填料,（1）拉西环,1914年由拉西发明，为高径比相等的空心圆环。,拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。,在拉西环基础上衍生了环、十字环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面
2、积。,2020/7/11,（2）鲍尔环,在拉西环基础上改进的，环壁开窗， 切开的舌页内弯，在中心搭桥 。,大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。,2020/7/11,（3）阶梯环,在鲍尔环基础上改进的，高度为直径的1/2，有阶梯，为点接触。,生产能力比鲍尔环提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。,有塑料和金属材质。,2020/7/11,（4）弧鞍和矩鞍形填料,优点：液体在其表面流动均匀、表面利用率高、流动阻力小。 缺点：面接触，易套叠。,矩鞍填料
3、两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点。,2020/7/11,（5）金属鞍环填料,有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优势更为显著。,金属矩鞍环,2020/7/11,（6）网体填料,与实体填料对应的另一类填料为网体填料。有多种形式，如金属丝网制成的网环和鞍型网等。,优点：网丝细密，空隙很高，比表面积很大。由于毛细管作用，填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质速率高。 缺点：造价很高，多用于实验室中难分离物系的分离 。,2020/7/11,（7）球形填料,2020/7/11,优点：空隙大，生 产能力大，
4、压降小,流 道规则，只要液体初始 分布均匀，则在全塔中 分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。 缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。,2020/7/11,（1）格栅填料,格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。,木格栅 格里奇格栅,2020/7/11,（2）波纹填料,规整填料一般由波纹状的金属丝网或多孔板（分金属孔板波纹填料和金属压延孔板波纹填料）重叠而成。,2020/7/11
5、,金属孔板波纹填料：波纹板片上冲压有许多5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。此填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。,2020/7/11,金属压延孔板波纹填料：它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.40.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。,（3）脉冲填料： 由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成。 脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通
6、道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。,2020/7/11,在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。,特点：处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。,2020/7/11,二、填料的性能评价,1、填料的几何特性,（2）空隙率,单位体积填料层的空隙体积，以表示；单位为m3/m3，或者以百分数表示。填料层的空隙率越大，气液通过能力越大，气体流动阻力越小。,单位体积填料层的填料表面积，以 表示 ；单位：m2/m3。同一种填料
7、，尺寸愈小，比表面积愈大,所提供的气液传质面积越大。,（1）填料的比表面积,2020/7/11,湿填料因子：填料被液体润湿后的 ；反映填料的流体力学特性。,值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件下的湿填料因子。,2、填料的性能评价模糊评价（见下页表）,干填料因子：填料未被润湿时的 ；反映填料 的几何特性。,2020/7/11,填料名称 评估值 语言值 排序,丝网波纹填料 0.86 很好 1,孔板波纹填料 0.61 相当好 2,金属intalox 0.59 相当好 3,金属鞍形环 0.57 相当好 4,金属阶梯环 0.53 一般好 5,金属鲍尔环 0.51 一般好 6,瓷intalox 0
8、.41 较好 7,瓷鞍形环 0.38 略好 8,瓷拉西环 0.36 略好 9,9种填料综合性能评价,2020/7/11,填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。 1. 填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面： (1)传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料； (2)通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； (3)填料层的压降要低 (4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。,三、填料的选择,2020/7/11,2填料规格的选择 填料规格是指
9、填料的公称尺寸或比表面积。 有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。,（1）散装填料,2020/7/11,（2）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的 型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示， 主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同 种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高， 但阻力增
10、加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时 应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备 投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足 技术要求，又具有经济合理性.,2020/7/11,应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。 3. 填料材质的选择 填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。 (1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其
11、最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。,2020/7/11,(2)金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢 等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强,的物系下使用。,2020/7/11,一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性
12、能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。,(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100C以下使用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善。,2020/7/11,8.7.2 填料塔的流体力学性能与操作特性,填料塔的流体力学性能包括持液量和压降。,1、填料的持液量Ht ：
13、在一定操作条件下，单位体积填料在表面和空隙中所积存的液体体积量。包括静持液量和动持液量。以m3液体/m3填料表示，有时也用百分数表示。,动持液量Ho：停止气液两相进料后从填料中排放出来的液体。与填料、液体特性及气液相流量（负荷）有关。,一、 填料塔的流体力学性能,2020/7/11,静持液量Hs ：停止气、液两相进料，并经排液至无液滴流出时仍保留在填料层内的那部分液体。取决于填料和流体的特性，与气液流量无关。 总持液量,2、压降,产生压降的原因：液膜与上升气体的摩擦以及液膜与填料表面的摩擦构成了流动阻力，形成了压降。,显然，填料层压降与液体喷淋量及气速有关，气速一定，液体喷淋量越大，压降越大；
14、液体喷淋量一定，气速越大，压降也越大。,Ht可由实验测定，也可由经验公式计算。一般来说，适当的Ht对塔的稳定性和传质是有益的，但Ht过大，将减少空隙率和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。,2020/7/11,将不同液体喷淋量下单位高度填料层的压降p/Z与空塔气速u的关系标绘在双对数坐标纸上。,2020/7/11,气速超过A点时，曳力增大，液膜增厚，Ht增大，出 现拦液现象，开始发生拦液现象时的对应气速称为载点气速，A为载点。 气速增大到B点，液体不能顺利流下，Ht很大，填料层内几乎充满液体，此时气速稍微增加，便会引起压降的剧增液泛，开始发生液泛的气速为泛点气速（uF)，B点称为泛点，AB
15、为载液区，B点以上为液泛区。,2020/7/11,二、 填料塔的操作特性,1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。,动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。,初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制分布。取决于分布装置的设计。,研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.,填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力及传质效率不变。,2020/7/11,2、液体喷淋密度与填料表面的润湿,（1）液体喷淋密度：单位时间单位塔截面上喷淋的 液体体积m3/(m2h)，以U表示,(2
16、)填料表面的润湿：润湿状况取决于喷淋密度及填料表面的润湿性能。为保证填料充分润湿，喷淋密度必须大于某一极限值，即最小喷淋密度Umin。 填料的润湿速率LW：在塔的横截面上，单位长度的填料周边的液体体积流量m3/(ms).,2020/7/11,最小润湿速率（LW）min：保证填料充分润湿，润湿速率的最小值。,对于一般填料（LW）=0.08m3/(mh) ；对于直径大于75mm的散装填料和板距大于50mm的栅板填料（LW）min0.12m3/(mh) 。,实际喷淋密度应大于最小喷淋密度，如果喷淋密度过小，可采用液体再循环、减小塔径、对填料表面进行处理等方法保证填料充分润湿。,最小润湿速率（LW）min的物理意义是单位比表面积填料层中的最小喷淋密度。,2020/7/11,3、填料塔的液泛,（1）填料塔的液泛现象及特点：发生液泛时，液相充满塔内，导致液相由
