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1、填料塔,一，填料塔反应器的结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构比较简单，如图4.3所示。填料塔的塔身是一直立式圆筒，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，在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。 （一）塔体 塔体是塔设备的主要部件，大多数塔体是等直径、等壁厚的圆筒体，顶盖以椭圆形封头为多。但随着装置大型化，不等直径、不等壁厚的塔体已逐渐增多。塔体除满足工艺条件对它提出的强度和刚度要求外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所带来的影响，以及吊装、运输、检验、开停工等情况。 塔体的材质常采用的有：非金属材料（如高分子材料、陶瓷等），
2、碳钢（复层、衬里），不锈耐酸钢等。,图4.3 填料塔结构,填料塔,图4.3 填料塔结构,1-塔体；2-液体分布器；3-填料 压紧装置；4-填料层；5-液体收集与 再分配装置；6-支撑栅板,填料塔结构如右图所示，它由塔体、 液体分布器、填料压紧装置、填料层、 液体收集与再分配装置和支撑栅板组成。,填料塔,（二）塔体支座 塔设备常采用裙式支座（见图4.4），它应当具有足够的强度和刚度，来承受塔体操作重量、风力等引起的载荷。,图4.4 裙式支座 1-裙座圈；2-支撑板；3-角牵板； 4-压板；5-人孔；6-有保温时排气管； 7-无保温时排气管；8-排液孔,填料塔,（三）人孔 人孔是安装和检修人员进出
3、塔器的唯一通道。人孔的设置应便于人员进入任一层塔板。对直径大于800mm的填料塔，人孔可设在每段填料层的上、下方，同时兼作填料装卸孔用。设在框架内或室内的塔，人孔的位置可按具体情况考虑。 人孔在设置时，一般在气液进出口等需要经常维修和清理的部位要设置人孔，另外在塔顶和塔釜，也各设置一个人孔。 塔径小于800mm时，在塔顶设置法兰（塔径小于450mm的塔，采用分段法兰连接），不在塔体上开设人孔。 在设置操作平台的地方，人孔中心高度一般比操作平台高0.7-1m，最大不宜超过1.2m，最小为600mm，人孔开在立面时，在塔釜内部应设置手柄（但人孔和底封头切线之间距离小于1米或手柄有碍内件时，可不设置
4、）。 装有填料的塔，应设填料挡板，借以保护人孔，并能在不卸出填料的情况下更换人孔垫片。,填料塔,（四）手孔 手孔是指手和手提灯能伸入的设备孔口，用于不便进入或不必进入设备即能清理、检查或修理的场合。 手孔又常用作小直径填料塔装卸填料之用，在每段填料层的上下方各设置一个手孔，卸填料的手孔有时附带挡板，以免反应生成物积聚在手孔内。 （五）塔内件 填料塔的内件有填料、填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置和液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。 （1）除沫器 当空塔气速较大，塔顶溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下，设置除
5、沫装置，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。 常用的除沫装置有折板除沫器（见图4.5）丝网除沫器（见图4.6）以及旋流板除沫器。此外还有链条型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纤维除沫器等。在分离要求不严格的场合，还将干填料层作除沫器用。,填料塔,常用的折板除沫器是角钢除沫器，它的压力降一般为50-100Pa。增加折流的次数，能提高其对气液的分离效率。这种除沫器结构比较简单，但耗用金属多，造价高，在大塔尤为明显，因而逐渐为丝网除沫器所取代。,图4.5 折板除沫器,填料塔,丝网除沫器具有比表面大、重量轻、孔隙率大及使用方便等优点，尤其是它具有除沫效率高、压降小的特点，从而成
6、为一种广泛使用的除沫装置。 小型除沫器的丝网厚度根据工艺条件决定，一般为50-150mm，丝网应铺平，相邻每层丝网之间的波纹方向应相错一个角度，上面用支撑板加以固定，丝网支撑栅板的自由截面积应大于90%，安装时栅板应保持水平。,图4.6 丝网除沫器,填料塔,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，促进湍流。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
7、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。 （3）填料支撑装置 填料支撑装置的作用是支撑塔内填料层，对其要求是：第一，应具有足够的强度和刚度，能支撑填料的重量、填料层的持液量及操作中的附加压力等；第二，应具有大于填料层孔隙率的开孔率，以防止在此处首先发生液泛；第三，结构合理，有利于气液二相的均匀分布，阻力小，便于拆装。,填料塔,常用的填料支撑装置有栅板型、孔管型和驼峰型。如图4.8所示。选择哪种支撑装置，主要根据塔径、使用的填料种类和型号、塔体及填料的材质、气液流速而定。 (a)栅板型 (b)孔管型 (c)驼峰型,图4.8 填料支撑装置,填料塔-填料压紧装置,（4）填料压
8、紧装置 为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，从而保持均匀一致的空隙结构，使操作正常、稳定，在填料填装后于其上方安装填料压紧装置。这样，可以防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。 填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类。图4.9列出了几种常用的填料压紧装置，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重力将填料压紧，它适用于陶瓷、石墨制的散装填料，因其易碎，当填料层发生破碎时，填料层孔隙率下降，此时填料压板可随填料层一起下落，仍能紧紧压住填料而不会引起填料松动。床层限制板用于金属散装填料、塑料散装填料及所有规整填料。因金属及塑料填料不易破碎，且有弹性，在填装正确时不会使填料
9、下沉。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺丝固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。 (a)填料压紧网板 (b)填料压紧栅板 (c)金属压板 图4.9 填料压紧装置,填料塔-液体分布装置,（5）液体分布装置 为了实现填料内气液二相密切接触、高效传质，填料塔的传质过程要求塔内任一截面上气液两相流体能均匀分布，特别是液体的初始分布至关重要，理想的液体分布器应具备以下条件： 与填料相匹配的液体均匀分布点。填料比表面积越大，分离要求越精密，则液体分布器分布点密度也应越大。 操作弹性较大，适应性好。 为气体提供尽可能大的自由截面，实现气体的均匀分布，且
10、阻力小。 结构合理，便于制造、安装、调整和检修。 液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。,填料塔-液体分布装置,喷头式分布器如图4.10（a）所示。液体由半球形喷头的小孔喷出，小孔直径为3-10mm,同心圆排列，喷洒角小于80，喷洒直径1/5-1/3 D。这种分布器结构简单，只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般应用较少。 盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。如图4.10（b）、（c）所示。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6-0.8倍，此种分布器用于D800mm的塔中。,(a)喷头式,(b)盘式筛孔式,(c
11、)盘式溢流管式,填料塔-液体分布装置,管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气流流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞、弹性一般较小，管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中，在减压精馏及丝网波纹填料中，由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状，如图片4.10（d）、（e）所示。,(d)排管式,(e)环管式,填料塔-液体分布装置,槽式液体分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分为若干流股，分别加入其下方的液体分布槽，分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道，将液体均匀分布于填料层上，如
12、图片4.10（f）所示。槽式分布器具有较大的操作弹性和较好的抗污性，特别适合于气液负荷大及含有固体悬浮物、粘度大的分离场合。由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污垢性能，应用范围非常广泛。,(f)槽式,填料塔-液体分布装置,槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它将槽式及盘式分布器的优点有机地结合一体，兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10：1，气流分布均匀，阻力小，特别适用于易发生夹带、易堵塞的场合。槽盘式液体分布器的结构如图4.10(g)所示。,(g)槽盘式 图4.10 液体分布器,填料塔,（6）液体收集及再分布装置 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，
13、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分布不均匀，从而使反应效率下降。为此，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的上方。 最简单的液体再分布装置为 截锥式再分布器，如图4.11(a)所 示，截锥式再分布器结构简单， 安装方便，但它只起到将壁流向 中心汇集的作用，无液体再分布 的功能，一般用于直径小于0.6m 的塔中。,(a) 截锥式再分布器,图4.11 液体收集再分布装置,填料塔,在通常情况下，一般将液体收集器及液
14、体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器，如图4.11(b)所示。,(b)斜板式液体再收集器,图4.11 液体收集再分布装置,填料塔-填料的类型和性能评价,(1)拉西环填料 拉西环(Rashing Ring)填料是1914年发现的，是使用最早的一种填料，为高度与直径相等的圆环，常用的直径为2575mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷环壁厚2.59.5mm，金属环壁厚 0.81.6mm。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。在拉西
15、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。由于拉西环在填装时容易产生架桥、空穴等现象，液体不易流入圆环的内部，所以极易产生液体的偏流、沟流和壁流，气液分布较差，传质效率低，又由于填料层持液量大，气体通过填料层折返的路径长，气体通过填料层的阻力大、通量小。故近年来使用较少。,(b)弧鞍填料 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。弧鞍填料的特点是表面不分内外全部敞开，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。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。其缺点是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，不能被液体润湿，使传质效率降低。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。,
