填料塔的知识填料塔的构造及其工作原理填料塔的作用是起到吸取作用,是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一 如下讲一下填料塔的构造特点: 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始终立式圆筒,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,与液体呈逆流持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持续接触式气液传质设备,两相构成沿塔高持续变化,在正常操作状态下,气相为持续相,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导致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,中间设立再分布装置液体再分布装置涉及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,操作弹性大等长处。
填料塔也有某些局限性之处,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,使传质效率减少;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 填料的分类填料的种类诸多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料 1.散装填料 散装填料是一种个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料散装填料根据构造特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等现简介几种较为典型的散装填料: 拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍填料 矩鞍填料 金属环矩鞍填料 球形填料 (1)拉西环填料于19由拉西(F. Rashching)发明,为外径与高度相等的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 (2)鲍尔环填料是对拉西环的改善,在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的侧边在环中心相搭鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的运用率,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长50%以上,传质效率提高30%左右。
鲍尔环是一种应用较广的填料 (3)阶梯环填料是对鲍尔环的改善,与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半并在一端增长了一种锥形翻边由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均途径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力锥形翻边不仅增长了填料的机械强度,并且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不仅增长了填料间的空隙,同步成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以增进液膜的表面更新,有助于传质效率的提高阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种 (4)弧鞍填料属鞍形填料的一种,其形状犹如马鞍,一般采用瓷质材料制成弧鞍填料的特点是表面所有敞开,不分内外,液体在表面两侧均匀流动,表面运用率高,流道呈弧形,流动阻力小其缺陷是易发生套叠,致使一部分填料表面被重叠,使传质效率减少弧鞍填料强度较差,容破碎,工业生产中应用不多 (5)矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面,且两面大小不等,即成为矩鞍填料矩鞍填料堆积时不会套叠,液体分布较均匀矩鞍填料一般采用瓷质材料制成,其性能优于拉西环目前,国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代 (6)金属环矩鞍填料环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形构造特点而设计出的一种新型填料,该填料一般以金属材质制成,故又称为金属环矩鞍填料。
环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的长处集于一体,其综合性能优于鲍尔环和阶梯环,在散装填料中应用较多 (7)球形填料一般采用塑料注塑而成,其构造有多种球形填料的特点是球体为空心,可以容许气体、液体从其内部通过由于球体构造的对称性,填料装填密度均匀,不易产生空穴和架桥,因此气液分散性能好球形填料一般只合用于某些特定的场合,工程上应用较少 除上述几种较典型的散装填料外,近年来不断有构型独特的新型填料开发出来,如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册 2.规整填料 规整填料是按一定的几何构形排列,整洁堆砌的填料规整填料种类诸多,根据其几何构造可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等 (1)格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的,具有多种构造形式工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料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,其中以格里奇格栅填料最具代表性 格栅填料的比表面积较低,重要用于规定压降小、负荷大及防堵等场合 (2)波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料,它是由许多波纹薄板构成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠。
各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90°排列 波纹填料按构造可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分 金属丝网波纹填料是网波纹填料的重要形式,它是由金属丝网制成的金属丝网波纹填料的压减少,分离效率很高,特别合用于精密精馏及真空精馏装置,为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段尽管其造价高,但因其性能优良仍得到了广泛的应用 金属板波纹填料是板波纹填料的一种重要形式该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔,可起到粗分派板片上的液体、加强横向混合的作用波纹板片上轧成细小沟纹,可起到细分派板片上的液体、增强表面润湿性能的作用金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别合用于大直径塔及气液负荷较大的场合 金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料它与金属孔板波纹填料的重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0.4~0.5mm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 波纹填料的长处是构造紧凑,阻力小,传质效率高,解决能力大,比表面积大(常用的有125、150、250、350、500、700等几种)。
波纹填料的缺陷是不适于解决粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高 (3)脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体,按一定方式拼装而成的一种规整填料脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,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、扩大的交替反复,实现了“脉冲”传质过程 脉冲填料的特点是解决量大,压降小,是真空精馏的抱负填料因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别合用于大塔径的场合。