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2、0.22.1 填料塔塔的结构构及其结结构特性性 11. 填填料塔的的结构如图所示示为填料料塔的结结构示意意图，填填料塔是是以塔内内的填料料作为气气液两相相间接触触构件的的传质设设备。填填料塔的的塔身是是一直立立式圆筒筒，底部部装有填填料支承承板，填填料以乱乱堆或整整砌的方方式放置置在支承承板上。填填料的上上方安装装填料压压板，以以防被上上升气流流吹动。液液体从塔塔顶经液液体分布布器喷淋淋到填料料上，并并沿填料料表面流流下。气气体从塔塔底送入入，经气气体分布布装置（小小直径塔塔一般不不设气体体分布装装置）分分布后，与与液体呈呈逆流连连续通过过填料层层的空隙隙，在填填料表面面上，气气液两相相密切接
3、接触进行行传质。填填料塔属属于连续续接触式式气液传传质设备备，两相相组成沿沿塔高连连续变化化，在正正常操作作状态下下，气相相为连续续相，液液相为分分散相。当液体沿沿填料层层向下流流动时，有有逐渐向向塔壁集集中的趋趋势，使使得塔壁壁附近的的液流量量逐渐增增大，这这种现象象称为壁壁流。壁壁流效应应造成气气液两相相在填料料层中分分布不均均，从而而使传质质效率下下降。因因此，当当填料层层较高时时，需要要进行分分段，中中间设置置再分布布装置。液液体再分分布装置置包括液液体收集集器和液液体再分分布器两两部分，上上层填料料流下的的液体经经液体收收集器收收集后，送送到液体体再分布布器，经经重新分分布后喷喷淋到
4、下下层填料料上。填料塔具具有生产产能力大大，分离离效率高高，压降降小，持持液量小小，操作作弹性大大等优点点。填料塔也也有一些些不足之之处，如如填料造造价高；当液体体负荷较较小时不不能有效效地润湿湿填料表表面，使使传质效效率降低低；不能能直接用用于有悬悬浮物或或容易聚聚合的物物料；对对侧线进进料和出出料等复复杂精馏馏不太适适合等。2. 填填料特性性的评价价（1）比比表面积积塔内单位位体积填填料层具具有的填填料表面面积，mm2/m3。填料料比表面面积的大大小是气气液传质质比表面面积大小小的基础础条件。须须说明两两点：第第一，操操作中有有部分填填料表面面不被润润湿，以以致比表表面积中中只有某某个分率
5、率的面积积才是润润湿面积积。据资资料介绍绍，填料料真正润润湿的表表面积只只占全部部填料表表面积的的（200500）%。第二二，有的的部位填填料表面面虽然润润湿，但但液流不不畅，液液体有某某种程度度的停滞滞现象。这这种停滞滞的液体体与气体体接触时时间长，气气液趋于于平衡态态，在塔塔内几乎乎不构成成有效传传质区。为为此，须须把比表表面积与与有效的的传质比比表面积积加以区区分。但但比表面面积仍不不失为重重要的参参量。（2）空空隙率塔内单位位体积填填料层具具有的空空隙体积积，m2/m3。为一分分数。值值大则气气体通过过填料层层的阻力力小，故故值以高高为宜。对于乱堆堆填料，当当塔径与与填料尺尺寸之比比大
6、于88时，因因每个填填料在塔塔内的方方位是随随机的，填填料层的的均匀性性较好，这这时填料料层可视视为各向向同性，填填料层的的空隙率率就是填填料层内内任一横横截面的的空隙截截面分率率。当气体以以一定流流量过填填料层时时，按塔塔横截面面积计的的气速称称为“空塔气气速”（简称称空速），而而气体在在填料层层孔隙内内流动的的真正气气速为。二二者关系系为：。（3）塔塔内单位位体积具具有的填填料个数数根据计算算出的塔塔径与填填料层高高度，再再根据所所选填料料的n值值，即可可确定塔塔内需要要的填料料数量。一般要求塔径与填料尺寸之比（此比值在815之间为宜），以便气、液分布均匀。若，在近塔壁处填料层空隙率比填料
7、层中心部位的空隙率明显偏高，会影响气液的均匀分布。若值过大，即填料尺寸偏小，气流阻力增大。10.22.2 气液两两相在填填料层内内的流动动填料塔的的流体力力学性能能主要包包括填料料层的持持液量、填填料层的的压降、液液泛、填填料表面面的润湿湿及返混混等。1. 填填料层的的持液量量填料层的的持液量量是指在在一定操操作条件件下，在在单位体体积填料料层内所所积存的的液体体体积，以以(m33液体)/(mm3填料)表示。持持液量可可分为静静持液量量Hs、动持持液量HHo和总持持液量HHt。静持持液量是是指当填填料被充充分润湿湿后，停停止气液液两相进进料，并并经排液液至无滴滴液流出出时存留留于填料料层中的的
8、液体量量，其取取决于填填料和流流体的特特性，与与气液负负荷无关关。动持持液量是是指填料料塔停止止气液两两相进料料时流出出的液体体量，它它与填料料、液体体特性及及气液负负荷有关关。总持持液量是是指在一一定操作作条件下下存留于于填料层层中的液液体总量量。显然然，总持持液量为为静持液液量和动动持液量量之和，即即填料层的的持液量量可由实实验测出出，也可可由经验验公式计计算。一一般来说说，适当当的持液液量对填填料塔操操作的稳稳定性和和传质是是有益的的，但持持液量过过大，将将减少填填料层的的空隙和和气相流流通截面面，使压压降增大大，处理理能力下下降。2. 填填料层的的压降在逆流操操作的填填料塔中中，从塔塔
9、顶喷淋淋下来的的液体，依依靠重力力在填料料表面成成膜状向向下流动动，上升升气体与与下降液液膜的摩摩擦阻力力形成了了填料层层的压降降。填料料层压降降与液体体喷淋量量及气速速有关，在在一定的的气速下下，液体体喷淋量量越大，压压降越大大；在一一定的液液体喷淋淋量下，气气速越大大，压降降也越大大。将不不同液体体喷淋量量下的单单位填料料层的压压降DPP/Z与与空塔气气速u的关系系标绘在在对数坐坐标纸上上，可得得到如图图3-113所示示的曲线线簇。在图片110-553 中中，直线线0表示示无液体体喷淋（L=0）时，干填料的P/Zu关系，称为干填料压降线。曲线1、2、3表示不同液体喷淋量下，填料层的P/Zu
10、关系，称为填料操作压降线。从图中可可看出，在在一定的的喷淋量量下，压压降随空空塔气速速的变化化曲线大大致可分分为三段段：当气气速低于于A点时时，气体体流动对对液膜的的曳力很很小，液液体流动动不受气气流的影影响，填填料表面面上覆盖盖的液膜膜厚度基基本不变变，因而而填料层层的持液液量不变变，该区区域称为为恒持液液量区。此此时PP/Zu为一一直线，位位于干填填料压降降线的左左侧，且且基本上上与干填填料压降降线平行行。当气气速超过过A点时时，气体体对液膜膜的曳力力较大，对对液膜流流动产生生阻滞作作用，使使液膜增增厚，填填料层的的持液量量随气速速的增加加而增大大，此现现象称为为拦液。开开始发生生拦液现现
11、象时的的空塔气气速称为为载点气气速，曲曲线上的的转折点点A，称称为载点点。若气气速继续续增大，到到达图中中B点时时，由于于液体不不能顺利利向下流流动，使使填料层层的持液液量不断断增大，填填料层内内几乎充充满液体体。气速速增加很很小便会会引起压压降的剧剧增，此此现象称称为液泛泛，开始始发生液液泛现象象时的气气速称为为泛点气气速，以以uF表示，曲曲线上的的点B，称称为泛点点。从载载点到泛泛点的区区域称为为载液区区，泛点点以上的的区域称称为液泛泛区。应予指出出，在同同样的气气液负荷荷下，不不同填料料的PP/Zu关系曲曲线有所所差异，但但其基本本形状相相近。对对于某些些填料，载载点与泛泛点并不不明显，
12、故故上述三三个区域域间无截截然的界界限。3 液液泛在泛点气气速下，持持液量的的增多使使液相由由分散相相变为连连续相，而而气相则则由连续续相变为为分散相相，此时时气体呈呈气泡形形式通过过液层，气气流出现现脉动，液液体被大大量带出出塔顶，塔塔的操作作极不稳稳定，甚甚至会被被破坏，此此种情况况称为淹淹塔或液液泛。影影响液泛泛的因素素很多，如如填料的的特性、流流体的物物性及操操作的液液气比等等。填料特性性的影响响集中体体现在填填料因子子上。填填料因子子F值越越小，越越不易发发生液泛泛现象。流体物性性的影响响体现在在气体密密度rV、液体体的密度度rL和粘度度mL上。气气体密度度越小，液液体的密密度越大大
13、、粘度度越小，则则泛点气气速越大大。操作的液液气比愈愈大，则则在一定定气速下下液体喷喷淋量愈愈大，填填料层的的持液量量增加而而空隙率率减小，故故泛点气气速愈小小。4 液液体喷淋淋密度和和填料表表面的润润湿填料塔中中气液两两相间的的传质主主要是在在填料表表面流动动的液膜膜上进行行的。要要形成液液膜，填填料表面面必须被被液体充充分润湿湿，而填填料表面面的润湿湿状况取取决于塔塔内的液液体喷淋淋密度及及填料材材质的表表面润湿湿性能。液体喷淋淋密度是是指单位位塔截面面积上，单单位时间间内喷淋淋的液体体体积，以以U表示，单单位为mm3/（mm2h）。为为保证填填料层的的充分润润湿，必必须保证证液体喷喷淋密
14、度度大于某某一极限限值，该该极限值值称为最最小喷淋淋密度，以以Uminn表示。最最小喷淋淋密度通通常采用用下式计计算，即即式中Ummin最小小喷淋密密度，mm3/（mm2h）；(LW)minn最小小润湿速速率，mm3/（mmh）；a 填料的的比表面面积，mm2/m3。最小润湿湿速率是是指在塔塔的截面面上，单单位长度度的填料料周边的的最小液液体体积积流量。其其值可由由经验公公式计算算，也可可采用经经验值。对对于直径径不超过过75mmm的散散装填料料，可取取最小润润湿速率率(LW)minn为0.08 m3/（mmh）；对于直直径大于于 755mm的的散装填填料，取取(LW)minn =00.122
15、 m33/（mmh）。填料表面面润湿性性能与填填料的材材质有关关，就常常用的陶陶瓷、金金属、塑塑料三种种材质而而言，以以陶瓷填填料的润润湿性能能最好，塑塑料填料料的润湿湿性能最最差。实际操作作时采用用的液体体喷淋密密度应大大于最小小喷淋密密度。若若喷淋密密度过小小，可采采用增大大回流比比或采用用液体再再循环的的方法加加大液体体流量，以以保证填填料表面面的充分分润湿；也可采采用减小小塔径予予以补偿偿；对于于金属、塑塑料材质质的填料料，可采采用表面面处理方方法，改改善其表表面的润润湿性能能。5返混混在填料塔塔内，气气液两相相的逆流流并不呈呈理想的的活塞流流状态，而而是存在在着不同同程度的的返混。造造成返混混现象的的原因很很多，如如：填料料层内的的气液分分布不均均；气体体和液体体在填料料层内的的沟流；液体喷喷淋密度度过大时时所造成成的气体体局部向向下运动动；塔内内气液的的湍流脉脉动使气气液微团团停留时时间不一一致等。填填料塔内内流体的的返混使使得传质质平均推推动力变变小，传传质效率率降低。因因此，按按理想的的活塞流流设计的的填料层层高度，因因返混的的影响需需适当加加高，以以保证预预期的分分离效果果。10.22.3 填料塔塔的传质质1.相际际接触面面积
