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1、第二节第二节填料塔填料塔3.2.1 3.2.1 填料塔的结构特点填料塔的结构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。质设备。优点：优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大。操作弹性大。缺点：缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合润湿填料表面；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。的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。3.2.23.2.2 填
2、料填料填料填料填料塔的核心部件填料塔的核心部件作用作用：提供塔内气液两相接：提供塔内气液两相接触而进行传质和（或）传热的触而进行传质和（或）传热的表面表面 塔填料与塔内件一起决定填料塔填料与塔内件一起决定填料塔的性能塔的性能传质面积传质面积：被湿润的填料表面：被湿润的填料表面1 1. . 填料的几何特性填料的几何特性（1 1） 公称直径公称直径 dpdp （2 2） 比表面积比表面积 a at t, , （3 3） 空隙率空隙率 ， 与填料结构以及装填方式有关与填料结构以及装填方式有关 （4 4） 堆积密度：堆积密度：（5 5） 填料因子填料因子 ：填料的比表面积与空隙填料的比表面积与空隙率三
3、次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值率三次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，表明流动阻力越小。越小，表明流动阻力越小。一、塔填料一、塔填料二、塔填料的分类二、塔填料的分类n n堆积方式堆积方式堆积方式堆积方式：散堆，整砌：散堆，整砌：散堆，整砌：散堆，整砌n n 按按按按基本构形基本构形基本构形基本构形：环形填料、鞍形填料和球形填料三个系：环形填料、鞍形填料和球形填料三个系：环形填料、鞍形填料和球形填料三个系：环形填料、鞍形填料和球形填料三个系列列列列1 1 1 1、散堆填料、散堆填料、散堆填料、散堆填料: : : :散堆填料是一个个具有散堆填料是一个个具有散堆填料是一个个具
4、有散堆填料是一个个具有一定几何形状和尺寸一定几何形状和尺寸一定几何形状和尺寸一定几何形状和尺寸的的的的颗粒体颗粒体颗粒体颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为一般以随机的方式堆积在塔内，又称为一般以随机的方式堆积在塔内，又称为一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒乱堆填料或颗粒乱堆填料或颗粒乱堆填料或颗粒填料填料填料填料。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等。陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料金属丝金属丝基材基材基材基材： 实体：实体：实体：实体： 网状
5、：网状：网状：网状： 在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成了各自的发展序列。了各自的发展序列。环形填料环形填料弧鞍弧鞍矩鞍、矩鞍、鞍型填料鞍型填料环矩鞍、环矩鞍、组合环、组合环、环鞍结合型填料环鞍结合型填料环、鞍型填料环、鞍型填料TRI球、球、TopPak、 MellaringVSP、球形填料球形填料散堆填料散堆填料拉西环、鲍尔环、拉西环、鲍尔环、阶梯环、共軛环、阶梯环、共軛环、QH扁环扁环（1 1）环形填料）环形填料1 1）拉西环填料）拉西环填料2 2
6、2 2）鲍尔环填料）鲍尔环填料）鲍尔环填料）鲍尔环填料3 3 3 3）阶梯环填料）阶梯环填料）阶梯环填料）阶梯环填料4 4）三叶环填料）三叶环填料5 5 5 5）QHQHQHQH扁环扁环扁环扁环（2 2）鞍形填料）鞍形填料1 1 1 1）弧鞍填料）弧鞍填料）弧鞍填料）弧鞍填料2 2 2 2）矩鞍填料）矩鞍填料）矩鞍填料）矩鞍填料3 3 3 3）环矩鞍填料）环矩鞍填料）环矩鞍填料）环矩鞍填料（3 3）球形填料）球形填料共轭环共轭环华南理工大学化工学院研制华南理工大学化工学院研制双鞍环双鞍环RICRICTMTM填料填料 ImpacImpac填料填料 规整填料规整填料格栅型填料格栅型填料格栅型填料格
7、栅型填料规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。脉冲填料等。脉冲填料等。脉冲填料等。波纹填料波纹填料波纹填料波纹填料规规整整波波纹纹填填料料塔塔示示意意图图塔填料的发展趋势塔填料的发展趋势散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、散堆填料朝着分离
8、效率高、通量大、压降低、散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋势。势。势。势。规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表规整填料的研究重点由几何结构的优
9、化转为表面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料前景诱人。前景诱人。前景诱人。前景诱人。性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型材质的高效填料有广阔的发展前景材质的高效填料有广阔的发展前景材质的高效填料有广阔的发展前景材质的高效填料有广阔的发展前景。散堆填料：散堆填料：散堆填料：散堆填料：投资省，装卸方便，对塔内件要求低投资省，装卸方便，对塔内件要求低投资省
10、，装卸方便，对塔内件要求低投资省，装卸方便，对塔内件要求低规整填料：规整填料：规整填料：规整填料：结构复杂，投资大，效率高结构复杂，投资大，效率高结构复杂，投资大，效率高结构复杂，投资大，效率高综合性能综合性能综合性能综合性能 规整填料规整填料规整填料规整填料 散堆填料散堆填料散堆填料散堆填料n填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填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。最低。填料的选择填料的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个填料种类的选择要考虑
11、分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：方面：(1) (1) 传质效率要高传质效率要高。一般而言，规整填料的传质效率高于散。一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。装填料。 (2) (2) 通量要大通量要大。在保证具有较高传质效率的前提下，应选择。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。具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。(3) (3) 填料层的压降要低。填料层的压降要低。(4) (4) 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。填料种类的选择填料种类的选择n n从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与从塔顶向下流动的液膜与填料表
12、面的摩擦和与从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。 n n液液液液(/(/(/(/气气气气) ) ) )流量流量流量流量 液膜厚度液膜厚度液膜厚度液膜厚度 n n液膜厚度直接影响气体通过填料层的液膜厚度直接影响气体通过填料层的液膜厚度直接影响气体通过填料层的液膜厚度直接影响气体通过填料层的pppp、u u u u液液液液泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。泛及塔内液体的持液量
13、等流体力学性能。泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。 填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能流体力学性能流体力学性能包括：包括：气体压降气体压降、液泛气速液泛气速、持液持液量及液量及液/ /气两相流体分布气两相流体分布等。等。一、气体通过填料层的一、气体通过填料层的压强降压强降压强降压强降的大小决定了填料塔的大小决定了填料塔的动力消耗，是设计过程的的动力消耗，是设计过程的重要参数。重要参数。常将不同喷淋量常将不同喷淋量( (包括包括LS=0)LS=0)下，随气速变化的下，随气速变化的pp分别分别画在同一个坐标上画在同一个坐标上恒定喷淋量下：恒定喷淋量下：恒定喷淋量下：恒定喷淋量下： n n气
14、速较低，填料表面液膜厚气速较低，填料表面液膜厚气速较低，填料表面液膜厚气速较低，填料表面液膜厚( ( ( (液固间摩擦力液固间摩擦力液固间摩擦力液固间摩擦力和和和和L L L LS S S S) ) ) )，与，与，与，与u u u u几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。 n n气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液膜加厚膜加厚膜加厚膜加厚出现拦液现象，载液线斜率出现拦液现象
15、，载液线斜率出现拦液现象，载液线斜率出现拦液现象，载液线斜率2222；但载点；但载点；但载点；但载点难测。难测。难测。难测。 n n再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某个高度上出现个高度上出现个高度上出现个高度上出现“积液层积液层积液层积液层”。 n n若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到若此时不增加
16、气速，积液层仍在扩大，则会达到若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到“液泛液泛液泛液泛”。此段斜率可以。此段斜率可以。此段斜率可以。此段斜率可以 10101010。寻找寻找寻找寻找u u u u液泛液泛液泛液泛,min,min,min,min：达液泛时速记录。：达液泛时速记录。：达液泛时速记录。：达液泛时速记录。二、液二、液 泛泛n n压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液体发生激烈的体发
17、生激烈的体发生激烈的体发生激烈的 轴向返混轴向返混轴向返混轴向返混 ，致使塔的分离效率严重恶化。，致使塔的分离效率严重恶化。，致使塔的分离效率严重恶化。，致使塔的分离效率严重恶化。n n对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显的积液，并伴有严重的飞沫现象。的积液，并伴有严重的飞沫现象。的积液，并伴有严重的飞沫现象。的积液，并伴有严重的飞沫现象。n n泛点一般由泛点一般由泛点一般由泛点一般由p pu u关系线上的转折点来确定。一般认为关系
18、线上的转折点来确定。一般认为关系线上的转折点来确定。一般认为关系线上的转折点来确定。一般认为液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔气速气速气速气速u u=(=(0.50.50.80.8) )u uf f n n影响液泛的主要因素：影响液泛的主要因素：影响液泛的主要因素：影响液泛的主要因素：填料的几何形状、填料的几何形状、填料的几何形状、填料的几何形状、 、 ；流流流流体物性：体物性：体物性：体物性： VV、 L L、 L L；气液流量；气液流量；气液流量；气液流量；
19、流动状况。流动状况。流动状况。流动状况。 塔填料附件塔填料附件 a.a.a.a.填料支承结构填料支承结构填料支承结构填料支承结构作用：作用：支承塔内的填料。支承塔内的填料。b b填料压紧装置填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。层发生松动和跳动。c.c.液体分布器液体分布器液体分布器液体分布器多孔环管式多孔环管式莲蓬头式莲蓬头式溢流管式溢流管式d. d. 液体收集及再分布装置液体收集及再分布装置液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为为壁
20、流壁流。壁流将导致填料层内。壁流将导致填料层内气液分布不均气液分布不均，使，使传质效率下降传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装液体再分布装置置。液体收集再分布装置液体收集再分布装置 【附附附附加加加加思思思思考考考考题题题题】有有有有一一一一吸吸吸吸收收收收塔塔塔塔，填填填填料料料料层层层层高高高高度度度度为为为为3m3m3m3m，在在在在常常常常压压压压、20202020用用用用清清清清水水水水来来来来吸吸吸吸收收收收氨氨氨氨和和和和空空空空气气气气混混混混合合合合气气气气体体体体中中中中的的的的氨氨氨氨。吸吸吸吸
21、收收收收率率率率为为为为99%99%99%99%，进进进进口口口口气气气气体体体体中中中中含含含含氨氨氨氨6%6%6%6%（体体体体积积积积% % % %），进进进进口口口口气气气气体体体体速速速速率率率率为为为为580kg.m580kg.m580kg.m580kg.m-2-2-2-2.h.h.h.h-1-1-1-1，进进进进口口口口清清清清水水水水速速速速率率率率为为为为770kg.m770kg.m770kg.m770kg.m- - - -2 2 2 2.h.h.h.h-1-1-1-1，假假假假设设设设在在在在等等等等温温温温条条条条件件件件下下下下逆逆逆逆流流流流吸吸吸吸收收收收操操操操作
22、作作作，平平平平衡衡衡衡关关关关系系系系y=0.9xy=0.9xy=0.9xy=0.9x，K K K KG G G G. . . .与与与与压压压压强强强强无无无无关关关关，而而而而与与与与气气气气体体体体质质质质量量量量流流流流速速速速的的的的0.80.80.80.8次次次次方方方方成成成成正正正正比比比比，分分分分别别别别计计计计算算算算下下下下列列列列操操操操作作作作条条条条件件件件下下下下，达达达达到到到到相相相相同分离程度所需填料层高度。同分离程度所需填料层高度。同分离程度所需填料层高度。同分离程度所需填料层高度。n n（1 1 1 1） 将将将将操操操操作作作作压压压压强强强强增增
23、增增加加加加一一一一倍倍倍倍（P=202.6kPaP=202.6kPaP=202.6kPaP=202.6kPa），其其其其他他他他条件不变。条件不变。条件不变。条件不变。n n（2 2 2 2） 将进口清水量增加一倍，其他条件不变。将进口清水量增加一倍，其他条件不变。将进口清水量增加一倍，其他条件不变。将进口清水量增加一倍，其他条件不变。 （3 3 3 3）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。 首首首首先先先先通通通通过过过过已已已已知知知知Z=3mZ=3m，以以以以及及及
24、及未未未未改改改改变变变变条条条条件件件件时时时时的的的的数数数数据据据据，和和和和Z Z的的的的计计计计算算算算公公公公式式式式，求求求求出出出出KKGG ，然然然然后后后后通通通通过过过过改改改改变变变变条条条条件件件件，对对对对Z Z计计计计算算算算式各种参数的影响，分别计算新的式各种参数的影响，分别计算新的式各种参数的影响，分别计算新的式各种参数的影响，分别计算新的Z Z。从上式看出：从上式看出：从上式看出：从上式看出：n n（1 1） 总压总压总压总压P P对对对对mm有影响，对有影响，对有影响，对有影响，对Z Z有影响。有影响。有影响。有影响。n n（2 2） 液体流量液体流量液体
25、流量液体流量L L，对，对，对，对Z Z有影响。有影响。有影响。有影响。n n（3 3）气体流量）气体流量）气体流量）气体流量VV，对，对，对，对Z Z有影响。有影响。有影响。有影响。解题思路：解题思路： 解题过程：解题过程：一、求现有条件下的一、求现有条件下的KG二分别计算：二分别计算：二分别计算：二分别计算：(1) (1) (1) (1) P P P P=2026kPa, =2026kPa, =2026kPa, =2026kPa, 由于亨利定律由于亨利定律由于亨利定律由于亨利定律E E E E与与与与P P P P无关无关无关无关E=mP=mPE=mP=mPE=mP=mPE=mP=mP此题复习了以下此题复习了以下几点内容几点内容：1、总压对相平衡常数的影响，、总压对相平衡常数的影响，P增加，增加，m减小，平衡线远减小，平衡线远离操作线，推动力增大，离操作线，推动力增大，Z减小，由减小，由3m减少至减少至1.184m2、液体流量增大，斜率增大，推动力增大，液体流量增大，斜率增大，推动力增大，Z减小减小3、气体流量增大，斜率、气体流量增大，斜率L/V减小，推动力减少，减小，推动力减少，NOG增大增大气体流量增大，总传质系数气体流量增大，总传质系数KGa也增大也增大20.8, HOG增大增大 20.2
