填料塔結(jié)構(gòu)及工作原理

 

填料塔起著吸附作用，是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一。

 

填料塔的結(jié)構(gòu)***點(diǎn):

 

填料塔是以塔內(nèi)填料作為氣液相間接觸元件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔塔身為立式圓筒，塔底設(shè)有填料支撐板，填料以隨機(jī)堆或整棟形式放置在支撐板上。填料上方安裝有填料壓板，以防止上升氣流吹動(dòng)填料。液體通過(guò)液體分配器從塔***噴到填料上，并沿填料表面向下流動(dòng)。氣體從塔的底部進(jìn)料，通過(guò)氣體分配裝置分配(小直徑塔通常沒(méi)有氣體分配裝置)，并與液體逆流連續(xù)通過(guò)填料層的間隙。在填料表面，氣體和液體緊密接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸氣液傳質(zhì)設(shè)備。兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。在正常操作條件下，氣相是連續(xù)相，液相是分散相。

 

當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，趨于逐漸向塔壁集中，使得塔壁附近的液體流量逐漸增***。這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液兩相分布不均勻，降低了傳質(zhì)效率。因此，當(dāng)填充層較高時(shí)，需要用中間的重新分配裝置對(duì)其進(jìn)行分段。液體再分配裝置包括液體收集器和液體再分配器。從上填料流下的液體由液體收集器收集，送到液體再分布器，再分布后噴灑在下填料上。

 

填料塔具有生產(chǎn)能力***、分離效率高、壓降小、持液率小、操作靈活等***點(diǎn)。

 

填料塔也有一些缺點(diǎn)，如填料成本高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不能有效潤(rùn)濕，降低了傳質(zhì)效率；不能直接用于有懸浮物或易聚合的物料；不適用于側(cè)進(jìn)料、出料等復(fù)雜的精餾。

 

填料的分類(lèi)

 

填料有很多種，根據(jù)填料方式的不同，可以分為散裝和規(guī)整填料。

 

1.散裝填料

 

散堆填料是一種具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般在塔內(nèi)隨機(jī)堆積，也稱為隨機(jī)填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)***點(diǎn)不同可分為環(huán)填料、鞍填料、環(huán)鞍填料和球形填料。介紹了幾種典型的散裝填料:

 

拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧形鞍形填料、金屬環(huán)鞍形填料、球形填料。

 

(1)拉西環(huán)填料是F.Rashching于114年發(fā)明的，它是一種外徑和高度相等的環(huán)。萊西環(huán)填料氣液分布差，傳質(zhì)效率低，阻力***，通量小，目前在工業(yè)上應(yīng)用較少。

 

(2)鮑爾環(huán)填料是萊西環(huán)的改進(jìn)。萊西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)了兩排長(zhǎng)方形的窗戶。切割環(huán)壁的一側(cè)仍然與壁面連接，而另一側(cè)向內(nèi)彎曲形成向內(nèi)延伸的舌片，每個(gè)舌片的側(cè)面在環(huán)的中心重疊。由于環(huán)壁的開(kāi)口，環(huán)的內(nèi)部空間和內(nèi)表面的利用率******提高，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可提高50%以上，傳質(zhì)效率可提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種廣泛使用的填充物。

 

(3)階梯環(huán)填料是鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)的高度降低了一半，并在一端增加了錐形翻邊。隨著高徑比的減小，氣體繞填料外壁的平均路徑******縮短，氣體通過(guò)填料層的阻力減小。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，還使填料由線接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，不僅增***了填料間的間隙，而且成為液體沿填料表面流動(dòng)的聚集和分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，提高傳質(zhì)效率。階梯環(huán)的綜合性能***于鮑爾環(huán)，目前使用***的環(huán)形填料之一。

 

(4)弧形鞍形填料是鞍形填料的一種，形狀像馬鞍，一般用瓷材料制成?；⌒伟靶翁盍系?**點(diǎn)是表面完全敞開(kāi)，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流阻小。其缺點(diǎn)是容易嵌套，導(dǎo)致部分填料表面重疊，從而降低傳質(zhì)效率?；⌒伟白盍蠌?qiáng)度和破碎能力差，在工業(yè)生產(chǎn)中很少使用。

(5)矩形鞍形填料將弧形鞍形填料兩端的弧面變?yōu)椴煌叽绲木匦蚊?，成為矩形鞍形填料。鞍形填料堆積時(shí)不會(huì)嵌套，液體分布均勻。矩形鞍形填料一般采用瓷質(zhì)材料，其性能***于萊西環(huán)。目前，***內(nèi)******多數(shù)應(yīng)用的瓷萊西環(huán)已經(jīng)被瓷鞍填充物所取代。

 

(6)金屬環(huán)鞍形填料金屬環(huán)鞍形填料(***外稱為Intalox)是考慮環(huán)鞍結(jié)構(gòu)***點(diǎn)而設(shè)計(jì)的一種新型填料，一般由金屬材料制成，故又稱金屬環(huán)鞍形填料。環(huán)鞍填料結(jié)合了環(huán)填料和鞍填料的***點(diǎn)，綜合性能***于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，因此在散裝填料中得到廣泛應(yīng)用。

 

(7)球形填料一般由塑料注塑成型，結(jié)構(gòu)多樣。球形填料的***點(diǎn)是空心球，可以讓氣體和液體通過(guò)其內(nèi)部。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，堆積密度均勻，不易產(chǎn)生空隙和橋，因此氣液分散性能***。球形填料一般只適用于一些***殊場(chǎng)合，在工程中很少使用。

 

除了上述典型的散裝填料外，近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了具有******構(gòu)型的新型填料，如共軛環(huán)填料、海爾環(huán)填料、納***環(huán)填料等。工業(yè)上常用的散裝填料的***性數(shù)據(jù)可以在相關(guān)手冊(cè)中找到。

 

2.常規(guī)填料

 

規(guī)整填料是按照一定的幾何構(gòu)型排列并堆放整齊的填料。規(guī)整填料有很多種，按其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料和脈沖填料。

 

(1)格柵填料由條形單元規(guī)則組合而成，結(jié)構(gòu)形式多樣。工業(yè)上使用的早期格柵填料是木格柵填料。目前應(yīng)用比較廣泛的有Grics網(wǎng)格填料、網(wǎng)狀網(wǎng)格填料和蜂窩網(wǎng)格填料，其中以Grics網(wǎng)格填料為代表。

 

格柵填料的比表面積相對(duì)較低，主要用于壓降小、負(fù)荷***、防堵塞的場(chǎng)合。

 

(2)波紋填料目前工業(yè)上使用的規(guī)整填料多為波紋填料，是由許多波紋片組成的圓盤(pán)形填料。波紋和塔軸之間的傾角為30°和45°。組裝時(shí)，兩個(gè)相鄰的波紋板相對(duì)堆疊。每個(gè)填料塔盤(pán)垂直安裝在塔內(nèi)，相鄰兩個(gè)填料塔盤(pán)呈0度布置。

 

波紋填料按其結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)狀波紋填料和板式波紋填料，其材料分為金屬、塑料和陶瓷。

 

絲網(wǎng)波紋填料是絲網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由絲網(wǎng)制成的。絲網(wǎng)波紋填料壓力低，分離效率高，***別適用于精密精餾和真空精餾裝置，為難降解和熱敏性物質(zhì)的精餾提供了有效手段。雖然它的成本很高，但由于其***異的性能而得到了廣泛的應(yīng)用。

 

金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。填料的波紋板上沖壓出許多f5mm左右的小孔，可以將液體***致分布在板上，加強(qiáng)橫向混合。波紋片被卷成細(xì)槽，可以將液體精細(xì)地分布在片上，增強(qiáng)表面的潤(rùn)濕性。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，***別適用于***直徑塔和氣液負(fù)荷***的地方。

 

金屬壓延孔板波紋填料是另一種代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于，板的表面不是沖孔，而是扎孔，通過(guò)軋制在板上軋制出孔徑為0.4 ~ 0.5 mm的非常致密的扎孔。其分離能力與網(wǎng)波紋填料相似，但抗堵塞能力強(qiáng)于網(wǎng)波紋填料，且價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。

 

波紋填料的***點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、阻力低、傳質(zhì)效率高、處理量***、比表面積***(常用的有125、150、250、350、500、700等。).波紋填料的缺點(diǎn)是不適合處理高粘度、易聚合或懸浮物的物料，處理和清理困難，成本高。

 

(3)脈沖填料是由中空棱柱形個(gè)體以一定方式頸縮組裝而成的規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會(huì)形成多孔的縮口棱柱形通道，其縱向流道會(huì)交替收縮和膨脹，氣液兩相通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流。在頸縮段，氣體速度zui高，湍流強(qiáng)烈，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)。在膨脹段，氣體速度降低到zui，兩相分離。流動(dòng)通道收縮和膨脹的交替重復(fù)實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。

 

脈沖填料因其容量***、壓降小，是真空蒸餾的理想填料。由于其***異的配液性能，放***效果降低，因此***別適用于***塔徑場(chǎng)合。