1、1第3章 蒸餾和吸收塔設備3.2 填料塔3.2.1 填料塔的結構與特點3.2.2 填料塔的類型與性能評價3.2.3 填料塔的流體力學性能3.2.4 填料塔的內件3.2.5 填料塔的設計2一、填料塔的結構 填料塔為連續接觸式氣液傳質設備，它主要由圓柱形殼體、液體分布器、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構成。 1-塔殼體2-液體分布器3-填料壓板4-填料5-液體再分布6-填料支承板填料塔結構示意圖填料塔液相連續相氣相分散相3與板式塔相比，填料塔具有以下特點：生產能力大；側線進料和出料較難。二、填料塔的特點壓力降小，持液量小；操作彈性大；分離效率高；造價較高；易堵塞；4一、填料的類

2、型(1) 環形填料 拉西環勒辛環十字隔板環螺旋環鮑爾環階梯環扁環改變通量，改善氣液流動狀況增加填料比表面積1.散裝填料5鮑爾環一、填料的類型拉西環拉西環6階梯環扁環一、填料的類型7(2)鞍形填料與環鞍形填料 弧鞍填料改進矩鞍填料矩鞍填料與環形填料相結合環矩鞍填料一、填料的類型8弧鞍填料矩鞍填料一、填料的類型9金屬環矩鞍填料一、填料的類型10(3)球形填料與花環填料 1)球形填料 多面球填料； 花環填料； 通常用塑料注塑而成TRI球形填料。 共軛環填料； 海爾環填料； 納特環填料。 2)花環填料一、填料的類型11多面球形填料TRI 球形填料一、填料的類型12海爾環填料一、填料的類型13花環填料1

3、4納特環填料一、填料的類型納特環填料是一種形似環型與鞍型填料，這種填料才用薄板沖壓制成側壁開孔的環鞍型填料。在鞍的背部有一個開著數個圓孔的凸緣加強筋，在筋的兩側有兩個與鞍反向的半圓環，半圓環的直徑一個大，一個小。直徑不同，可避免填料堆積時套疊，形成均勻開敞的填料層。 15共軛環填料16鞍環、扁環結構融為一體，由多個鞍環、扁環填料連體而成，與普通填料相比：通鞍環、扁環結構融為一體，由多個鞍環、扁環填料連體而成，與普通填料相比：通量大，可提高量大，可提高10-30%；壓碎降小，下降；壓碎降小，下降5-15%單元；傳質高度低，可下降單元；傳質高度低，可下降5-35%；結構為無翻動結構，避免了汽液滯留

4、。自分布性能優良，對汽液分布器要求遠遠低結構為無翻動結構，避免了汽液滯留。自分布性能優良，對汽液分布器要求遠遠低于規整填料。于規整填料。 172.規整填料18木格柵填料格里奇格柵填料一、填料的類型19(1)格柵填料 格柵填料是以條狀單元體經一定規則組合而成的，具有多種結構形式。工業上應用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填料、網孔格柵填料、蜂窩格柵填料等。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場合。 一、填料的類型20格柵填料格柵填料格柵填料層整體性好，空隙率高。它能防止汽液急流突然沖擊而致的變形格柵填料層整體性好，空隙率高。它能防止汽液急流突然沖擊

5、而致的變形與松動。又因構件可自由膨脹，故適用于石油減壓，精餾及催化裂化主精與松動。又因構件可自由膨脹，故適用于石油減壓，精餾及催化裂化主精餾塔等易堵塞而溫度又很高的場合。餾塔等易堵塞而溫度又很高的場合。 21(2)波紋填料 目前工業上應用的規整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30和45兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90排列。 波紋填料按結構可分為網波紋填料和板波紋填料兩大類。一、填料的類型22板波紋板波紋絲網波紋絲網波紋優點優點:結構緊湊，阻力小，傳質效率高，處理結構緊湊，阻力小，傳質效率高，處理能力大

6、，比表面積大（常用的有能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。等幾種）。缺點缺點:不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價高。的物料，且裝卸、清理困難，造價高。 網波紋填料和板波紋填料網波紋填料和板波紋填料 金屬絲網波紋填料的壓降低，分離效率很高，金屬絲網波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。其造價高。其造價高。 波紋板片上軋成細小溝紋，

7、可起到細分配板片波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。大直徑塔及氣液負荷較大的場合。 23金屬孔板波紋填料金屬絲網波紋填料一、填料的類型24陶瓷板波紋填料塑料板波紋填料一、填料的類型25二、填料的性能及其評價 (1)比表面積 單位體積填料層的表面積稱為比表面積，以 表示，其單位為 m2/m3。 傳質面積傳質效率流動阻力生產能力分析1.填料的幾何特性 26(2)空隙率 單位體積填料層的空隙體積稱為空隙率，以

8、 表示，其單位為 m3/m3，或以%表示。 流動阻力塔壓降生產能力傳質效率流動阻力分析二、填料的性能及其評價 27(3)填料因子 填料的比表面積與空隙率三次方的比值稱為填料因子，以 表示，其單位為1/m。 3分析傳質效率流動阻力生產能力干填料因子二、填料的性能及其評價 28在操作狀態下濕填料因子壓降填料因子 P泛點填料因子 FL濕填料因子Pp 操作氣速 uFpF 泛點氣速 uF二、填料的性能及其評價 292.填料的性能評價 填料的性能評價指標： 生產能力大；傳質效率高；填料層壓降低；操作彈性大；造價低。二、填料的性能及其評價 30 9 種填料綜合性能評價 填料名稱 評估值 評 價 排序 絲網波

9、紋填料 0.86 很好 1 孔板波紋填料 0.61 相當好 2 金屬Intalox填料 0.59 相當好 3 金屬鞍形環填料 0.57 相當好 4 金屬階梯環填料 0.53 一般好 5 金屬鮑爾環填料 0.51 一般好 6 瓷Intalox填料 0.41 較好 7 瓷鞍形環填料 0.38 略好 8 瓷拉西環填料 0.36 略好 9 二、填料的性能及其評價 31練 習 題 目思考題作業題: 無1.填料有哪些主要類型？2.填料的幾何特性包括哪些參數？323.2 填料塔3.2.3 填料塔的流體力學性能第3章 蒸餾和吸收塔設備33一、填料層的持液量 填料層的持液量是指在一定操作的條件下，在單位體積填料

10、層內所積存的液體體積。 持液量總持液量 Ht動持液量 Hc靜持液量 HsHtHc Hs33mm液體填料()/()分析Ht填料層壓降傳質效率生產能力34二、氣體通過填料層的壓降 填料層的壓降形成液膜與上升氣體的摩擦u 一定，L L 一定，u填料塔的流體力學性能分析pppZp /uc單位高度填料層壓降35填料層的p/z - u關系泛點載點液泛區載液區恒持液量區36三、液 泛 在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變為連續相，而氣相則由連續相變為分散相，此時氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現脈動，液體被帶出塔頂，塔的操作極不穩定，甚至被破壞，此種情況稱為液泛。 液泛時的空塔氣速泛點氣速 uF37uF

11、影響液泛的因素填料特性流體物性LLV液氣比wL/wV分析uFuFuFuF三、液 泛38四、液體噴淋密度和填料表面的潤濕 1.液體噴淋密度 單位塔截面積上單位時間內噴淋的液體體積液體噴淋密度。hLUm3/(m2h)Lh 液體體積流量，m3/h；填料塔的截面積，m2。式中： 392.最小液體噴淋密度 為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值 最小液體噴淋密度。式中：UminminWmin()ULLmin最小液體噴淋密度，m3/(m2h)；最小噴淋密度計算式經驗值四、液體噴淋密度和填料表面的潤濕 最小潤濕速率，m3/(mh)。40第3章 蒸餾和吸收塔設備3.2 填料塔3.2.4 填

12、料塔的內件41一、填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承塔內的填料。填料支承裝置類型柵板型 孔管型 駝峰型 42二、填料壓緊裝置 填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發生松動和跳動。 填料壓緊裝置類型柵板型 網板型 43三、液體分布裝置 液體分布裝置作用是將進塔液體均勻分布，以噴灑在填料層的上方。液體分布裝置類型噴頭式 盤式 管式 槽式 槽盤式 44噴頭式液體分布器 三、液體分布裝置 45盤式液體分布器 三、液體分布裝置 46管式液體分布器 47槽式液體分布器 三、液體分布裝置 48槽盤式液體分布器 三、液體分布裝置 49四、液體收集及再分布裝置 液體沿填料層向下流動時，有偏向塔壁流

13、動的現象壁流。壁流導致填料層內氣液分布不均，使傳質效率下降。為減小壁流現象，可間隔一定高度在填料層內設置液體再分布裝置。 液體收集及再分布裝置類型截錐式 斜板式 槽盤式液體分布器 50截錐式液體收集及再分布器 四、液體收集及再分布裝置 51斜板式液體收集器 四、液體收集及再分布裝置 52第3章 蒸餾和吸收塔設備3.2 填料塔3.2.5 填料塔的設計53一、填料的選擇 1.填料類型的選擇 填料類型的選擇考慮因素： 填料的傳質效率要高；填料的通量要大；填料的壓降要低；填料抗污堵性能強；填料便于拆裝、檢修。542.填料規格的選擇 散裝填料常用的規格（公稱直徑）有 DN16 DN25 DN38 DN5

14、0 DN76(1)散裝填料規格的選擇 填料規格傳質效率填料層壓降選擇原則：D/d 8塔徑填料公稱直徑一、填料的選擇 55(2)規整填料規格的選擇 規整填料常用的規格（比表面積）有125 150 250 350 500 700 同種類型的規整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。故選用時，應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質以及設備投資、操作費用等方面綜合考慮。 一、填料的選擇 56二、填料塔工藝尺寸的計算 1.塔徑的計算 s4VDu操作氣速 u 計算：泛點氣速法，動能因子法，用于散裝填料塔計算；用于規整填料塔計算。57(1)泛點氣速法液泛氣速 uF

15、操作氣速 uF100uu泛點率(安全系數)散裝填料F/50u u 規整填料F/60uu 85%95%二、填料塔工藝尺寸的計算 581）貝恩霍根關聯式 1/41/820.2VVFLL3LVLlguwAKgw式中：A、K 關聯式常數，由有關手冊查出。2）埃克特(Eckert)通用關聯圖 散裝填料的泛點氣速可用埃克特通用關聯圖計算。二、填料塔工藝尺寸的計算 59埃克特通用關聯圖0.5VLVL()ww橫坐標縱坐標20.5VLL()ugH O2L60(2) 動能因子法氣相動能因子 F操作氣速 uVFu氣相動能因子 F的獲得方法如下：查有關填料手冊；由實驗測定。 二、填料塔工藝尺寸的計算 612.填料層高

16、度的計算 (1)傳質單元高度法 OGOGZHN(2)等板高度法 TZNHETP注意問題：填料層的分段；設計填料層高度 1.31.5ZZ 。二、填料塔工藝尺寸的計算 62三、填料層壓降的計算 1.散裝填料壓降的計算 2.規整填料壓降的計算 由壓降關聯式計算；由實驗曲線計算。計算方法：由埃克特通用關聯圖計算。計算方法：630.5VLVL()ww橫坐標縱坐標20.5VLL()ugH O2L埃克特通用關聯圖64課外資料：國內常用的填料手冊1 李錫源,等. 新型工業塔填料應用手冊散裝 填料部分. 西安: 化學工業部第六設計院,1989.2 劉乃鴻,等. 工業塔新型規整填料應用手冊.天津: 天津大學出版社,1993.3 王樹楹,等. 現代填料塔技術指南.北京