填料塔结构与特点|化工单元过程与操作

( 一) 填料塔的结构与特点

1.填料塔的结构 填料塔由塔体、填料、液体分布装置、填料压紧装置、填料支承装置、液体再分布装置等构成，如图3 -8 所示。

填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒在塔截面上并沿填料表面呈膜状下流。当塔较高时，由于液体有向塔壁面偏流的倾向，使液体分布逐渐变得不均匀，因此经过一定高度的填料层以后，需要液体再分布装置，将液体重新均匀分布到下段填料层的截面上，最后从塔底排出。

气体自塔下部经气体分布装置送入，通过填料支承装置在填料缝隙中的自由空间上升并与下降的液体接触，最后从塔顶排出。为了除去排出气体中夹带的少量雾状液滴，在气体出口处常装有除沫器。

填料层内气液两相呈逆流接触，填料的润湿表面即为气液两相的主要传质表面，两相的组成沿塔高连续变化。

2.填料塔的特点 与板式塔相比，填料塔具有以下特点:①结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。

②压力降较小，适合减压操作，且能耗低。

③分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。

④适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。

⑤适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。

⑥适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时间短。

⑦操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小时，填料表面不能很好地润湿，传质效果急剧下降;当液体负荷过大时，则易产生液泛。

⑧不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。

( 二) 填料的类型及性能评价

填料是填料塔的核心部分，它提供了气液两相接触传质的界面，是决定填料塔性能的主要因素。对操作影响较大的填料特性有:

1.比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，以δ 表示，其单位为m2/m3。显然，填料应具有较大的比表面积，以增大塔内传质面积。同一种类的填料，尺寸越小，则其比表面积越大。

2.空隙率 单位体积填料层所具有的空隙体积，称为填料的空隙率，以ε 表示，其单位为m3/m3。填料的空隙率大，则气液通过能力大且气体流动阻力小。

3.填料因子 将δ 与ε 组合成δ/ε3 的形式称为干填料因子，单位为m-1。填料因子表示填料的流体力学性能。当填料被喷淋的液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，δ 与ε 均发生相应的变化，此时δ/ε3 称为湿填料因子，以φ 表示。φ 值小则填料层阻力小，发生液泛时的气速提高，即流体力学性能好。

4.单位堆积体积的填料数目 对于同一种填料，单位堆积体积内所含填料的个数是由填料尺寸决定的。填料尺寸减小，填料数目可以增加，填料层的比表面积也增大，而空隙率减小，气体阻力也相应增加，填料造价提高。反之，若填料尺寸过大，在靠近塔壁处，填料层空隙很大，将有大量气体由此短路流过。为控制气流分布不均匀现象，填料尺寸不应大于塔径D 的

此外，从经济、实用及可靠的角度考虑，填料还应具有质量轻、造价低，坚固耐用，不易堵塞，耐腐蚀，有一定的机械强度等特性。各种填料往往不能完全具备上述各种条件，实际应用时，应依具体情况加以选择。

填料的种类很多，大致可分为散装填料和整砌填料两大类。散装填料是一粒粒具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以散装方式堆积在塔内。根据结构特点的不同，散装填料分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。整砌填料是一种在塔内整齐的有规则排列的填料，根据其几何结构可以分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。下面分别介绍几种常见的填料，见表3 -4。

表3-4　常见的填料

续表

(www.xing528.com)

图3-9　几种常见填料

无论散装填料还是整砌填料的材质均可用陶瓷、金属和塑料制造。陶瓷填料应用最早，其润湿性能好，但因较厚，空隙小，阻力大，气液分布不均匀导致效率较低，而且易破碎，故仅用于高温、强腐蚀性的场合。金属填料强度高，壁薄，空隙率和比表面积大，故性能良好。不锈钢较贵，碳钢便宜但耐腐蚀性差，在无腐蚀性场合广泛采用。塑料填料价格低廉，不易破碎，质轻耐蚀，加工方便，但润湿性能差。

填料的性能的优劣通常根据效率、通量及压降来衡量。在相同的操作条件下，填料塔内气液分布越均匀，表面润湿性能越优良，则传质效率越高;填料的空隙率越大，结构越开放，则通量越大，压降也越低。国内学者对九种常用填料的性能进行了评价，用模糊数学方法得出了各种填料的评估值，结论如表3 -5 所示。

表3-5　几种填料综合性能评价

( 三) 填料塔的附件

填料塔的附件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体再分布装置和除沫装置等。合理地选择和设计填料塔的附件，对保证填料塔的正常操作及良好的传质性能十分重要，见表3 -6。

表3-6　填料塔的附件

续表

图3-10　填料支承装置

图3-11　填料压紧装置

图3-12　液体分布装置

图3-13　液体再分布装置

图3-14　除沫器

活动建议 进行现场教学，了解填料及塔设备的结构。