1、1,第3章 蒸馏和吸收塔设备,3.2 填料塔,3.2.1 填料塔的结构与特点,3.2.2 填料塔的类型与性能评价,3.2.3 填料塔的流体力学性能,3.2.4 填料塔的内件,3.2.5 填料塔的设计,2,一、填料塔的结构,填料塔为连续接触式气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板及液体再分布装置等部件构成。,1-塔壳体 2-液体分布器 3-填料压板 4-填料 5-液体再分布 6-填料支承板,填料塔结构示意图,填 料 塔,液相,连续相,气相,分散相,3,与板式塔相比，填料塔具有以下特点：,生产能力大；,侧线进料和出料较难。,二、填料塔的特点,压力降小，持液量小；
2、,操作弹性大；,分离效率高；,造价较高；,易堵塞；,4,一、填料的类型,(1) 环形填料,拉西环,勒辛环,十字隔 板环,螺旋环,鲍尔环,阶梯环,扁环,改变通量，改善气液流动状况,增加填料比表面积,1.散装填料,5,鲍尔环,一、填料的类型,拉西环,6,阶梯环,扁环,一、填料的类型,7,(2)鞍形填料与环鞍形填料,弧鞍填料,改进矩鞍填料,矩鞍填料,与环形填 料相结合,环矩鞍填料,一、填料的类型,8,弧鞍填料,矩鞍填料,一、填料的类型,9,金属环矩鞍填料,一、填料的类型,10,(3)球形填料与花环填料,1)球形填料,多面球填料；,花环填料；,通常用塑料注塑而成,TRI球形填料。,共轭环填料；,海尔环
3、填料；,纳特环填料。,2)花环填料,一、填料的类型,11,多面球形填料,TRI 球形填料,一、填料的类型,12,海尔环填料,一、填料的类型,13,花环填料,14,纳特环填料,一、填料的类型,纳特环填料是一种形似环型与鞍型填料，这种填料才用薄板冲压制成侧壁开孔的环鞍型填料。在鞍的背部有一个开着数个圆孔的凸缘加强筋，在筋的两侧有两个与鞍反向的半圆环，半圆环的直径一个大，一个小。直径不同，可避免填料堆积时套叠，形成均匀开敞的填料层。,15,共轭环填料,16,鞍环、扁环结构融为一体，由多个鞍环、扁环填料连体而成，与普通填料相比：通量大，可提高10-30%；压碎降小，下降5-15%单元；传质高度低，可下
4、降5-35%；结构为无翻动结构，避免了汽液滞留。自分布性能优良，对汽液分布器要求远远低于规整填料。,17,2.规整填料,18,木格栅填料,格里奇格栅填料,一、填料的类型,19,(1)格栅填料,格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。,一、填料的类型,20,格栅填料格栅填料层整体性好，空隙率高。它能防止汽液急流突然冲击而致的变形与松动。又因构件可自由膨胀，故适用于石油减压，精馏及催化裂化主精馏塔等易堵塞而温度
5、又很高的场合。,21,(2)波纹填料,目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30和45两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类。,一、填料的类型,22,板波纹,丝网波纹,优点:结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。 缺点:不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。,网波纹填料和板波纹填料,金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于
6、精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。其造价高。,波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。,23,金属孔板波纹填料,金属丝网波纹填料,一、填料的类型,24,陶瓷板波纹填料,塑料板波纹填料,一、填料的类型,25,二、填料的性能及其评价,(1)比表面积,单位体积填料层的表面积称为比表面积，以表示，其单位为 m2/m3。,传质面积,传质效率,流动阻力,生产能力,分析,1.填料的几何特性,26,(2)空隙率,单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位
7、为 m3/m3，或以%表示。,流动阻力,塔压降,生产能力,传质效率,流动阻力,分析,二、填料的性能及其评价,27,(3)填料因子,填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填料因子，以 表示，其单位为1/m。,分析,传质效率,流动阻力,生产能力,干填料因子,二、填料的性能及其评价,28,在操作状态下,湿填料因子,压降填料因子 P,泛点填料因子 F,L,湿填料因子,P,p,操作气速 u,F,pF,泛点气速 uF,二、填料的性能及其评价,29,2.填料的性能评价,填料的性能评价指标：,生产能力大；,传质效率高；,填料层压降低；,操作弹性大；,造价低。,二、填料的性能及其评价,30,9 种填料综合性能评
8、价填料名称 评估值 评 价 排序 丝网波纹填料 0.86 很好 1孔板波纹填料 0.61 相当好 2金属Intalox填料 0.59 相当好 3金属鞍形环填料 0.57 相当好 4金属阶梯环填料 0.53 一般好 5金属鲍尔环填料 0.51 一般好 6瓷Intalox填料 0.41 较好 7瓷鞍形环填料 0.38 略好 8瓷拉西环填料 0.36 略好 9,二、填料的性能及其评价,31,练 习 题 目,思考题,作业题: 无,1.填料有哪些主要类型？ 2.填料的几何特性包括哪些参数？,32,3.2 填料塔,3.2.3 填料塔的流体力学性能,第3章 蒸馏和吸收塔设备,33,一、填料层的持液量,填料层
9、的持液量是指在一定操作的条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积。,持液量,总持液量 Ht,动持液量 Hc,静持液量 Hs,HtHc Hs,分析,Ht,填料层 压降,传质效率,生产能力,34,二、气体通过填料层的压降,填料层的压降形成,液膜与上升气体的摩擦,u 一定，,L,L 一定，,u,填料塔的流体力学性能,分析,uc,单位高度填料层压降,35,填料层的p/z - u关系,泛点,载点,液泛区,载液区,恒持液量区,36,三、液 泛,在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被
10、破坏，此种情况称为液泛。,液泛时的空塔气速,泛点气速 uF,37,uF,影响液泛 的因素,填料特性,流体物性,L,L,V,液气比,wL/wV,分析,uF,uF,uF,uF,三、液 泛,38,四、液体喷淋密度和填料表面的润湿,1.液体喷淋密度,单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积 液体喷淋密度。,m3/(m2h),Lh, 液体体积流量，m3/h；,填料塔的截面积，m2。,式中：,39,2.最小液体喷淋密度,为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值 最小液体喷淋密度。,式中：Umin,Lmin,最小液体喷淋密度，m3/(m2h)；,最小喷淋密 度计算式,经验值,四、液体喷淋密度
11、和填料表面的润湿, 最小润湿速率，m3/(mh)。,40,第3章 蒸馏和吸收塔设备,3.2 填料塔,3.2.4 填料塔的内件,41,一、填料支承装置,填料支承装置的作用是支承塔内的填料。,填料支承 装置类型,栅板型,孔管型,驼峰型,42,二、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层发生松动和跳动。,填料压紧 装置类型,栅板型,网板型,43,三、液体分布装置,液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以喷洒在填料层的上方。,液体分布 装置类型,喷头式,盘式,管式,槽式,槽盘式,44,喷头式液体分布器,三、液体分布装置,45,盘式液体分布器,三、液体分布装置,46,管式液体分布器
12、,47,槽式液体分布器,三、液体分布装置,48,槽盘式液体分布器,三、液体分布装置,49,四、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壁流。壁流导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。,液体收集及再分布装置类型,截锥式,斜板式,槽盘式液体分布器,50,截锥式液体收集及再分布器,四、液体收集及再分布装置,51,斜板式液体收集器,四、液体收集及再分布装置,52,第3章 蒸馏和吸收塔设备,3.2 填料塔,3.2.5 填料塔的设计,53,一、填料的选择,1.填料类型的选择,填料类型的选择考虑因素：,填料的传质效率要
13、高；,填料的通量要大；,填料的压降要低；,填料抗污堵性能强；,填料便于拆装、检修。,54,2.填料规格的选择,散装填料常用的规格（公称直径）有DN16 DN25 DN38 DN50 DN76,(1)散装填料规格的选择,填料规格,传质效率,填料层压降,选择原则：D/d 8,塔径,填料公称直径,一、填料的选择,55,(2)规整填料规格的选择,规整填料常用的规格（比表面积）有 125 150 250 350 500 700,同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费用等方面综合考
14、虑。,一、填料的选择,56,二、填料塔工艺尺寸的计算,1.塔径的计算,操作气速 u 计算：,泛点气速法，,动能因子法，,用于散装填料塔计算；,用于规整填料塔计算。,57,(1)泛点气速法,液泛气速 uF,操作气速 u,泛点率(安全系数),散装填料,规整填料,85%,95%,二、填料塔工艺尺寸的计算,58,1）贝恩霍根关联式,式中：A、K 关联式常数，由有关手册查出。,2）埃克特(Eckert)通用关联图,散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。,二、填料塔工艺尺寸的计算,59,埃克特通用关联图,横坐标,纵坐标,60,(2) 动能因子法,气相动能因子 F,操作气速 u,气相动能因子 F的获得
15、方法如下：,查有关填料手册；,由实验测定。,二、填料塔工艺尺寸的计算,61,2.填料层高度的计算,(1)传质单元高度法,(2)等板高度法,注意问题：,填料层的分段；,设计填料层高度,二、填料塔工艺尺寸的计算,62,三、填料层压降的计算,1.散装填料压降的计算,2.规整填料压降的计算,由压降关联式计算；,由实验曲线计算。,计算方法：由埃克特通用关联图计算。,计算方法：,63,横坐标,纵坐标,埃克特通用关联图,64,课外资料：国内常用的填料手册,1 李锡源,等. 新型工业塔填料应用手册散装 填料部分. 西安: 化学工业部第六设计院,1989. 2 刘乃鸿,等. 工业塔新型规整填料应用手册.天津:
16、天津大学出版社,1993. 3 王树楹,等. 现代填料塔技术指南.北京:中国石化出版社,1998. 4 徐崇嗣,等. 塔填料产品及技术手册.北京:化学工业出版社,1995.,65,练 习 题 目,思考题,作业题: 2、3,1.何为填料塔的载点和泛点？何为恒持液量区、载 液区和液泛区？ 2.填料塔的流体力学性能包括哪些方面？ 3.最小液体喷淋密度表示何种意义？ 4.泛点率（安全系数）表示何种意义？,66,本 章 小 结,本章重点掌握内容,1.板式塔 板式塔的结构与塔板的主要类型； 板式塔的流体力学性能； 板式塔的操作特性。,2.填料塔 填料塔的结构与填料的主要类型； 填料的几何特性； 填料塔的流体力学性能。,
