填料塔讲座.ppt

泛点气速 泛点气速：开始发生液泛时的气速。
设计气速取泛点气速的50%~80%。 填料的种类，物系的物性以及气液相负荷等对泛点有影响。 采用埃克特（Eckert）压降和气速通用关联图求泛点曲线。 根据两相流动参数由关联图泛点线查得纵坐标，继而求泛点气速。
壁效应： 壁效应：
若塔壁附近空隙率显著大于填料主体区，则会造成液体向壁区偏流, 造 成气体走短路，使填料塔操作恶化。 改进措施：加强液流入塔初始分布均匀性，在塔内设置液体再分布器， 以避免壁效应等。
气体
1 2 4 8 3 7
液体
6 5
填料（Tower packing） 填料（Tower packing）
填料性能与填料几何形状紧密相关，表征填料特性的数据主要有： 比表面积 a：单位体积填料层所具有的表面积（m2/m3）。大的 a 和良好 的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小， a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ε：单位体积填料所具有的空隙体积（m3/m3）。代表的是气液 两相流动的通道， ε 大，气液通过的能力大，ε = 0.45~0.95。 堆积密度 ρp ：单位体积填料的质量（kg/m3）。填料的壁要尽量减薄， 以降低成本又可增加空隙率。 其他：机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉。
c HETP = c1GG2 D c3 Z 3
1
αµ L ρL
式中： GG —— 气体的空塔质量速度，kg/(m2⋅h)； α —— 相对挥发度； D —— 塔径，m； µ —— 液体的粘度，mPa⋅s； Z —— 填料层高度，m； ρL —— 液体的密度，kg/m3； c1, c2, c3 —— 常数，取决于填料类型及尺寸。 适用范围： (1) 常压操作，操作气速为泛点气速的25~85%； (2) 高回流比操作； (3) α 值不大于3的碳氢化合物蒸馏系统； (4) 填料层高度0.9~3.0m，塔径0.5~0.75m，填料尺寸不大于塔径的1/8。

填料塔结构及填料性能
填料塔的结构及填料性能
（一） 填料塔结构
填料 液体分布器 液体再分布器 支承板 除沫器
（二） 填料性能
2
1.作用：提供传质面积； 促使分散、湍动、液膜更新。
2.填料特性 1）比表面积 a：单位堆积体积所具有的表面积， 1/m 2）空隙率ε： 单位体积填料所具有的空隙体积 ，m3/m3 3）干填料因子 ：a/ε3
湿填料因子φ——液体喷淋下测得的 a/ε3 。环、鲍尔环、阶梯环） 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹）
材料：陶瓷、金属、塑料
堆放：整砌、乱堆
4
拉西环 阶梯环
鲍尔环
环
5
鞍形环 板波纹
丝网波纹
槽式液体分布器
6

• 选择喷淋装置的原则是能使液体均匀地分布在填料上，使 整个塔截面的填料表面湿润、结构简单、制造和检修方便。
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提 供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装 置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要 求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的 填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环 的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向 环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。 开孔的面积占环壁总面积的35%左右。 由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用， 因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高 出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流 阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件 下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
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7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马 鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能 有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现 象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表 面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用 的类型。填料塔的基本特点是结构简单、 压力降小、传质效率高、便于采用耐腐 蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔

现象，容易产生沟流。
强度差，易破碎。应用
较少。
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❖ ⑤矩鞍型(intolox
saddle)：矩鞍形填料
结构不对称，堆积时
不重叠，均匀性更高。
该填料气流阻力小，
处理能ห้องสมุดไป่ตู้大，性能虽
不如鲍尔环好，但构
造简单，是一种性能
优良的填料。
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❖ ⑥环矩鞍(Intalox)：兼具 环型、鞍型填料的优点。 敞开的侧壁有利于气体 和液体通过，减少了填 料层内滞液死区。填料 层内流体孔道增多，使 气液分布更加均匀，传 质效率得以提高。
❖ 一般采用金属材质，机 械强度高。
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❖ ⑦球型：球体为空心，气体和液体从其内 部经过。由于球体结构的对称性，填料装 填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气 液分散性能好。
❖ 常采用塑料材质。一般用于特定场合，工 程上应用较少。
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❖ ⑧格栅填料：以条状单 元体经一定规则组合而 成，其结构随条状单元 体的形式和组合规则而 变，具有多种结构形式。 特点是比表面积较低， 主要用于低压降、大负 荷、防堵的场合。
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❖ 与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通 量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效 果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆 筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间 呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔 环相比气体阻力减少25%，生产能力提高 10%。
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❖ ③阶梯环：鲍尔环基础上改 造得出的。环壁上开有窗孔， 其高度为直径的一半。由于 高径比的减少，使得气体绕 填料外壁的平均路径大为缩 短，减少了阻力。
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❖ 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁 集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增 大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液 两相在填料层中分布不均，从而使传质效率 下降。因此，当填料层较高时，需要进行分 段，中间设置再分布装置。液体再分布装置 包括液体收集器和液体再分布器两部分，上 层填料流下的液体经液体收集器收集后，送 到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层 填料上。

填料塔课程设计.
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。Байду номын сангаас—陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特

?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大量带出塔顶塔的操作极不稳定甚至会被破坏此种情况称为淹塔或液泛
第六节 填料塔
填料塔的结构及填料的特性
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持 液量小，操作弹性大等优点。
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，液体被大量带出塔顶，塔 的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液 泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及 操作的液气比等。 填料特性的影响集中体现在填料因子上。填料因子F 值越小，越不易发生液泛现象。 流体物性的影响体现在气体密度、液体的密度和粘度 上。气体密度越小，液体的密度越大、粘度越小，则泛点 气速越大。 操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷淋量愈大 ，填料层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速愈小。
• 填料因子:填料的比表面积与空隙率三次方
的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示， 其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿 填料因子，填料未被液体润湿时的a/e3称为 干填料因子，它反映填料的几何特性；填料 被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜， a和e 均发生相应的变化，此时的a/e 3 称为 湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f 值越小，表明流动阻力越小。
填料层的持液量
在一定操作条件下，在单位体积填料层 内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填 料)表示。
一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳 定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填 料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理 能力下降。
填料层的压降

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一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气 体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高 冲击强度下使用，应用范围最为广泛。
(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、 聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯 材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱 和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使 用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易 碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收 、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿 性能差，但可通过适当的表面处理来改善。
填料塔
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一、填料类型
乱堆填料 如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环 按装填 （散装） 方式分 整砌填料 如：波纹板、波纹网
（规整）
鞍形填料 如弧鞍、矩鞍
实体填料 环形填料 如拉西环、鲍尔环
按基材分
板形
如栅板、波纹板
网体填料 如鞍形网、θ网、波纹网
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湿填料因子：填料被液体润湿后的 at ε3 ；反映填料 的流体力学特性。
Ф值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件
下的湿填料因子。 2、填料的性能评价——模糊评价（见下页表）
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填料名称 丝网波纹填料 孔板波纹填料 金属intalox 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环
瓷intalox 瓷鞍形环 瓷拉西环
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二、 填料塔的操作特性
填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力 及传质效率不变。
1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。 初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制 分布。取决于分布装置的设计。 动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依 靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、 填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。 研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.

4. 支承板 —— 支承填料层，使气体均匀分布。
5. 除沫器 —— 防止塔顶气体出口处夹带液体。
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二、填料作用及特性 1. 填料作用 （1）提供气液接触面； （2）强化气体湍动，降低气相传质阻力； （3）更新液膜表面，降低液相传质阻力。
2. 填料特性 （1）比表面积 a
定义：单位堆积体积所具有的表面积， [m2/m3]、[1/m]。 a 传质面积
此图显示出压降与泛点、填料因子、液汽 比等参数的关系。 应用： ▪ 求泛点气速 ▪ 根据允许压降值计算空塔气速或根据空塔气速 计算压降。
常压塔：ΔP = 15 ~ 50 mmH2O/ m填料； 真空塔：ΔP < 8 mmH2O/ m填料
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三、持液量 定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。 总持液量 （静持液量与动持液量之和 ） 静持液量：指填料层静止接受喷淋液体并经过规
量增加，此为拦液现象，出现拦液现象时的气 速为载点气速，超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
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3. 液泛区 u↑↑，液体在塔内积累而发生液泛，此时
的气速称泛点气速。 ΔP u 斜率急剧增加,使 填料塔不能正常操作。 空塔气速不变 实际气速 u 液膜厚度
液泛、淹塔
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二、泛点气速的计算 返回
p
填料尺寸小 a ， 填料尺寸大 a ，
气体短路 壁流现象严重
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三、常用填料
形状
环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹）
材料：陶瓷、金属、塑料 堆放：整砌、乱堆
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拉西环 阶梯环
鲍尔环
环
返回
板波纹
丝网波纹
鞍形环
槽式液体分布器

长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。
拉西环
鲍尔环
弧鞍形填料 矩鞍形填料
阶梯环
金属鞍环
θ网环
第十五页，课件共85页。
波纹填料结构
拉西环
鲍尔环
阶梯环
第十六页，课件共85页。
环
按填料结构及其使用方式可以分为散堆填料和规整填料。
规 格栅填料 整 填 波纹填料 料
脉冲填料
拉西环
第二十九页，课件共85页。
第二十七页，课件共85页。
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的
物性数据。由手册查得，20℃时水的有关物性数据如 下：
⑴ 密度：
L 998.2kg / m3
⑵ 粘度：
L 0.01Pa s 3.6kg /(m h)
⑶ 表面张力：
⑷
L 72.6dyn
SO2在水中的扩散系数：
9.填料塔内件的计算
王树楹主编.现代填料塔技术指南.北京：中国石化出版社，1998：163-201.
10.填料塔结构的设计
刘雪暖，汤景凝主编.化工原理课程设计.山东：石油大学出版社，2001：
92-106.
11.筒体和封头的设计
魏崇光，郑晓梅主编.化工工程制图（化工制图）.北京：化学工业出版社， 1994：183-196.
第九页，课件共85页。
用例题说明计算过程
例：矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填 料塔中，用20℃清水洗涤以除去其中的SO2。入 塔的炉气流量为2400m3/h，其中SO2的摩尔分率 为0.05，要求SO2的吸收率为95%。吸收塔常压操 作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变， 可近似取为清水的温度。