填料塔的原理和結(jié)構(gòu)介紹

 

填料塔是一種塔式設(shè)備。塔內(nèi)填充有適當高度的填料，以增加兩種流體之間的接觸面。例如，當應(yīng)用于氣體吸收時，液體從塔的上部通過分配器進入，并沿著填料表面下降。氣體從塔的下部通過填料孔向上游流動，并與液體緊密接觸。結(jié)構(gòu)簡單，維護方便。廣泛用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。

 

一、填料塔結(jié)構(gòu)

 

◆填料層:提供氣液接觸的場所。

 

◆液體分布器:均勻分布液體，避免竄流。

 

◆液體再分布器:避免壁流。

 

◆支撐板:支撐填料層，使氣體均勻分布。

 

◆除霧器:防止塔***氣體出口夾帶液體。

 

氣體從塔的底部進料，通過氣體分配裝置分配(小直徑塔通常沒有氣體分配裝置)，并與液體逆流連續(xù)通過填料層的間隙。在填料表面，氣體和液體緊密接觸進行傳質(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。

 

二、填料塔附件

 

填料塔的附件包括填料支撐裝置、液體分布裝置、液體再分布裝置、消泡裝置和填料壓緊裝置。

 

(1)填料支撐裝置

 

主要目的是支撐塔內(nèi)的填料，確保氣相和液相的順利通過。如果設(shè)計不當，填料塔的溢流可能***先發(fā)生在填料支撐裝置上。

 

填料支撐裝置的要求:

 

◆對于普通填料，支撐裝置的自由截面積應(yīng)不小于整個塔面積的50%，并***于填料層的自由截面積；

◆足夠的機械強度和剛度；

 

◆結(jié)構(gòu)要合理，有利于氣液相均勻分布，阻力小，拆裝方便。

 

(2)液體分配裝置

 

填料塔內(nèi)液體的均勻分布可以增加填料的潤濕表面積。所以液體的初始分布非常重要。

 

常用的液體分布裝置有:淋浴式、盤式、齒槽式和多孔環(huán)形管分布器等。

 

液體分布器的性能主要由液體分布點的密度(即單位面積上液體分布點的數(shù)量)、液體分布點的均勻性以及各液體分布點上液體組成的均勻性決定。液體分布器的設(shè)計主要決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。

 

對于液體分布器的選擇和設(shè)計，一般要求是:液體分布均勻；自由截面比較***；操作靈活性***；不易堵塞，不易造成夾帶和起泡等；它可以由各種材料制成，操作安裝方便，水平調(diào)節(jié)容易。

 

(3)液體細分裝置

 

液體再分配裝置的作用是減少壁流現(xiàn)象。

 

壁流現(xiàn)象:混雜填料層中的液體逐漸流向塔壁的現(xiàn)象。

 

液體再分配裝置以規(guī)則的間隔布置在填料層中。

 

常用的液體細分裝置有:錐形、槽形、上升形等。

 

在正常情況下，液體收集器和液體分配器通常同時使用，以形成液體收集和再分配裝置。液體收集器的作用是收集從上部填料流下的液體，然后將其送到液體分配器進行液體再分配。

 

(4)消泡裝置

 

當塔內(nèi)操作氣速較高或液體泡沫夾帶嚴重時，可在液體分布器上方設(shè)置消泡裝置，主要用于去除出口氣流中的液滴。

 

由于氣體帶著***量的液體泡沫和霧滴離開塔***的填料塔，為了回收這部分液相，往往需要在塔***設(shè)置除霧器。

 

常用的除霧器有以下幾種:

 

擋板除霧器是一種利用慣性分離液滴的裝置，一般用于小型塔中。

 

旋流板除霧器由多個固定旋流板組成。當氣體通過時，它會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，從而產(chǎn)生離心力場。在離心力的作用下，液滴向塔壁移動，實現(xiàn)氣液分離。適用于對***塔徑凈化要求高的場合。

 

絲網(wǎng)除霧器，是將金屬絲纏繞成高度為100-150的圓盤使用。安裝方法多種多樣。氣體通過除霧器的壓降約為120-250千帕。絲網(wǎng)除霧器的直徑由通過絲網(wǎng)的氣體的***空氣速度決定。

 

(5)填料壓緊裝置

 

安裝在填料層的上端。作用是保持填料層作為一個高度固定的床層，以保持均勻的間隙結(jié)構(gòu)，使運行正常穩(wěn)定，防止填料層在高壓降和瞬時負荷波動的情況下松動或跳躍。

 

分為:

 

填料壓板:自由放置在填料上端，靠自身重量壓緊填料。適用于陶瓷和石墨的散裝填料。其作用是在氣體速度(高壓降)和載荷突然波動時，防止填料的相對運動，從而避免填料的松動和損壞。

 

由于填料易碎，當填料在床層的空隙間沉積碎屑，使填料層的孔隙率降低時，填料壓板會隨填料層一起落下，壓緊填料而不松動填料，降低填料塔的生產(chǎn)能力和分離效率。

 

床限位板:固定在填料上端。

 

三、填料塔的運行方式

 

填料塔的運行是基于物料平衡、熱平衡、相平衡和填料塔的性能。通過控制系統(tǒng)建立和調(diào)整填料塔的操作條件，使填料塔滿足分離要求。

 

(1)填料塔的運行方式:

 

液體通過液體分布器從塔***噴到填料上，沿填料表面向下流動；氣體從塔底送出，由氣體分配裝置分配，與液體逆流連續(xù)通過填料層間隙；填料表面采用氣液兩相接觸進行傳質(zhì)。

 

⑵填料塔的運行***點:

 

填料塔屬于微分接觸氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化；在正常操作條件下，氣相是連續(xù)相，液相是分散相。

 

四、氣液兩相流體動力學(xué)***性

 

填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料床持液率、填料床壓降、液泛等。

 

(1)填料層的持液量

 

在一定的操作條件下，由于液膜與填料表面的摩擦和氣體的上升，一些液體停留在填料表面及其間隙上。

 

定義:單位體積內(nèi)堆積在填料層中的液體體積，表示為(m3液體)/(m3填料)。

 

持液率的影響:一般來說，適當?shù)某忠郝视欣谔盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì)，可以提供較***的氣液接觸面積；但是，如果持液率太***，填料層的間隙和氣體流動的橫截面將減小，這將增加壓降并降低處理能力。

 

結(jié)論:持液率不宜過小或過***。

 

(2)填料層壓降

 

原因:操作過程中，塔***噴出的液體靠重力在填料表面成膜向下流動，上升氣體與下降液膜之間的摩擦阻力形成填料層的壓降。

 

影響因素:壓降與噴液量和氣速有關(guān):在一定的氣速下，噴液量越***，壓降越***；在一定的噴液量下，氣體流速越***，壓降越***。