填料塔是以塔內裝有大量的填料為相間接觸構件的氣液傳質設備。填料塔于19世紀中期已應用于工業生產,此后,它與板式塔競相發展,構成了兩類不同的氣液傳質設備。
填料塔的塔身是一直立式圓筒,底部裝有支承板。填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安裝填料壓板,以限制填料隨上升氣流的運動。液體從塔頂加入,經液體分布器噴淋到填料上,并沿填料表面流下。氣體從塔底送入,經氣體分布裝置(小直徑塔一般不設氣體分布裝置)分布后,與液體呈逆流連續通過填料層的空隙。在填料表面氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸式的氣液傳質設備,兩相組成沿塔高連續變化,在正常操作狀態下,氣相為連續相,液相為分散相。
當液體沿填料層下流時,有逐漸向塔壁集中的趨勢,使得塔壁附近的液流量逐漸增大,這種現象稱為壁流,壁流效應造成氣液兩相在填料層分布不均勻,從而使傳質效率下降。為此,當填料層較高時,需要進行分段,中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分,上層填料流下的液體經液體收集器收集后,送到液體再分布器,經重新分布后噴淋到下層填料的上方。
填料是填料塔的核心構件,它提供了氣液兩相接觸傳質的相界面,是決定填料塔性能的主要因素。填料的種類很多,根據裝填方式的不同,可分為散裝填料和規整填料兩大類。
1.散裝填料
散裝填料是一粒粒具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體。一般以散裝方式堆積在塔內,又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據結構特點不同,又可分為環形填料、鞍形填料、環鞍形填料及球形填料等。較為典型的散裝填料主要有:拉兩環填料,鮑爾環填料,階梯環填料,弧鞍填料,矩鞍填料,金屬環矩鞍填料,球形填料。
2.規整填料
規整填料是一種在塔內按均勻幾何圖形排列,整齊堆砌的填料。該填料的特點是規定了氣液流徑,改善了填料層內氣液分布狀況,在很低的壓降下,可以提供更多的比表面積,使得處理能力和傳質性能均得到較大程度的提高。
規整填料種類很多,根據其幾何結構可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等,現介紹幾種較為典型的規整填料。
(1)格柵填料
格柵填料是以條狀單元體按一定規則組合而成的,其結構隨條狀單元體的形式和組合規則而變,因而具有多種結構形式。工業上應用最早的格柵填料為木格柵填料。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,其中以格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低,因此主要用于要求低壓降、大負荷及防堵等場合。
(2)波紋填料
波紋填料是一種通用型規整填料,工業上應用的規整填料絕大部分屬于此類。波紋填料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。
波紋填料的優點是結構緊湊,具有很大的比表面積,其比表面積可由波紋結構形狀而調整,常用的有125、150、250、350、500、700等幾種。相鄰兩盤填料相互垂直,使上升氣流不斷改變方向,下降的液體也不斷重新分布,故傳質效率高。填料的規則排列,使流動阻力減小,從而處理能力得以提高。波紋填料的缺點是不適于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的物料,此外,填料裝卸、清理較困難,造價也較高。
波紋填料按材質結構可分為網波紋填料和板波紋填料兩大類,其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。
(3)脈沖填料
脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形單休,按一定方式拼裝而成的一種規整填料。脈沖填料組裝后,會形成帶縮頸的多孔棱形通道,其縱面流道交替收縮和擴大,氣液兩相通過時產生強烈的湍動。在縮頸段,氣速較快,湍動劇烈,從而強化傳質。在擴大段,氣速減到最小,實現兩相的分離。流道收縮、擴大的交替重復,實現了“脈沖”傳質過程。
脈沖填料的特點是處理量大,壓力降小,是真空精餾的理想填料。因其優良的液體分布性能使放大效應減少,故特別適用于大塔徑的場合。
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