填料塔吸收塔課件第1頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料塔一.填料塔的結構與特點

二.填料的類型及性能評價.三.填料塔的流體力學性能四.填料塔的內件第2頁，課件共70頁，創作于2023年2月一.填料塔的結構與特點

1.填料塔的結構填料層：提供氣液接觸的場所。液體分布器：均勻分布液體，以避免發生溝流現象。液體再分布器：避免壁流現象發生。支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。第3頁，課件共70頁，創作于2023年2月第4頁，課件共70頁，創作于2023年2月氣體從塔底送入，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，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備，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。第5頁，課件共70頁，創作于2023年2月當液體沿填料層向下流動時，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中分布不均，從而使傳質效率下降。因此，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上。第6頁，課件共70頁，創作于2023年2月2.填料塔的特點(與板式塔相比)優點：生產能力大。填料塔內件開孔率大，空隙率大，液泛點高。分離效率高。填料塔每米理論級遠大于板式塔，尤其在減壓及常壓條件下。壓降小。空隙率高，阻力小。持液量小。操作彈性大。

第7頁，課件共70頁，創作于2023年2月缺點：填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。第8頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料作用提供氣液接觸面積；強化氣體湍動，降低氣相傳質阻力；更新液膜表面，降低液相傳質阻力。第9頁，課件共70頁，創作于2023年2月二.填料的類型及性能評價1填料（packings）的類型1).分類按填料形狀分：網體填料實體填料按填料的裝填方式分：散裝填料規整填料第10頁，課件共70頁，創作于2023年2月按材質分：金屬填料塑料填料陶瓷填料石墨填料第11頁，課件共70頁，創作于2023年2月2).常用的幾種填料①拉西環(Raschingring)：拉西環是工業上最早使用的一種填料，為外徑與高度相等的圓環，通常由陶瓷或金屬材料制成。拉西環環第12頁，課件共70頁，創作于2023年2月拉西環結構簡單，制造容易，但堆積時相鄰環間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因而存在嚴重的向壁偏流和溝流現象，致使傳質效率低。而且流動阻力大，操作范圍小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西環。

第13頁，課件共70頁，創作于2023年2月拉西環結構簡單，制造容易，但堆積時相鄰環間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因而存在嚴重的向壁偏流和溝流現象，致使傳質效率低。而且流動阻力大，操作范圍小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西環。

第14頁，課件共70頁，創作于2023年2月②鮑爾環(pallring)：鮑爾環是在拉西環的壁上開一層或兩層長方形窗口，窗孔的母材兩層交錯地彎向環中心對接。這種結構使填料層內氣、液分布性能大為改善，尤其是環的內表面得到充分利用。第15頁，課件共70頁，創作于2023年2月與同樣尺寸的拉西環相比，鮑爾環的氣液通量可提高50%，而壓降僅為其一半，分離效果也得到提高。其改進為階梯形鮑爾環，圓筒部分的一端制成喇叭口形狀。這樣填料間呈現點接觸，床層均勻且空隙率大，與鮑爾環相比氣體阻力減少25%，生產能力提高10%。

第16頁，課件共70頁，創作于2023年2月③階梯環：鮑爾環基礎上改造得出的。環壁上開有窗孔，其高度為直徑的一半。由于高徑比的減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了阻力。第17頁，課件共70頁，創作于2023年2月喇叭口一邊，不僅增加機械強度，而且使填料之間為點接觸，有利于液膜的匯集與更新，提高了傳質效率。目前所使用的環型填料中最為優良的一種。第18頁，課件共70頁，創作于2023年2月④弧鞍型(berlsaddle)

：表面全部敞口，不分內外，液體在表面兩側均勻流動，表面利用率高，流動呈弧形，氣體阻力小。但兩面對稱有重疊現象，容易產生溝流。強度差，易破碎。應用較少。第19頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑤矩鞍型(intoloxsaddle)：矩鞍形填料結構不對稱，堆積時不重疊，均勻性更高。該填料氣流阻力小，處理能力大，性能雖不如鮑爾環好，但構造簡單，是一種性能優良的填料。

第20頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑥環矩鞍(Intalox)：兼具環型、鞍型填料的優點。敞開的側壁有利于氣體和液體通過，減少了填料層內滯液死區。填料層內流體孔道增多，使氣液分布更加均勻，傳質效率得以提高。一般采用金屬材質，機械強度高。第21頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑦球型：球體為空心，氣體和液體從其內部經過。由于球體結構的對稱性，填料裝填密度均勻，不易產生空穴和架橋，故氣液分散性能好。常采用塑料材質。一般用于特定場合，工程上應用較少。第22頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑧格柵填料：以條狀單元體經一定規則組合而成，其結構隨條狀單元體的形式和組合規則而變，具有多種結構形式。特點是比表面積較低，主要用于低壓降、大負荷、防堵的場合。木格柵填料格里奇格柵填料第23頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑨波紋填料：波紋填料是由許多層波紋薄片組成，各片高度相同但長短不等，搭配組合成圓盤狀，填料波紋與水平方向成45°傾角，相鄰兩片反向重疊使其波紋互相垂直。圓盤填料塊水平放入塔內，相鄰兩圓盤的波紋薄片方向互成90°角。金屬絲網波紋填料金屬孔板波紋填料第24頁，課件共70頁，創作于2023年2月波紋填料因波紋薄片的材料與形狀不同分成板波紋填料和網波紋填料。板波紋填料可由陶瓷、塑料、金屬、玻璃鋼等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流體通量大、效率高，而且制造方便、價格低，正向通用化、大型化方向發展。

第25頁，課件共70頁，創作于2023年2月⑩脈沖填料：是由帶縮頸的中空棱柱形單體，按一定方式拼裝而成的一種規則填料。脈沖填料組裝后，會形成帶鎖頸的多孔棱形通道，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，在縮頸處，氣速最高，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。第26頁，課件共70頁，創作于2023年2月流道收縮、擴大的交替重復，實現了“脈沖”傳質過程。特點是處理量大，壓降小。適用于真空精餾，大塔徑場合。第27頁，課件共70頁，創作于2023年2月2填料的性能評價1.填料的幾何特性（1）比表面積α：單位體積填料層具有的填料表面積，m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質面積愈大，愈有利于傳質。是評價填料性能優劣的重要指標。第28頁，課件共70頁，創作于2023年2月〖說明〗操作中有部分填料表面不被潤濕，以致比表面積中只有某個分率的面積才是潤濕面積。據資料介紹，填料真正潤濕的表面積只占全部填料表面積的20～50%。有的部位填料表面雖然潤濕，但液流不暢，液體有某種程度的停滯現象。這種停滯的液體與氣體接觸時間長，氣液趨于平衡態，在塔內幾乎不構成有效傳質區。為此，須把比表面積與有效的傳質比表面積加以區分。第29頁，課件共70頁，創作于2023年2月（2）空隙率ε：單位體積填料層具有的空隙體積，m3/m3。值大則氣體通過填料層的阻力小，故ε值以高為宜。重要指標。對于亂堆填料，當塔徑與填料尺寸之比大于8時，因每個填料在塔內的方位是隨機的，填料層的均勻性較好，這時填料層可視為各向同性，填料層的空隙率就是填料層內任一橫截面的空隙截面分率。第30頁，課件共70頁，創作于2023年2月（3）填料因子φ：比表面積與空隙率三次方的比值，α/ε3稱為干填料因子，1/m，它反映特定結構和尺寸填料的綜合流體力學性能。當填料被液體潤濕后，a與ε均發生相應的變化，此時的α/ε3稱為濕填料因子，表示實際操作時填料的流體力學特性，其值由實驗測定。填料因子值小表示流動阻力小，液泛速度可以提高。：第31頁，課件共70頁，創作于2023年2月（4）堆積密度ρp：單位體積填料的質量，以表示，kg/m3。在機械強度允許的條件下，填料壁要盡量薄以減小堆積密度，這樣既增大了空隙率又降低成本。

第32頁，課件共70頁，創作于2023年2月（5）個數n：單位體積填料層具有的填料個數。根據計算出的塔徑與填料層高度，再根據所選填料的n值，即可確定塔內需要的填料數量。一般要求塔徑與填料尺寸之比D/d<8（此比值在8～15之間為宜），以便氣、液分布均勻。若D/d>8，在近塔壁處填料層空隙率比填料層中心部位的空隙率明顯偏高，會影響氣液的均勻分布。若D/d值過大，即填料尺寸偏小，氣流阻力增大。第33頁，課件共70頁，創作于2023年2月2.填料的性能評價填料性能的優劣常根據效率、通量及壓降三要素衡量。相同條件下，比表面積愈大，氣液分布愈均勻，表面的潤濕性能愈優良，傳質效率愈高；空隙率愈大，則通量愈大，壓降也愈低。常用填料綜合性能評價見P269表4-5。第34頁，課件共70頁，創作于2023年2月三.填料塔的流體力學性能包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。1.填料層的持液量指在一定操作條件下，在單位體積填料層內所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示。第35頁，課件共70頁，創作于2023年2月持液量分為靜持液量Hs、動持液量Ho和總持液量Ht。靜持液量是指當填料被充分潤濕后，停止氣液兩相進料，并經排液至無滴液流出時存留于填料層中的液體量，其取決于填料和流體的特性，與氣液負荷無關。第36頁，課件共70頁，創作于2023年2月動持液量是指填料塔停止氣液兩相進料時流出的液體量，它與填料、液體特性及氣液負荷有關。總持液量是指在一定操作條件下存留于填料層中的液體總量。顯然，總持液量為靜持液量和動持液量之和，即第37頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料層的持液量可由實驗測出，也可由經驗公式計算。一般來說，適當的持液量對填料塔操作的穩定性和傳質是有益的，但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。第38頁，課件共70頁，創作于2023年2月

2.填料層的壓降在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。第39頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降ΔP/Z與空塔氣速u的關系標繪在對數坐標紙上，可得到如圖示的線群。第40頁，課件共70頁，創作于2023年2月4.2.3填料塔的流體力學性能(續)在圖中，直線0表示無液體噴淋（L=0）時，干填料△P/Z～u關系，稱為干填料壓降線，直線，斜率為1.8～2.0。載點泛點恒持液量區載液區液泛區第41頁，課件共70頁，創作于2023年2月曲線1、2、3表示不同液體噴淋量下，填料層的△P/Z～u關系，稱為填料操作壓降線，折線，存在兩轉折點，下轉折點稱“載點”，上轉折點稱“泛點”。這兩個點將△P/Z～u線群分成三個區段，即恒持液量區、載液區和液泛區。第42頁，課件共70頁，創作于2023年2月①恒持液量區氣速較低時，液體向下流動不受氣流的影響，填料表面上覆蓋的液膜厚度基本不變，因而填料層的持液量不變。在同一空塔氣速下，由于濕填料層內所持液體量占據一定空間，故使氣體的真實速度較通過干填料層的速度高，因而壓降也大，此時△P/Z～u位于干填料壓降線的左側，且二者平行。載點泛點恒持液量區載液區液泛區第43頁，課件共70頁，創作于2023年2月②載液區氣速增大，氣體對液膜流動產生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現象稱為攔液。開始發生攔液現象時的空塔氣速稱為載點氣速，超過載點后，曲線斜率大于2。第44頁，課件共70頁，創作于2023年2月4.2.3填料塔的流體力學性能(續)③液泛區氣速繼續增大，由于液體不能順利向下流動，使填料層的持液量不斷增大，填料層內幾乎充滿液體。氣速增加很小便會引起壓降的劇增，此現象稱為液泛，開始發生液泛現象時的氣速稱為泛點氣速，以uF表示。此區域內曲線斜率可達10以上。

載點泛點恒持液量區載液區液泛區第45頁，課件共70頁，創作于2023年2月應予指出，在同樣的氣液負荷下，不同填料的△P/Z～u關系曲線有所差異，但其基本形狀相近。對于某些填料，載點與泛點并不明顯，故上述三個區域間無截然的界限。第46頁，課件共70頁，創作于2023年2月3.液泛在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變為連續相，而氣相則由連續相變為分散相，此時氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現脈動，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩定，甚至會被破壞，此種情況稱為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。第47頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料特性的影響集中體現在填料因子上。填料因子值越小，泛點氣速越大，即越不易發生液泛現象。流體物性的影響體現在氣體密度ρV、液體的密度ρL和粘度μL上。氣體密度越小，液體的密度越大、粘度越小，則泛點氣速越大。操作的液氣比愈大，則在一定氣速下液體噴淋量愈大，填料層的持液量增加而空隙率減小，故泛點氣速愈小。第48頁，課件共70頁，創作于2023年2月4.液體噴淋密度和填料表面的潤濕填料塔中氣液兩相間的傳質主要是在填料表面流動的液膜上進行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內的液體噴淋密度及填料材質的表面潤濕性能。式中Umin——最小噴淋密度，m3/（m2·h）；

(LW)min——最小潤濕速率，m3/（m·h）；

α——填料的比表面積，m2/m3。第49頁，課件共70頁，創作于2023年2月液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時間內噴淋的液體體積，以U表示，單位為m3/(m2·h)。為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。第50頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料表面潤濕性能與填料的材質有關，就常用的陶瓷、金屬、塑料三種材質而言，以陶瓷填料的潤濕性能最好，塑料填料的潤濕性能最差。第51頁，課件共70頁，創作于2023年2月實際操作時采用的液體噴淋密度應大于最小噴淋密度。若噴淋密度過小，可采用增大回流比或采用液體再循環的方法加大液體流量，以保證填料表面的充分潤濕；也可采用減小塔徑予以補償；對于金屬、塑料材質的填料，可采用表面處理方法，改善其表面的潤濕性能。第52頁，課件共70頁，創作于2023年2月最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經驗公式計算，也可采用經驗值。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率(LW)min為0.08m3/（m·h）；對于直徑大于75mm的散裝填料，取(LW)min=0.12m3/（m·h）。第53頁，課件共70頁，創作于2023年2月5．返混在填料塔內，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態，而是存在著不同程度的返混。造成返混現象的原因很多，如：填料層內的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內的溝流；液體噴淋密度過大時所造成的氣體局部向下運動；塔內氣液的湍流脈動使氣液微團停留時間不一致等。第54頁，課件共70頁，創作于2023年2月填料塔內流體的返混使得傳質平均推動力變小，傳質效率降低。因此，按理想的活塞流設計的填料層高度，因返混的影響需適當加高，以保證預期的分離效果。第55頁，課件共70頁，創作于2023年2月四.填料塔的內件1.填料支承裝置：主要用途是支承塔內的填料，同時又能保證氣液兩相順利通過。若設計不當，填料塔的液泛可能首先在填料支承裝置上發生。第56頁，課件共70頁，創作于2023年2月對填料支承裝置的要求：對于普通填料，支承裝置的自由截面積應不低于全塔面積的50%，并且要大于填料層的自由截面積；具有足夠的機械強度、剛度；結構要合理，利于氣液兩相均勻分布，阻力小，便于拆裝。

第57頁，課件共70頁，創作于2023年2月第58頁，課件共70頁，創作于2023年2月2.填料壓緊裝置安裝在填料層上端。作用是保持填料層為一高度固定的床層，從而保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩定，防止在高壓降、瞬時負荷波動等情況下，填料層發生松動或跳動。分為：填料壓板。自由放置于填料上端，靠自身重量將填料壓緊。適用于陶瓷、石墨材質的散裝填料。床層限制板。固定在填料上端。第59頁，課件共70頁，創作于2023年2月3.液體分布裝置填料塔操作要求液體沿同一塔截面均勻分布。為使液流分布均勻，液體在塔頂的初始分布須均勻。經驗表明，對塔徑為0.75m以上的塔，每平方米塔橫截面上應有40～50個噴淋點；對塔徑在0.75m以下的塔，噴淋點密度集至少應為160個/m2塔截面。第60頁，課件共70頁，創作于2023年2月4.液體收集及再分布裝置作用是減小壁流現象。壁流現象：在亂堆填料層內存在的液體逐漸流向塔壁的現象。在填料層內每隔一定高度設置液體再分布裝置。對拉西環填料，再分布器的距離約為塔徑的25～3倍，對鮑爾環及鞍形等較好填料約為塔徑的5～10倍，但通常不應超過6m。

第61頁，課件共70頁，創作于2023年2月5.除沫裝置當塔內操作氣速較大或液沫夾帶現象嚴重時，可在液體分布器的上方設置除沫裝置，主要用途是除去出口氣流中的液滴。

第