填充塔 填充塔-填充塔,填充塔-正文

填充塔所属现代词,指的是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备,主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成,用于吸收、蒸馏和萃取,也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。

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填充塔 填充塔-填充塔,填充塔-正文
又称填料塔,是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备,主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成,用于吸收、蒸馏和萃取,也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。
填充塔的应用始于19世纪中叶,起初在空塔中填充碎石、砖块和焦炭等块状物,以增强气液两相间的传质。1914年德国人F.拉西首先采用高度与直径相等的陶瓷环填料(现称拉西环)推动了填充塔的发展。此后,多种新填料相继出现,填充塔的性能不断得到改善,近30年来,填充塔的研究及其应用取得巨大进展,不仅开发了数十种新型高效填料,还较好地解决了设备放大问题。到60年代中期,直径数米乃至十几米的填充塔已不足为奇。现在,填充塔已与板式塔并驾齐驱,成为广泛应用的传质设备。
结构用于气液系统的填充塔(图1),由塔体、填料、填料的压板和支承板、液体分布器和液体再分布器等组成。填料堆于支承板上,有些可以任意堆放,有些则必须规整排列。填充塔逆流操作时,气体自塔底进入,在填料间隙中向上流动;液体自塔顶加入,通过液体分布器均匀喷洒于整个塔截面上。液体分布器(图2)的性能对塔的性能有很大影响,液体在填料表面形成液膜,向下流动时形成不断更新的传质表面。液体沿任意堆放的填料层向下流动时,沿塔壁流动的液体逐渐增多,称为壁流现象。壁流现象影响到气液的均匀接触,因此填料层较高时,宜每隔一定距离设置液体再分布器,使液体重新均匀分布。规整排列的填料,一般可不设再分布器,但对液体在塔顶初始分布的均匀性要求则更高。有时在塔顶还设置除沫器,以除去气流中的雾沫。
填充塔
填充塔用于液液系统的填充塔的结构,与气液系统的填充塔基本相同。但操作时通常将一相分散成液滴,以液滴表面作为相间传质表面,填料则促进液滴的多次凝聚和分散,以利于传质表面的不断更新和增强液滴湍流,并减少两相轴向返混。因此制作填料的材料,必须不被分散相所润湿。为增强两相的接触传质,还可以利用外加机械能使塔内液体脉动,这种填充塔称为脉动填充塔。
填料是填充塔的基本构件,填充塔内两相接触传质状况主要由填料特性决定。填料的主要特性参数是:①比表面积。即单位体积填料层所具有的表面积,比表面积应尽可能大;②空隙率。填料层内空隙所占的体积分率,为减少气体的流动阻力,提高填充塔的通过能力,空隙率应尽可能大。此外,性能优良的填料还必须易于制造,价格低廉,耐腐蚀并具有一定的机械强度。
工业上常用的填料(图3)
种类很多,按填料在塔内的填充方式,可分为乱堆填料与整砌填料。按几何形状可分为:①环形填料,包括拉西环、鲍尔环和阶梯环等。②鞍形填料,包括弧鞍形填料、矩鞍形填料及环鞍形填料等。③规整填料,有格栅填料、波纹填料和丝网填料等。填料还可分为用陶瓷、塑料、金属等制成的实体填料,和用金属丝网制成的网体填料。实体填料价格便宜,是常用的类型,但当液气流量比很小时,为保证填料表面充分润湿,宜采用网体填料。
流动特性 气液两相在填充塔内的流动特性,可用气体通过填料层的压力降与气液两相流量的关系曲线(图4)
来表述。在低气速下,气体与液膜之间的摩擦阻力极小 ,填料层内的液膜厚度主要取决于液体流量,气体流量的影响可忽略,气体通过湿填料层的压降,与气体流量的关系几乎同干填料层一样,即与气体流量的1.8~2.0次方成正比(图中的线1~2)。增加液体流量,液膜增厚,气体在填料间隙中的实际流速增加,压力降也随之增大(线1′~2′)。当气体流量增加到某一数值时,气体对液膜的摩擦阻力已不能忽略,开始拦液,此时液膜随气体流量增加而增厚,压力降曲线变陡(线2~3与线2′~3′)。压力降曲线变陡的起点(点 2与点2′)称为载点。当气体流量高达某一值时,填料层内的液膜急剧增厚,压力降急剧增加,压力降曲线近乎垂直,最终或者使液体转化为连续相,而气体成分散相以气泡形式穿过液层;或者使液体从塔顶溢出,此种现象称为液泛。操作进入液泛的转折点(点3与点3′)称为泛点。在设计填充塔时,一般取泛点气速的50%~80%作为操作气速。
填充塔的特点填充塔用于气液系统时,与板式塔相比,有如下特点:①气相压力降小;②易用耐腐蚀材料制造;③塔内持液量小;④有破碎泡沫的作用;⑤小直径塔(0.6m以下)的造价便宜;⑥为保证填料的充分润湿,液气比太小的操作不相宜;⑦对于气、液相流量变化的适应性差;⑧易被固体杂质堵塞,清理又不方便;⑨塔内部很难进行换热,难以从侧线抽出产品。
填充塔用于液液系统时,因其分离效果较差,使用不广。随着对填充塔研究的深入,将会继续创制新型高效填料,放大问题将得到更可靠的解决,填充塔的应用范围可望进一步扩大。(见彩图)
填充塔参考书目
萧成基等著:《气液传质设备》(《化学工程手册》第13篇),化学工业出版社,北京,1979。

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