填料塔基础知识

1、塔设备概述$ G4 u E8 C& u. P2 t5 q& r s% n# 5 d% j3 E3 9 C塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液和液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 D* Y: |7 h) P. h$ G3 T) - Ga- Z这些过程都是在一定的压力、温度、流量等工艺条件下，在一定的设备内完成的。由于其过程中两种介质主要发生的是质的交换，所以也将实现这些过程的设备叫传质设备；

2、从外形上看这些设备都是竖直安装的圆筒形容器，且长径比较大，形如“塔”，故习惯上称其为塔设备。按塔的内件构成结构分为板式塔和填料塔: f8 % + gb; cl3 k# # p/ E% ; l+ U逐级接触式：板式塔0 ) v0 W: e q l9 m; W G2 j! y8 N0 E9 6 j) r3 |: l7 W8 G, m4 A微分接触式：填料塔. f, X+ a1 U/ W7 Z, Z5 kX4 W4 p1 p A z, 9 Ld7 Z( S E, G9 Y& D3 j2 r* k% b一般构造9 J% D7 ( H: F（1）板式塔. |6 l3 T F2 T% K1 S+ h6 J

3、+ B1 b, 1 5 U在板式塔中装有一定数量的塔盘，液体借自身的重量自上而下沉向塔底(在塔盘板上沿塔径横向流动)，气体靠压差自下而上以鼓泡的形式穿过塔盘上的液层升向塔顶。在每层塔盘上气、液两相密切接触，进行传质，使两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。. M. FN& n# B/ _6 M+ V& F（2）填料塔1 g7 E7 W3 B( T, x6 YD1 B % g* |, L2 Q; i填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或规整的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布

4、器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。4 t* _2 X?7 o2 E6 i( _. hZ4 y3 J( n- n+ l% j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

5、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。9 t( D6 K% v% R y6 i5 I6 L( Q塔型选择 h, z5 |: j+ o 7 M# Y+ G. L% I: j8 d1 u/ ( z. W9 N5 作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得较高的传质效率，除了应满足工艺条件，还应满足如下基本要求：, ?, x. Z: h: V7 i0 S1 p Wl; l4 u A$ 4 Df: l; E生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。在较大的气液流速下，仍不知发生大量的

6、雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。, G X9 i9 $ f/ JM( al0 c7 a. S9 I! * u6 a分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。/ A6 F4 q. W0 a) Tl% j& D6 / P) % b& I: V* P5 v) 操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。 _7 L/ w( e+ f( R5 l( ql1 A, l9 P6 y$ i( v+ v压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本，在减压塔中若压降过大系统将难以维持必要的真空度。7 I& ?

7、* m) d: V# b0 |8 * O9 4 Gl9 z7 ; ?v8 v d2 R3 n% n结构简单、耗材少，易于制造及安装，这样可减少投资，降低成本。2 w/ w0 F8 V v4 g7 a# rl* 1 B& LD! R; r耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节及检修。) W# : B: r, Y0 h2 m7 V一个塔设备要同时满足以上各项要求是困难的，而且实际生产中各项指标的重要性因具体情况而异，不可一概而论。所以应从生产需要及经济合理性考虑，正确处理以上各项要求。1 7 p# / Q, K ; M0 L1 d* q$ w u! G1 T# V. _填料塔的特点4 R+ t4 g$ e

8、$ z+ n6 n; v: L/ U! _2 / O3 b9 t& U新型高效填料的开发，使填料塔的生产能力（允许气速）和效率等于或超过了板式塔，国内外很多装置用新型填料改造板式塔，使生产能力和效率有较大幅度的提高。特点如下：: 0 K+ h7 j1 o1 mu+ s. bl4 1 ( 9 O r. h1 wk当塔径不很大时，填料塔因结构简单而造价便宜: E# T9 v; T1 ; N$ K$ ; Hl9 1 g Y% s$ X9 C+ gI1 O( S对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破碎的作用。* 4 o3 V6 Y( Z$ f+ g! vl2 T! ( l, S7 e Y

9、( |7 U对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料。; m9 l0 Q9 D0 L: R q; ml6 X8 m4 % B7 W3 J : l6 l对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔内的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。) u3 c Z- w# v( X4 ?l: + 0 X( O z填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。% V1 m+ _8 ) |# R p# i& o% Sl7 i/ M5 n& P, ?7 填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料，而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以有效地处理这种物质。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。4 z

10、$ ?( Z# A# G: W 8 l1 Fl. f- M; u4 g/ g6 y# n当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。/ Q7 |$ H# 7 Y- y; Sl7 x5 n* s! s6 A% W& x, G以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m，后来又认为不宜超过1.5m，根据近10年来填料塔的发展状况，这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于0.6m。4 G ( p1 u! H. tl4 v! ?9 G; a. 7 V$ 1 q关于板式塔的设计资料更容易

11、得到而且更为可靠，因此板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。( S; X0 d. x& k$ v2 c E; ?* |( U, R- a7 v8 Hi( M$ A# y填料塔) f9 A* ?2 r1 I) l , 填料类型7 $ m1 F H( ; Z+ l4 M+ g* l# c: 7 D$ b+ y3 ?填料是填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关。# - V4 bV, Z! r1 t( w- Q填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分为各种类型填料，详见表1、2、3。9 V

12、* q) |1 S% n# : L 7 t5 S! l/ r( J?表1 乱堆填料(random packing)：以乱堆的方式进行装填& w& 8 s& E y环形填料) # ; R+ r! z% C* G鞍形填料0 4 u j! ; R u: | & s) p z其它填料6 l6 B; K2 k; ( o+ O& N拉西环0 ) j) a2 s4 v1 Rasching Ring+ . a o( : r+ c. W倍尔(弧)鞍( Q8 9 c7 7 ZBerl Saddle1 g# o# z w$ e8 W. T球形1 z0 ; u; e) _$ RI-Ball,TRI2 q1 8 M:

13、VE N1 N勒辛环9 8 9 F+ t( ?5 y7 c5 GLessing Ring$ B( 8 ! BD3 _5 x英特洛克斯(矩)鞍! x4 M) q2 C# w0 I$ oIntalox Saddle: a X( ? D0 P& r5 g泰勒花环形+ | U6 C D/ A3 L0 X1 hTeller Rosett4 , m$ w7 b/ Q3 a, a5 M# # z4 t十字隔环% h/ c( a/ Z2 |7 ?Cross-Patition RingU2 S L1 J) D% m超级矩鞍(Norton)2 F1 q# A( f2 F; q& JSuper Intalox Sa

14、ddle: n: H0 m8 r y% a多角螺旋形9 Y. p. 1 O% , G螺旋环$ Q# o C/ A3 V2 m* ?Spiral Ring4 T- - f) 6 p改进矩鞍(Glitsch) T! C3 k8 E7 a3 4 p% q! N# O; DBallast Saddlel. K) e- W7 A% P5 e; O0 Q: s; A V0 Q W鲍尔(开孔)环/ K) S U3 G* S8 H6 s/ M0 m/ N# k: H% YPall (Slotted)Ring ( P, i1 % ) A_改进矩鞍(Koch)1 _7 X; q1 YFlexi: H6 ) k9

15、+ _( jU Q. lSaddle0 I, I: ) V+ O/ g0 0 x3 K/ P b+ ?9 j8 I1 x, x# e% ?& n! Y# |5 h, h2 i哈埃派克(Norton)1 A6 J+ o: y- sHy-Pak) n E; m( _1 U* ?改进矩鞍(Hydronyl)7 , I0 k: E5 Q& E/ 7 2 W BHydronyl$ m8 W1 X8 Y 7 H; b. G7 G% % B5 m$ N2 F半环(Leva公司)- x& j$ r7 A( h! I4 FZLevapak,Chempak: B, V2 e& _+ D% k1 k* U5 a-

16、j金属环矩鞍(Norton)9 j) H 2 N& jIMTP9 r8 i% L& M0 d2 U& a1 y( ?+ 5 5 o& wv: F* j阶梯环(传质公司), l0 ? |. ?/ i7 - v. f4 S0 % I0 iCascade Ring( v% ) O1 $ Y7 j# p$ y& X r) 8 m1 c 2 r9 , P* T8 p8 s6 H7 K , q$ + 7 X9 O3 l* t8 u& 1 w表2 规整填料(structured packing)：排列整齐。2 b$ Nb- # l 绕卷型8 Z% 8 t0 N, x, S水平波纹板型3 E9 c( A# +

17、 X V$ e- M垂直波纹板型- m9 D. c0 R/ M格栅型+ 5 k0 g$ U* 7 m其它形式* Y- + I, a R+ u古德洛# # g* U5 9 j IGoodloe) s1 w# z% K/ B8 S* s帕纳帕克2 f- 7 m- ?4 ; Y 9 j* _Panapak2 . V+ f) V4 ?苏尔寿! Ax+ Z2 U# uSulzer/ D2 Q) 6 J1 p: 格里奇. A* l- U3 d; oGlitsch d& |2 W6 r* z8 X5 l斯特曼; 0 P6 b) _8 f: f FStedman- d4 S U! H. L3 ?海泊菲尔% m

18、8 d! n9 & B0 b: HyperfilZ0 . W/ F. n1 ( d2 y斯普雷帕克: L6 j/ Gf3 3 h3 Spraypak/ a: t/ ?: D+ D, 墨拉帕克& i* Q2 j5 b$ U; G& v; , P2 VMellapak u0 c/ QW6 f钻石0 v7 E) + e0 G* r5 t* p7 ?Diamond i! U2 w V2 B$ A8 u压延1 + N* Y& R+ Y- r, w( _& Y: c3 A KExpanded# T/ f3 # l2 Nh, U7 J2 U新克洛斯5 h$ F2 g I# M6 I1 K2 i6 LNew-

19、Kloss! f0 s) l/ K: + U* O9 f坎农1 E|5 & B, ?( WCannon% p7 G0 U% B3 B: B7 S+ S$ 凯雷帕克6 * p0 x, w1 S$ sKerapak3 1 d7 F1 d网孔9 M$ H( s3 v& y+ _Perform(PFG)* D, * u + o6 N7 5 脉冲5 W& j8 u1 g1 |/ D) j/ v# ZImpulseo/ p/ R5 Y, W3 C _# o P5 G- X5 I# H1 M5 O# $ V _8 R# y8 F* w e3 U7 i表3 高效填料(effective packing)：有较

20、大的比表面积和自由空间。7 y! N6 o) V4 Y丝网1 q3 i5 d2 L& u- y9 m薄金属片8 S0 O0 |( e7 k* d金属丝 c9 : O. U! HW0 t- V; z! S2 r% m弹簧形丝网7 d, h8 H( N: NFenske$ |* o. a; 0 G4 j坎农+ b7 D1 T2 F( X+ A: QCannon( w Y# 8 K; i; F: 9 s方形弹簧2 i9 S) + G1 e! Q! |. b, mHeli-pak2 e* s, i . g L8 ( 8 J. / o, _5 u- s; M* A$ y( j麦克马洪丝网1 m. ? p

21、/ - j# L/ - t9 UMcMahon2 D/ L2 E o7 i, p$ u F) Q/ . H# g4 H8 T# / C4 iyi J; g- ) T+ h5 R: N+ . |7 B: a7 1 C2 w) F狄克松环8 O _. e/ b6 V( r- jDixon$ R4 B1 O4 H/ S O1 & BB% r3 E& d+ u% P) t1 m. Y. 1 n* D- v; Y m( Z. * D* N6 f5 h) j+ N2 D! A. C/ 3 + e- w+ t Z* O5 0 Q0 c6 a0 + W) 4 |2 K) q% g. a1 M. G3 s# G

22、6 C9 q0 P p2 |. E表征填料特性的数据：8 Q& X* q7 s% l* x- D2 sC9 b, f比表面积 a：单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。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。2 R$ I p: m g9 _% l. Nl& g# R9 i$ uD. v3 K& e2 Zk v空隙率 e：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， e/ h, P& Z0 f2 u b7 O# q大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力

23、小。 e7 L8 l/ H) f k) ( u=0.450.95。- N& n1 o( l8 l7 f3 d! 4 E) m& F/ W6 T填料因子 f：填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m)，a/e3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。有干填料因子与湿填料因子之分。4 d2 P3 ) v0 W3 P! _: ll( 2 d2 C% g) U9 x0 l堆积密度 rp( lV9 D7 I- h/ k, s# D# J3 Y：单位体积填料的质量(kg/m3)。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。* Z e% t) k m

24、9 c) W- l. n$ U机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。2 g- v2 z1 E3 l- d7 o# |0 q一些难以定量表达的因素(几何形状)对填料的流体力学和传质性能也有重要的影响。新型填料的开发一般是改进填料几何形状使之更为合理，从而获得高的填料效率。 8 i$ V$ r8 O5 i9 OS3 L! B ! i3 B1 y9 I9 5 ?8 c8 2 I+ Q/ Z1 Q$ j流体力学性质+ P/ Y u r3 , O/ r6 ?# Z* 填料塔效率主要取决于填充填料流体力学性能和传质性能。压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和操作参数

25、的确定至关重要。0 # ) o) c1 F3 o! E; W. n3 % t9 （1） g1 W8 U7 2 g+ e: g, Z压降0 d; B9 P* Z4 6 Q表面摩擦阻力+形体阻力，前者是气体在空隙中流动时在填料表面和气液界面上产生的粘性应力，后者是由于气体流道的突然增大或缩小，方向的改变等造成的动能损失。- F9 ?, L7 kI; W# R2 a O! Z, C影响因素：填料特性(几何形状、比表面积、e0 % T. N: h8 k4 E) w等)，流体物性(m、s- K+ S9 P9 D. & S+ k% m! t等)以及操作条件(气液流量、T 等)。. h/ G d& j, p

26、6 u难以进行准确的理论计算，迄今仍然只能由各种经验关联式或关联图进行估算。) c) Z! y/ 1 w, h* f5 $ f$ n ?Q ?* E) i; W0 Z - u% T% 5 A, o3 Q . t/ 3 f6 a# K/ b（2）泛点0 g& P G4 I( _, n6 p+ Q在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷,是填料塔的操作极限6 t7 E& b& 0 g; c! K泛点气速：开始发生液泛时的气速，泛点的直接表达参数。2 r9 i( S0 ?) H Jl% w u* l4 h/ W7 _为防止液泛

27、发生，最大操作气速应 95%泛点气速，设计点的气速通常取泛点气速的50%80%。故正确估算泛点气速对填料塔的设计和操作都十分重要。5 D( ; f5 t; Mk$ XE0 # t; ul; t; ! D7 K% g4 H8 _% X填料的种类，物系的物性以及气、液相负荷等因素对泛点都有一定的影响。泛点气速的估算式通常仍是借助于实验数据所得的各种经验关联式或关联图。! _! _/ X- . |: Ul! b8 P5 W0 N$ R1 n* E对于散装填料，目前广泛采用埃克特(Eckert)压降和气速通用关联图中的泛点曲线。7 U% B+ L! y- V # Q/ cl% R9 y; t* s8

28、k* e/ J9 g5 规整填料有类似的泛点实验关联图，可参考有关文献。1 A i6 d& r. if0 4 f% ?* X& Y: e: u+ 2 U U: O5 x8 |（3）持液量q+ e6 r3 S) r- g* |l9 m! 4 b# c( X1 c$ 填料的持液量：操作时单位体积填料在表面和空隙中所积存的液体体积量。由静持液量和动持液量两部分组成。! N! L* X$ T B( Ol e% g, v6 t! R动持液量：停止气液两相进料后从填料中排放出来的液体。与填料特性，物性及气液两相流量有关。5 U+ R7 G# k% Z; X6 sl7 s+ P8 m1 J+ G& | X/

29、 静持液量：液体排放完后仍保留在填料层内的那部分液体。与填料表面积，表面特征及润湿性有关。! v; X5 y/ j2 v* U7 xlm n# K. ?- V1 n2 r& Y* ?持液量对填料的压降、气液通量以及分离效率均有影响。+ a7 ) K2 0 d$ N& - b9 Ql+ q+ * |/ I( Q; L9 Q6 v3 J$ s液体在填料层中的停留时间与持液量成正比，故热敏性物系分离不宜采用持液量大的填料。5 l0 q $ ! 9 p$ Zl3 9 v. H+ ( & x6 V G3 L对间歇蒸馏不宜采用持液量大的填料。8 U/ # w5 K; m# u EH, H; l6 ! E*

30、 * |4 p# f- k填料塔稳定操作时持液量越小，灵敏度越高。a2 |9 o8 a9 C! p; Tl) j O. x7 F7 8 Y% I5 b- w理想的操作：大传质表面，较小持液量。 : L- D* S$ ( F# x0 h& Y/ N 0 M Z0 o$ Ce M- K9 G: J（4）气、液两相分布) 7 J1 O7 e6 n, Q0 n) v7 i2 o8 D气、液两相分布不均匀对塔效率会产生不利的影响。9 3 4 N+ X& A小尺度不良分布：单个填料尺度或规整填料的通道尺度上的不均匀分布。& c4 B x1 d8 i z原因：由于气体的弥散性，气体在小尺度上容易分布均匀。而

31、液体能否在填料表面扩展成膜与填料的润湿性直接相关。即使填料润湿性很好，液体的初始分布也很均匀，但在向下流过一定高度的填料层后部分液体必然会汇集为细股流，使另一部分填料表面不能为液体所润湿。5 # u# t8 d) x. K5 R# 0 $ ?小尺度的不良分布是填料的特性，当液体流经一定距离后，这种不良分布特性保持稳定，称为特征分布。通常散装填料的小尺度不良分布较规整填料突出。9 I7 j0 ; p n! T% B X S# w, R大尺度不良分布：由液体初始分布不均、填料层结构不均和塔体倾斜等非正常因素所引起。* T& H! i6 0 % R 壁效应：若塔壁附近空隙率显著大于填料主体区，则会造

32、成液体向壁区偏流并最终形成沿塔壁垂直向下的壁流，减少了填料气体区的液流量。塔体倾斜会造成液体优先流向下方塔壁而汇集，上方塔壁及靠壁区液体分布则不足。填料破碎、变形等也会造成大范围的液流分布不均。大尺度液流不均还会引发气流分布不均，造成气体走短路，使填料塔操作恶化。改进措施：加强液流入塔的初始分布均匀性，在塔内设置液体再分布器，填料充填均匀，对大型塔填料尺寸与塔径之比不大于 1/30 以避免壁效应等。! D, ?6 P) B$ w- L( t1 b- n附属结构; x+ C* J% m6 j5 d0 S8 Nl+ a1 O/ J1 L& O% p填料支承装置2 t1 x& ( 5 ( n% g7

33、 u a（1）# O2 n- 5 5 G! b+ 9 N* 栅板7 R s# f3 q! W) X7 Y! E4 E+ L7 _（2）/ H: w$ P+ t# i升气管& w2 c% 6 Y; g+ Pl. . Pm1 3 F液体分布及再分布装置( n) N$ w) r( 9 ml5 7 2 W1 p( & C气体进口分布装置 d G* v+ s# |l3 v$ p* p6 V6 R, a8 c出口除沫装置 O; n- P s7 / m1 P. t2 n! c% D9 b4 OS - ?6 : t$ r$ S s8 W 5 B6 h2 ?6 q1 e* g; i) H$ t设计步骤8 5 e

34、 i F# k: 8 K( o H1、选择填料9 K1 I# nZ- V, S2 K5 i! Pd. & V- . & ; o& l9 q(1) 根据所处理物系的腐蚀及操作温度确定材质；$ 6 m J+ Z# M9 x d7 W3 b: q, l8 Z(2) 根据塔径确定填料公称直径；4 L# W0 x Z. |M( x$ Z7 k: c- O, d3 C6 V(3) 根据生产能力，所处理物系的粘度和表面张力以及气体输送装置的功率等选用不同填料。: s0 p; W, d B) x i2、确定塔径9 T2 U4 I# u9 tr|$ J若无现场或实验数据，可根据公式计算泛点气速，从而计算塔径。9

35、 M; q1 |! n8 l! i; B( j# P+ r4 K3 q7 Y N/ N3、计算压降$ G+ Q3 h, 4 O* J若无现场或实验数据，可根据填料厂商提供的负荷因子FS单板压降DP关联图表计算压降。- 8 V2 n, e. S9 C. , I& a4、计算填料层高度1 e% ?6 U8 S D5 F* y% Qq/ 若无现场或实验数据，可根据填料厂商提供的负荷因子FS等板高度HETP关联图表计算。7 s6 q) F- ( P& J4 o5、确定填料的分段数，选定液相再分布装置。2 _8 _! c9 G4 9 G/ e. C6、选定液相喷淋装置，设置除雾/沫器。/ x# l7 V

36、5 3 e 0 L填料塔的制造与安装2 K! F% c5 E) |: n% K总的来说,填料塔的制造与安装应按设计要求进行,不能一概而论。有些设计对制造、安装的某些误差精度要求较高,而另外一些设计对制造、安装的这些误差精度要求可能并不太高,误差稍大,并不影响塔的正常操作。静压孔流式液体分布器受安装水平度的影响,若设计液位只有50mm,对水平度的要求较高,否则会导致液体分布不均,水平度偏差10mm,两点液量相差11%;若设计液位200mm,水平度稍差,对液体分布不会有大的影响,水平度偏差10mm,两点液量相差只有2.5%。7 V7 O+ ?) z3 h! j2 k( |/ K 制造与安装精度虽不

37、可一概而论,某些精度也无标准可言,但仍有公认的误差精度可供参考。+ _3 N* # N, u a9 1、填料塔的垂直度6 o% F5 / p4 q! M 由于塔节的对接、塔节与裙座的对接、塔的基础及热变形等因素的作用,塔不可能做到绝对垂直,因此使塔产生了垂直度偏差。* A* Y) z u) g Q 在填料塔填料层内,液体受重力的作用趋于垂直下流,因此若塔有倾斜,液体将优先流向倾斜的下一边塔壁,倾斜的上一边液流小,气体则优先流向倾斜的上一边塔壁,结果导致填料层内的气液分布不均,分离效率下降,许多工程实践证明了这一点。多数结果认为,每倾斜一度分离效率下降5%10%,规整填料由于塔倾斜而引起的效率下

38、降较散装填料要小。规整填料的倾斜度应小于0.20.5。. . . F5 xL, n 填料塔静压液体分布器的水平度要求很高,应在塔安装就位后现场安装,以避免塔垂直度对分布器等水平度的影响。6 Q* W- x& P8 i: u 塔的无规则小摇动,不会使塔效率有大的下降,较垂直塔的效率下降小于10%。塔的无规则摇动会使液体分布器分布性能下降,使液体分布器溢流,使塔的效率大幅度下降,使用管式分布器可避免此类事故发生。3 I9 ) g/ g$ q9 _2 A 很高的塔,由于风载的影响,塔顶摇动很大宜采用管式液体分布器。h! : w1 e2 r: 1 E5 D0 2、填料塔的椭圆度. v# 4 T1 b7

39、 D- ; Y 一般认为,填料塔的椭圆度并不影响填料塔的性能,只是影响塔内件及填料的安装。散装填料的安装并不受塔椭圆度的影响。为了便于安装,规整填料塔的塔径误差需予以限制,常规规整填料塔推荐误差可以查取相应的设计手册。: ?1 r& r$ j/ j 3、塔填料的制造与安装0 w e, , f% I w, l; h5 S9 | 填料的开发、制造一般由填料制造厂完成,填料的性能数据也由制造厂提供,其质量也应由制造厂保证。4 I/ H4 P5 j0 W! i! I$ K (1) 填料安装前的处理; t) a% y5 h$ C7 u1 填料的除油& 6 F2 ; L7 * o& W6 n4 a 新填料

40、表面有一薄油层,这油层可能是金属填料在加工过程中采用润滑油润滑而形成的; 也可能是为了避免碳钢填料在运输和储存过程中被腐蚀而加的防锈油。这层油的存在对于某些物系是绝对不允许的,例如空分系统中,油层洗涤下来后与液氧共存,可引起爆炸。对于水溶液物系,这层油可妨碍液膜的形成,对于某些碱性物系还可引起溶液发泡,因此应弄清该油的物性,在开车之前将其除掉。为了便于清除油层,填料加工的润滑剂采用水溶性的较好。碳钢填料应储存在干燥封闭处,不应提前除,以防锈蚀。& e, F$ _, s0 g8 v 陶瓷填料去碎片1 C6 s0 d$ s& G9 % _. |2 x& n 新陶瓷填料和重新填充的陶瓷填料应将其中的

41、碎片筛掉,有时需用手工逐个除去,散装陶瓷填料在运输过程中难免有破碎,大块的碎填料仍可利用,其通量有所下降,压降有所升高,但分离效率不会下降。9 a- |+ a9 Z2 $ V# _ 塔支承圈的拆除; i( e, N; E6 ! 板式塔改填料塔,需将原塔板、降液管及支承圈拆除。水平支承圈应尽可能割干净。水平支承圈保留,在塔内会干扰气液分布,也减小了塔的有效截面,从而增大了阻力,减小了通量,效率也会因此而下降。0 J2 t8 CW7 e 采用散装填料改造板式塔,只要塔的支承圈面积小于塔截面积10%,不需拆除。6 a) B8 ?: r b. ? 采用规整填料改造板式塔,在安装前应将支承圈拆除,并打磨

42、干净,残留量一般应小于5mm,也可听从填料制造商的意见。) n8 z0 c- g% 5 U (2)、填料及塔内件的安装; P. s% N; W+ Q0 L 需焊接的内件,如填料支承、液体收集器、气液分布器等最好在填料安装前完成,以防焊渣进入填料内引起火灾。金属填料表面的油层在焊渣的高温条件下很容易着火,塑料填料更容易引起火灾。焊渣留在塔内还会引起液体分布器堵塞,影响塔效率。若有些部件必须在填料安装过程中或完成后进行,需在焊接下方铺设石棉布、石棉板等,使焊接与填料隔离。6 G9 N5 P* Z) A; K$ v 填料及内件的安装步骤：$ y* & j0 d# U! r2 W3 j4 R填料支承；

43、l 安装: % G9 z* P9 P; p9 ( Z* J填料；l 安装9 U$ U6 d# |3 z6 i# F6 A% L 填料固定或压紧装置,并调水平；l安装. E- B9 E0 o# f4 O! p+ C+ T7 T 安装液体分布器或再分布器,固定并调水平；l 9 $ W2 o, g6 kl 安装完毕，检查。) i W1 s1 n8 c (3)、填料的安装% # _- ?- q# B& 6 f 填料的安装对保证塔的分离效率至关重要,要在填料制造厂技术人员的指导下完成。不良的安装会引起气液不良分布,造成分离效率和处理能力下降,压降升高。+ y ( C$ h, n$ r8 m Z 散装填料

44、的安装% f2 g8 v, p c6 V- U 散装填料的安装看起来很简单,将填料倒入塔中即可,其实不然,这样简易安装轻者会造成填料填充密度不均,重者可造成金属填料变形,陶瓷填料破碎,从而引起气液不均匀分布,使分离效率下降。, a, p9 u3 S0 x0 R$ l1 C 陶瓷填料和非碳钢金属填料,若条件允许,应采用湿法填充。采用湿法填充,安装支撑板后,往塔内充水,将填料从水面上方轻轻倒入水中,填料从水中漂浮下落,水面要高出填料lm以上。湿法填充可减少填料破损、变形。湿法填充还增加了散装填料的均匀性,填料用量减少约5%,填料通量增大,压力降减小。Billet在500mm直径塔用Dg38鲍尔环采

45、用湿法填充和干法填充进行对比实验,结果表明,采用湿法填充较干法填充少用填料5%,压降下降10%,效率几乎相等。因此在通量受限制的场合应尽量采用湿法填充。* i& u) T0 i2 O1 D3 R! k. l5 v 采用干法填充填料应始终从离填料层一定高度倒入,对于大直径塔采用干法填充,有时需人站在填料层上填充。应需注意人不可直接站在填料上,以防填料受压变形及密度不均,可在填料上铺设木板使受力分散。) ) x% O9 Oh 无论采用湿法填充还是采用干法填充,都应由塔壁向中心填充,以防填料在塔壁处架桥, 填料不应压迫到位,以防变形密度不均。各段填料安装完毕应检查上端填料是否推平，若有高低不平现象,

46、应将其推平。7 _) H3 D6 Z) s: e( 规整填料的安装: ?) B b( G/ u 1 B- t A、规整填料的外形尺寸+ c0 D4 s) w2 8 Z- D- f 规整填料不象散装填料那样可以不考虑塔的形状,随意装入塔中,须根据塔的尺寸、形状以及规整填料塔对塔椭圆度的要求进行制造、安装。采用规整填料改造老塔, 有时其椭圆度远远达不到此要求,这就需从填料制作和安装方面解决,使填料适合塔体。 + C3 V: z H5 G0 L. 对于直径小于800mm的小塔,规整填料通常做成整圆盘由法兰孔装。对于直径大于800mm的塔,规整填料通常分成若干块,由人孔装入塔内,在塔内组圆,无论整圆还

47、是分块组圆,其直径都要小于塔径,否则无法装入。填料与塔壁之间的间隙,应根据采用的防壁流圈形式而定,各填料生产厂家通常有自己的标准。& : U8 ?! G1 T |& 6 _8 R* r B、规整填料的防壁流圈7 f( e: H) W8 V& : n/ T5 b 通常为防止由于填料与塔壁间隙而产生气液壁流,在此间隙加防壁流圈。此防壁流圈可与填料做成一体,也可分开到塔内组装。通常对于小直径整圆盘填料其防壁流圈是与填料做成一体的,有时一圈两用,既做防壁流圈,又起捆绑填料的作用。防壁流圈不应将填料与塔壁之间的间隙在高度方向上全部封死,这样不仅会减少塔的通量,增加阻力,特别是小直径的塔,而且经实验证明还

48、会引起分离效率的下降。 X* p5 D c) n- G 防壁流圈可以使气液以折流流动形式通过塔壁间隙，既防止了壁流，又利用了间隙起到传质作用。& G* X( Q O1 A* C、小直径整盘规整填料的安装/ z) Y: X8 z( y + g5 q3 a 安装小直径整盘规整填料时,先将防壁流圈翻边、摆正,将相邻两盘填料波纹片成90度角依次放入塔内,并用圆盘适当压紧。; U7 D# V8 s7 K( ; K/ c 对于填料层高度较高,直径稍大的塔,可采用推盘跟踪填料盘,将填料盘送到预定位置,但须有安装经验的人员进行操作,也可将几盘填料进入塔前穿成一串,一起装入塔内，或两人采用钢筋条勾住填料,下降到

49、预定位置。 % I* T# w( 8 M- S: X6 E D、大直径规整填料的安装 ; W+ V6 uM6 |! N9 B6 E- Z4 a 大直径规整填料需分块从人孔进入塔内安装, 盘高通常为100300mm,每块长度可与塔弦长等长,也可分成若干块。为便于制作、包装、运输、拆卸,每块长度不宜超过1.8m。每块填料中填料片采用穿钉组装,有时也简单地采用金属丝或打包带捆绑。为防止丝网填料在运输中变形,采用金属包角保护填料。9 H( |+ b1 o7 z7 E 若防壁流圈与填料一体,每块填料安装前需将防壁流圈按要求打开;若防壁流圈与填料分体,安装过程中需将防壁流圈按要求放到位。通常安装由一端开始

50、至另一端结束,相邻两盘填料波纹成90度角。每四盘填料为一个周期,这样成顺时针(或逆时针方向转动组装填料盘,可以缩小填料上端面水平误差。丝网填料每盘安装完毕后再去掉包角。安装人员不应总站在塔截面中部,这样易形成四周高中间低的“锅 底”现象。+ _/ c/ S1 U* M1 D+ y 各盘填料组装最后一块需借助滑板安装。由于塔的不圆及其他原因有时需将填料酌情加片或减片,以使填料适合塔体。填料安装过紧会导致填料片变形,填料总高“加高”,上端面不平,效率通量下降。同样,填料安装过松,会导致气液分布不均,分离效率下降。( ) J+ b. u/ U: G- q, W( M 某些特殊情况,由于时间不允许或其

51、他原因,板式塔改规整填料塔塔圈不能割除,需制作一些直径与塔圈相符的填料,以便在塔圈处安装,设计应考虑由此而造成的效率和通量损失。* / z2 V: T4 k) * U3 E(4)、封口前的检查7 M l7 L2 v4 - u! z 安装与设计不一致往往要产生麻烦,错误发现的越早越容易改正,因此检查应与安装同时进行。检查最好由现场技术服务工程技术人员或设计人员承担,现场服务工程技术人员和设计人员一般对塔内流体流动状况及传质状况有较好的了解,很容易发现错误;再者,现场检查也是一个很好的锻炼,可以提高设计技巧,使以后的设计更完善。 * 7 f3 Q8 M7 ?( B 8 h! 检查最好事先列一检查表

52、,对照表逐项检查,以防遗漏。对于改造的塔器,应重点检查改造的部分。 0 D ?5 Y& S+ a2 ?; Z0 y 安装完毕,如有条件最好采用水或其他介质冷试,检查液体分布器的分布情况及液体收集器的收集情况,此项工作可与清洗填料同时进行。试验完毕,将存在液体分布器、收集器中的杂质清出塔外,即可封塔。填料塔* N6 p9 6 K% H6 | s- i% f, D. v# % & f1 e摘要1 h2 T* H( y9 f* r+ m* wn- K; ; H% c$ 8 d5 C( Zd9 K塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接

53、触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增3 r: 5 F1 c. k4 # n9 ?8 ( p- v8 |) y! S3 k+ T填料塔的结构特点, l C9 L2 F# Q! Z( s7 : F2 F3 B3 |% q% V0 F2 a4 _ 图1所示为填料塔的结构示意图，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶

54、经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 T! N5 P/ c# n( V- C: B# y* K7 7 i4 Z& % V) q: a3 a: A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