青海大学吸收填料塔自学内容实用教案

1、2021-12-9填料(tinlio)塔的结构第1页/共88页第一页，共88页。2021-12-9填料填料(tinlio)吸收塔远景图吸收塔远景图第2页/共88页第二页，共88页。2021-12-9第3页/共88页第三页，共88页。2021-12-92、填料(tinlio)塔的操作（1）填料(tinlio)塔的操作方式液体从塔顶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，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过(tnggu)填料层的空隙；在填料表面上，气液两相接触进行传质。 第4页/共88页第四页，共88页。2021-12-9X2Y1Y2X1（2）填料塔的操作(cozu)特点

2、填料(tinlio)塔属于微分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。 第5页/共88页第五页，共88页。2021-12-93、填料(tinlio)的作用 填料在填料塔操作中起着重要作用。主要为：（1）液体润湿填料表面便增大了气液接触面积；（2）延长了气液两相接触的时间；（3）填料层的多孔性不仅促使(csh)气流均匀分布，而且促进了气相的湍动。增大了传质过程的总传质系数。【制造填料的材料(cilio)】碳钢、不锈钢、陶瓷、高分子材料(cilio)（如塑料）等。 第6页/共88页第六页，共88页。2021-12-94、填料(tinlio)类型 （

3、1）散装(snzhung)填料 散装填料(tinlio)是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料(tinlio)或颗粒填料(tinlio)。 散装填料(tinlio)根据结构特点不同，可分为： 拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形 矩鞍形 金属环矩鞍形 球形第7页/共88页第七页，共88页。2021-12-9（2）规整(u zhn)填料 【定义】按一定的几何构形排列，整齐堆砌(duq)的填料。 规整填料种类很多，据其几何结构，主要有： 格栅填料格栅填料波纹填料波纹填料脉冲填料脉冲填料第8页/共88页第八页，共88页。2021-12-9拉西环（Rasching

4、 ring） 【结构特点】外径与高度(god)相等的圆环。 拉西环填料(tinlio)于1914年由拉西（F. Rashching）发明。第9页/共88页第九页，共88页。2021-12-9金属金属(jnsh)(jnsh)拉西环拉西环第10页/共88页第十页，共88页。2021-12-9塑料塑料(slio)(slio)拉西环拉西环第11页/共88页第十一页，共88页。2021-12-9（1）拉西环是最早使用的人造填料（此前的填料为碎石、砖块、焦炭等），制造容易，曾得到极为广泛的应用。（2）大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，堆积时相邻之间容易形成线接触，填料层的均匀性差。因此，拉西环填料

5、层中的液体(yt)存在着严重的壁流和沟流现象。（3）目前，拉西环填料在工业上的应用日趋减少。 【拉西环的性能(xngnng)特点】第12页/共88页第十二页，共88页。2021-12-9线接触线接触(jich)第13页/共88页第十三页，共88页。2021-12-9【沟流和壁流现象(xinxing)】【沟流】液体的偏流称为“沟流”（channeling）。产生沟流的原因可从两方面考虑：（1）因操作时液体并不能全部润湿填料表面(biomin)，于是，液体只沿润湿表面(biomin)流下，形成沟流。（2）因为每个填料与相邻填料都有若干个接触点，该填料自某些接触点得到液体，又从某些接触点流走液体。液

6、体来去之间总优先“走近路”。可见，即使填料表面(biomin)全部润湿，仍存在液流不均匀问题。 第14页/共88页第十四页，共88页。2021-12-9【壁流】液体有朝塔壁汇集的趋向，即存在“塔壁效应”。液体自一个填料流至下一个填料的过程中，液体通过填料与塔壁的接触点流至塔壁后，即顺塔壁流下，基本上不再返回填料层中。 液体流过一段填料层后，填料层中心(zhngxn)部位液流量明显减小，甚至出现干填料区。【沟流和壁流的影响】填料塔操作时存在着气、液相在塔横截面上分布不均匀，其结果必减少气、液接触机会(j hu)，影响传质效果。 第15页/共88页第十五页，共88页。2021-12-9【改进原因】

7、当拉西环在塔内是直立状时，填料内、外表面都是气、液传质表面，且气流阻力小，但当其横卧或呈倾斜状时填料部分(b fen)内表面不仅不能成为有效的气液传质区，而且使气流阻力增大。填料间的线接触会阻碍气、液流过。【改进方法】 “截短” 拉西环，即高径比为0.5的短管。这种填料保留了原来拉西环的优点，性能稍优于拉西环，但应用并不普遍。 拉西环的改进(gijn)“截短”型拉西环第16页/共88页第十六页，共88页。2021-12-9第17页/共88页第十七页，共88页。2021-12-9鲍尔环(Pall ring) 1948年出现(chxin)的鲍尔环是对拉西环作出重大改进的一种填料。 【结构特点】在侧

8、壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连(xin lin)，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶。 窗孔窗孔舌叶舌叶第18页/共88页第十八页，共88页。2021-12-9金属金属(jnsh)鲍尔环鲍尔环第19页/共88页第十九页，共88页。2021-12-9陶瓷陶瓷(toc)鲍尔环鲍尔环第20页/共88页第二十页，共88页。2021-12-9【鲍尔环的性能特点】 不论填料在塔内置于什么方位，流体均可通过填料，从而使填料内、外壁面均成为有效传质区域。与拉西环相比(xin b)，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。 第21页/共88页第二十一页，共88页。202

9、1-12-9第22页/共88页第二十二页，共88页。2021-12-9阶梯(jit)(jit)环(cascade mini rings) (cascade mini rings) 【结构特点】阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比(xin b)，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。 锥形翻边锥形翻边第23页/共88页第二十三页，共88页。2021-12-9陶瓷陶瓷(toc)阶梯环阶梯环第24页/共88页第二十四页，共88页。2021-12-9【锥形翻边的作用】（1）增加了填料的机械强度；（2）而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，增加了填料间的空隙(kngx)，可以促进液膜的表

10、面更新，有利于传质效率的提高。 第25页/共88页第二十五页，共88页。2021-12-9第26页/共88页第二十六页，共88页。2021-12-9【性能特点】（1）由于高径比减少，使得气体绕填料(tinlio)外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料(tinlio)层的阻力。 （2）阶梯(jit)环的性能略优于鲍尔环，与鲍尔环相比，生产能力可提高10%，气体阻力可降低5%左右，是短管形填料中较好的一种。 第27页/共88页第二十七页，共88页。2021-12-9弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle） 1931年出现(chxin)的这类填料称弧鞍形填料，是

11、因形如马鞍而得名。 【弧鞍形填料(tinlio)】第28页/共88页第二十八页，共88页。2021-12-9 【结构特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道(tngdo)，填料层内的空隙较环形填料（尤其较拉西环填料）更加连续，可使气体向上流动时主要沿弧形通道(tngdo)流动。 【性能特点】空隙率大，压降和传质单元高度低，泛点高、汽液接触充分、比重小、传质效率高、通量大，效率高，负荷弹性性大，抗污性好等特点。 第29页/共88页第二十九页，共88页。2021-12-9（1） 1950年出现的矩鞍形填料是改进型填料；（2）其形状仍像马鞍，但做得较厚实，形状比弧鞍形填料简单(jindn)；（3）矩鞍

12、形填料不对称，不论以何种方式接触都不会叠合。（4）矩鞍形填料是当前应用较多的一种填料。 【矩鞍形填料(tinlio)】第30页/共88页第三十页，共88页。2021-12-9矩鞍形填料矩鞍形填料(tinlio)第31页/共88页第三十一页，共88页。2021-12-9【球形填料(tinlio)】【金属环矩鞍形填料(tinlio)】第32页/共88页第三十二页，共88页。2021-12-9波纹(bwn)(bwn)填料 波纹整砌填料是我国开发(kif)成功并于1971年应用的填料类型。 【结构特点(tdin)】由许多具有相同几何形状的填料单元体波纹片相互平行、叠加组成的圆柱状单元。第33页/共88

13、页第三十三页，共88页。2021-12-9陶瓷陶瓷(toc)波纹填料波纹填料第34页/共88页第三十四页，共88页。2021-12-9塑料塑料(slio)波纹填料波纹填料第35页/共88页第三十五页，共88页。2021-12-9波纹波纹(bwn)填料实物图填料实物图第36页/共88页第三十六页，共88页。2021-12-9【波纹填料的性能特点】（1）由于波纹填料独特的结构，其表面(biomin)的倾斜曲折通道可形成极薄的液膜及气流；（2）能促进气、液流的湍动程度，但又不阻挡气、液流；（3）极大的增大了气液两相的传质速率。【波纹填料的材料】碳钢、不锈钢、铝、陶瓷、玻璃钢及纸浸树脂等。第37页/共

14、88页第三十七页，共88页。2021-12-9（1）流通量大。新塔设计可缩小(suxio)直径，老塔改造可大幅度增加处理量；（2）分离效率高，较散堆填料有大得多的比表面积；（3）压降低，可节约大量能源；（4）操作弹性大，持液量小，放大效应不明显；【波纹填料(tinlio)的优点】波纹填料(tinlio)与板式塔、散堆填料(tinlio)相比，具有以下优异的性能：第38页/共88页第三十八页，共88页。2021-12-95、填料(tinlio)的特性【定义】塔内单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。【影响】填料比表面积的大小是气液传质比表面积大小的基础条件。填料的比表面积愈大，所提供的气液

15、传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能(xngnng)优劣的一个重要指标。 （1）比表面积a第39页/共88页第三十九页，共88页。2021-12-9【两点说明(shumng)】 （1）操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍(jisho)，填料真正润湿的表面积（有效表面积）只占全部填料表面积的（2050）%。第40页/共88页第四十页，共88页。2021-12-9（2）有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液体(yt)有某种程度的停滞现象。这种停滞的液体(yt)与气体接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成有效传质区。【结论】填料的比表面

16、积并非有效的传质面积。 第41页/共88页第四十一页，共88页。2021-12-9【定义】塔内单位体积填料(tinlio)层具有的空隙体积，m2/m3。【影响】为一分数。值大则气体通过填料(tinlio)层的阻力小，故值以高为宜。 填料(tinlio)的空隙率越大，气体通过的能力（处理能力）越大且压降低。因此，空隙率是评价填料(tinlio)性能优劣的又一重要指标。（2） 空隙(kngx)率第42页/共88页第四十二页，共88页。2021-12-9（3）填料(tinlio)因子 【定义】比表面积a与空隙(kngx)率所组成的复合量a/3。干填料因子 填料未被液体润湿时的a/a/3 3称为干填料

17、因子，它反映了填料的几何特性；湿填料因子 填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，空隙率变小(bin xio)(bin xio)，此时的a/a/ 3 3称为湿填料因子，用表示。其单位为1/m1/m。 湿填料因子反映了填料的流体力学性能，空隙率越大，值越小，表明流动阻力越小。 第43页/共88页第四十三页，共88页。2021-12-9（1）填料因子反映某种填料所构成的填料层中流体通道的特性；（2）填料因子是表示填料层阻力与液泛条件的重要(zhngyo)参数，为填料塔设计所必须；（3）一般说来，填料因子越大，越容易造成液泛；（4）可根据填料因子确定泛点气速空塔气速填料塔的直径。 【填料因子(yn

18、z)的用途】第44页/共88页第四十四页，共88页。2021-12-96、填料的性能(xngnng)评价 【评价依据(yj)】填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。（1）效率要高。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；（2）通量（处理量）要大，压降要小。填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。 第45页/共88页第四十五页，共88页。2021-12-9填料名称填料名称评估值评估值语言值语言值排序排序丝网波纹填料丝网波纹填料0.86很好1孔板波纹填料孔板波纹填料0.61相当好2金属金属Intalox0.59相当好3金

19、属鞍形环金属鞍形环0.57相当好4金属阶梯环金属阶梯环0.53一般好5金属鲍尔环金属鲍尔环0.51 一般好6瓷瓷Intalox0.41 较好 7瓷鞍形环瓷鞍形环0.38略好8瓷拉西环瓷拉西环0.36略好9第46页/共88页第四十六页，共88页。2021-12-9二、填料二、填料(tinlio)(tinlio)层内气液两相的流体力学特性层内气液两相的流体力学特性 填料塔的流体力学性能(xngnng)主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。 1、填料(tinlio)层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填料表面及其缝隙中。【定义定义】

20、单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体）/（m3填料）表示。 第47页/共88页第四十七页，共88页。2021-12-9 一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质(chun zh)是有益的，可以提供更大的气液相接触面积； 但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。【持液量的影响(yngxing)】第48页/共88页第四十八页，共88页。2021-12-92、填料(tinlio)层的压降【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来(xi li)的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成

21、了填料层的压降。 【影响因素】压降与液体(yt)喷淋量及气速有关：（1）一定的气速下，液体(yt)喷淋量越大，压降越大；（2）在一定的液体(yt)喷淋量下，气速越大，压降也越大。 第49页/共88页第四十九页，共88页。2021-12-9【构成】将不同液体喷淋量下的单位高度(god)填料层的压降P/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸上，所得到的曲线簇。 【填料(tinlio)层压降P/Z与空塔气速u的关系曲线图】【空塔气速】气体(qt)的体积流量除以塔截面积所得的流速。空塔气速空塔气速第50页/共88页第五十页，共88页。2021-12-9（1）干填料(tinlio)压降线 在图中，直线0表

22、示无液体(yt)喷淋（L=0）时，干填料的P/Zu关系，称为干填料压降线。【特点】 P/Zu为线性关系。空塔气速空塔气速第51页/共88页第五十一页，共88页。2021-12-9（2）填料(tinlio)操作压降线 【构成】在不同液体喷淋量下，填料层的P/Zu关系(gun x)，称为填料操作压降线。【特点】在一定的喷淋量下， P/Z随空塔气速的变化曲线大致可分为三段（三个区域）。 空塔气速空塔气速液体液体(yt)喷淋量喷淋量 L3L2L1第52页/共88页第五十二页，共88页。2021-12-9【特点(tdin)】三个区域内的压降与空塔气速之间的关系不同。【现象】两个(lin )拐点；三个区域

23、。第53页/共88页第五十三页，共88页。2021-12-9（3）恒持液量区 【原因(yunyn)】当气速低于载点时，气体流动对液膜的曳力很小，液体流动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的持液量不变。【特点】此时P/Zu为一直线，位于干填料压降线的左侧，且基本上与干填料压降线平行。 第54页/共88页第五十四页，共88页。2021-12-9（4）载液区 当气速超过载点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞(z zh)作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称为拦液。开始发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速，曲线上的转折点称为载点。 载点气速载点

24、气速【有关(yugun)规律】载点气速随喷淋量增大而减小。第55页/共88页第五十五页，共88页。2021-12-9（5）液泛区 若气速继续增大，到达泛点时，由于液体不能顺利向下流动，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎充满液体。此时，气速增加很小便会引起压降的剧增(j zn)，此现象称为液泛，开始发生液泛现象时的气速称为泛点气速，以uF表示，曲线上的拐点称为泛点。 【填料塔的正常操作(cozu)范围】从载点到泛点的载液区，是填料塔的正常操作(cozu)范围。 泛点气速泛点气速第56页/共88页第五十六页，共88页。2021-12-93、填料(tinlio)塔的液泛【现象】在泛点气速下，持液

25、量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种情况称为淹塔或液泛。【危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速率下降；液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏。【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性(txng)、流体的物性及操作的液气比等。第57页/共88页第五十七页，共88页。2021-12-9正常操作正常操作(cozu)时的填料塔时的填料塔【特点】气体为分散相，液体(yt)为连续相。第58页/共88页第五十八页，共88页。2021-12-9填料填料(tinlio)塔的液泛现象塔的液泛现象第59页/共88页第五十九页，共88页。2021-12-9三、填料

26、三、填料(tinlio)塔的附件塔的附件 填料塔的附件主要有：（1）填料支承(zh chn)装置；（2）填料压紧装置；（3）液体分布装置；（4）液体再分布装置。第60页/共88页第六十页，共88页。2021-12-91、填料支承(zh chn)装置【作用】填料支承安装在填料层底部，主要有以下几个作用：（1）阻止填料穿过气体分布装置而掉下来； （2）支承操作状况下填料床层的重量(zhngling)。 【分类】常用的填料支承装置有：（1）栅板型；（2）梁型；（3）升气管型等。 第61页/共88页第六十一页，共88页。2021-12-9栅板式填料栅板式填料(tinlio)支撑装置支撑装置第62页/共

27、88页第六十二页，共88页。2021-12-9梁（气体喷射梁（气体喷射(pnsh)）式填料支撑装置）式填料支撑装置第63页/共88页第六十三页，共88页。2021-12-9升气管式填料支撑升气管式填料支撑(zh chng)装置装置第64页/共88页第六十四页，共88页。2021-12-92、填料(tinlio)压紧装置【作用】防止在气流(qli)的作用下填料床层发生松动和跳动而引起的填料破碎或带走。【分类】填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。 填料压板自由(zyu)放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。 （1）填料压

28、板第65页/共88页第六十五页，共88页。2021-12-9各种各种( zhn)填料压板填料压板【特点】无需固定，产生的压强(yqing)为1100Pa左右。第66页/共88页第六十六页，共88页。2021-12-9【使用对象】床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。【使用方法】床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。【特点】产生的压强(yqing)为300Pa左右。 （2）床层限制(xinzh)板第67页/共88页第六十七页，共88页。2021-12-9床层限制床层限制(xinzh)板板第68页/共88页第六十八页，共88页。2021-12-93、液体(yt)分布装置【分类】液体分布装置的种类(zhngli)多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。