蒸馏设备的认知与操作-蒸馏

板式塔板式塔通常是由一个呈圆柱形的壳体及沿塔高按一定的间距，水平设置的若干层塔板所组成，如图19.2-1所示。在操作时，液体靠重力作用由顶部逐板向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体则在压力差推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次穿过各层塔板由塔顶排出。塔内以塔板作为气液两相接触传质的基本构件。1）板式塔的结构图19.2-1板式塔结构图工业生产中的板式塔，常根据塔板间有无降液管沟通而分为有降液管（错流塔板）及无降液管（逆流塔板）两大类，应用最多的是有降液管式的板式塔。它主要由塔体、溢流装置和塔板及其构件等组成。（1）塔体通常为圆柱形，常用钢板焊接而成，有时也将其分成若干塔节，塔节间用法兰盘连接。（2）溢流装置包括出口堰、降液管、进口堰、受液盘等部件。①溢流堰（出口堰）。为保证气液两相在塔板上有充分接触的时间，塔板上必须贮有一定量的液体。为此，在塔板的出口端设有溢流堰，称出口堰，如图19.2-2所示。塔板上的液层厚度或持液量很大程度上由堰高决定。生产中最常用的是弓形堰，小塔中也有用圆形降液管升出板面一定高度作为出口堰的；图19.2-2塔板结构图②降液管。降液管是塔板间液流的通道，也是溢流液中所夹带气体分离的场所。正常工作时，液体从上层塔板的降液管流出，横向流过塔板，翻越溢流堰，进入该层塔板的降液管，流向下层塔板，如图19.2-2所示。降液管有圆形和弓形两种，弓形降液管具有较大的降液面积，气液分离效果好，降液能力大，因此在生产上广泛采用。为了保证液流能顺畅地流入下层塔板，并防止沉淀物堆积和堵塞液流通道，降液管与下层塔板间应有一定的间距（降液管底隙高度）。为保持降液管的液封，防止气体由下层塔进入降液管，降液管底隙高度应小于出口堰高度；③受液盘。降液管下方部分的塔板通常又称为受液盘，有凹型及平型两种，一般较大的塔采用凹型受液盘，平型则就是塔板面本身；④进口堰。在塔径较大的塔中，为了减少液体自降液管下方流出的水平冲击，常设置进口堰。可用扁钢或φ8～l0mm的圆钢直接点焊在降液管附近的塔板上而成。为保证液流畅通，进口堰与降液管间的水平距离不应小于降液管与塔板之间距离。（3）塔板及其构件塔板上液层是板式塔内气液两相接触的场所，操作时气液两相在塔板上接触的好坏，对传热、传质效率影响很大，因此，塔板结构对塔的接触性能和分离效率有决定作用。在长期的生产实践中，人们不断地研究和开发出新型塔板，以改善塔板上的气、液接触状况，提高板式塔的分离效率。目前工业生产中使用较为广泛的塔板类型有泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板等几种，但泡罩塔已越来越少。（4）塔板上液体流动的安排依据液体流量及塔径的大小不同，塔板上液体流动有不同的安排，常用的有单流型与双流型，如图19.2-3所示。①单流型。塔板上只有一个降液管，构造简单，制造方便，常用于塔径小于2m的塔中；②双流型。塔板上有两个溢流堰，上层塔板的液体分成两半，分别从左右两个降液管流到下层塔板，再分别流向中间的降液管中，经中间降液管流到下层塔板后，液体再由中央向两侧流动；双流型的塔板结构较复杂，其优点是液体流动路程短，可减小液面落差，适用于液-汽比较大及塔径大的塔。

2）板式塔的类型（1）泡罩塔图19.2-4泡罩塔板示意图图19.2-4为泡罩塔中任意层塔板的情况。板上设有许多供蒸气通过的升气管，其上覆以钟形泡罩，升气管与泡罩之间形成环形通道。泡罩周边开有很多称为齿缝的长孔，齿缝全部浸在板上液体中形成液封。操作时，气体沿升气管上升，经升气管与泡罩间的环隙，通过齿缝被分散成许多细小的气泡，气泡穿过液层使之成为泡沫层，以加大两相间的接触面积。液体由上层塔板降液管流到下层塔板的一侧，横过板上的泡罩并分离所夹带的气泡，再越过溢流堰进入另一侧降液管，在管中气、液进一步分离，分离出的蒸气返回塔板上方空间，液体流到下层塔板。一般小塔采用圆形降液管，大塔采用弓形降液管。泡罩塔已有一百多年历史，虽有结构复杂、生产能力较低、压强降偏高等缺点，然而它有操作稳定、技术比较成熟、对脏物料不敏感等优点，故目前仍有采用。（2）筛板塔筛板塔也是应用较早的塔设备之一。塔板结构如图19.2-2所示，与泡罩塔基本相同，其差别只是取消了泡罩与升气管，直接在塔板上开小直径的孔——筛孔。操作时，气体高速通过筛孔而上升，使板上横向流动的液体不能经筛孔落下，只能通过降液管流到下一层板。这时，气体上升的压力必须超过塔板上液体的静压力，才能阻止液体从筛孔漏下来。筛板塔的特点：①结构简单，金属消耗量小，造价低，约为泡罩塔的60％～70％；②在一定范围内，板效率高于泡罩塔；③阻力小，生产能力大；④检修、清洗方便；⑤操作范围窄，易造成液泛，筛板易堵塞，对塔板的安装要求严格。（3）浮阀塔浮阀塔的结构与泡罩塔大体相同，即每层塔板上有溢流管，并开有许多升气孔（一般孔径为39mm），它们分别构成了塔板间液、气两种流体的通道。不同的是，升气孔中没有升气管与泡罩，而是装有一个可以上下浮动的阀，称为浮阀，如图19.2-5所示。浮阀塔与泡罩塔相比，其主要特点是：①结构比泡罩塔简单，造价为泡罩塔的60％～80％；②操作弹性大，由于浮阀可上下浮动，能根据气速大小及时改变阀孔开启程度，使它具有较大的操作弹性，最大气相负荷与最小气相负荷之比可高至6左右；③板效率可达60％～80％，比泡罩塔高出10％左右，原因是上升气流以水平方向吹入液层，因而气液接触时间长、面积大，故塔板效率较高；④生产能力大，阀孔的允许气速比泡罩塔要高，因而浮阀塔的生产能力比泡罩塔高约20％；⑤压力降比泡罩塔小；⑥浮阀对材质的抗腐蚀性能要求较高，一般要用不锈钢制作，否则阀片生锈，易卡死于塔板上而不能浮动。（4）其他类型塔板除上述应用的塔板外，舌形塔板、浮舌型塔板、斜孔塔板、穿流型塔板等也有所应用。比较各种塔板的性能是很复杂的问题，因为塔板的性能除取决于塔板类型外，还与其尺寸、加工精度、物系、处理能力等有关。新型塔板有其优势的一面，但综合性能却不一定好，再者设计经验与操作经验相对缺少。（1）进料预热器一般为列管换热器，其作用是将原料液加热到一定的温度。3）板式塔的附属设备（2）冷凝与回流装置主要设备为冷凝器与回流罐，如图19.2-6所示。冷凝器的作用是将塔顶上升的蒸汽进行冷凝，使其成为液体，从冷凝器出来的冷凝液进入回流罐，再从回流罐出来分为馏出液和回流液。回流方式有自然回流与强制回流。自然回流的冷凝器高于塔顶，回流液借重力作用回到塔内，如图19.2-6（b）所示。强制回流冷凝器可置于较低处，如图19.2-6（c）所示，用泵将回流液送入塔内。还有一种是整体式冷凝器，直接安装于塔顶，如图19.2-6（a）所示，蒸汽直接从塔顶进入，冷凝后自然流回塔顶。图19.2-6塔顶冷凝器（3）塔釜加热装置主要设备为再沸器，又称塔釜加热器、循环蒸发器，如图19.2-7所示。再沸器的作用是提供精馏需要的热量，将塔内最下面的一块塔板流下的液体进行加热，使其中一部分液体气化变成蒸气，以提供塔内上升温度较高的气流，从而保证塔板上气液两相的稳定传质。塔釜加热器有釜式、热虹吸式和强制循环式。釜式再沸器如图19.2-7（a）所示，靠重力作用自然循环。热虹吸式再沸器如图19.2-7（b）所示，再沸器内产生的气液混合物密度小于釜液密度，产生静压差，使液体从塔底自动流入再沸器。强制循环蒸发器如图19.2-7（c）所示，釜液用泵循环。图19.2-7再沸器再沸器和冷凝器在安装时应根据塔的大小及操作是否方便而确定其安装位置。对于小塔，冷凝器一般安装在塔顶，这样冷凝液可以利用位差而回流入塔；再沸器则可安装在塔底。对于大塔（处理量大或塔板数较多时），冷凝器若安装在塔顶部则不便于安装、检修和清理，此时可将冷凝器安装在较低的位置，回流液则用泵输送入塔。再沸器一般安装在塔底外部。安装于塔顶或塔底的冷凝器、再沸器均可用夹套式或内装蛇管、列管的间壁式换热器，而安装在塔外的再沸器、冷凝器则多为卧式列管换热器。精馏塔（玻璃仿真）的操作精馏塔的开、停车操作1）精馏塔的开车操作精馏塔的开车一般包括下列步骤：①制定合理的开车步骤、时间表和必需的预防措施，准备好必要的原材料和水电汽供应，配备好人员并完成相应的培训工作，编妥有关的操作手册、操作记录表格；②完成相关的开车准备工作，塔中整洁，无固体杂物，无堵塞，并清除一切不应存在的物质，例如塔中含氧量和含水量需符合要求，机泵和仪表调试正常，安全设施已调试好；③对塔进行加压或减压，达到正常操作压力；④对塔进行加热或冷却，使其接近操作温度；⑤向塔中加入原料；⑥开启再沸器和各加热器的热源，开启塔顶冷凝器和各冷却器的冷源；⑦对塔的操作条件和参数逐步调整，使塔的负荷、产品质量逐步且尽快地达到正常操作值，转入正常操作。对于停车后的开车，一般是指检修后的开车，需检查各设备、管道、阀门、各取样点、电气及仪表等是否完好正常；然后对系统进行吹扫、冲洗、试压及对系统进行置换，一切正常合格后，按开车操作步骤进行。精馏塔开车时，进料要平稳，当塔釜中见到液位后，开始通入加热蒸汽使塔釜升温，同时开启塔顶冷凝器的冷却水。升温一定要缓慢，因为这时塔的上部分开始还是空的，没有回流，塔板上没有液体，如果蒸气上升过快，没有气液接触，就可能把过量的难挥发组分带到塔顶，塔顶产品很长时间达不到要求，造成开车时间过长，要逐渐将釜温升到工艺指标。随着塔内压力的增大，应当开启塔顶通气口，排除塔内的空气或惰性气体，进行压力调节。当回流液槽中的液面达到1／2以上时，开始打回流，并保持回流液槽中的液面。当塔釜液面维持在1／2～2／3时，可停止进料，进行全回流操作。同时对塔顶、塔釜产品进行分析，待达到预定的分离要求，就可以逐渐加料，从塔顶和塔釜采出馏出液和釜残液，调节回流量选择适宜的回流比，调节好加热蒸汽量，使塔的操作在一平衡状态下稳定而正常地进行，即可转入正常的生产。（2）精馏塔的停车操作精馏塔的停车一般包括下列步骤：①制定一个降负荷计划，逐步降低塔的负荷，相应地减少加热剂和冷却剂用量，直至完全停止；如果塔中通有直接蒸汽，为避免塔板漏液，多出些合格产品，降负荷时也可预先适当增加一些直接蒸汽量；②停止加料；③排放塔中的存液；④实施塔的降压或升压、降温或升温，用惰性气体清扫或水冲洗等，使塔接近常温常压，打开人孔通大气。生产中一些想象不到的特殊情况下的停车称紧急停车。如某些设备损坏、某部分电气设备的电源发生故障、某一个或多个仪表失灵等，都会造成生产装置的紧急停车。发生紧急停车时，首先马上停止塔的进料、塔顶采出和塔釜采出，进行全回流操作。适当的减少塔顶冷却剂量及塔釜加热剂量，全塔处于保温、保压的状态。使操作处于待生产状态，及时抢修，排除故障，待停车原因消除后，按开车的程序恢复生产。当生产过程中突然发生停电、停水、停汽或发生重大事故时，则要全面紧急停车。这种停车操作者事前是不知道的，一定要尽力保护好设备，防止事故的发生和扩大。部分自动化程度较高的生产装置，在车间内备有紧急停车按钮，当发生紧急停车时，以最快的速度按下此按钮。精馏塔的操作1）精馏塔的开、停车操作（1）精馏塔的开车操作精馏塔的开车一般包括下列步骤：①制定合理的开车步骤、时间表和必需的预防措施，准备好必要的原材料和水电汽供应，配备好人员并完成相应的培训工作，编妥有关的操作手册、操作记录表格；②完成相关的开车准备工作，塔中整洁，无固体杂物，无堵塞，并清除一切不应存在的物质，例如塔中含氧量和含水量需符合要求，机泵和仪表调试正常，安全设施已调试好；③对塔进行加压或减压，达到正常操作压力；④对塔进行加热或冷却，使其接近操作温度；⑤向塔中加入原料；⑥开启再沸器和各加热器的热源，开启塔顶冷凝器和各冷却器的冷源；⑦对塔的操作条件和参数逐步调整，使塔的负荷、产品质量逐步且尽快地达到正常操作值，转入正常操作。对于停车后的开车，一般是指检修后的开车，需检查各设备、管道、阀门、各取样点、电气及仪表等是否完好正常；然后对系统进行吹扫、冲洗、试压及对系统进行置换，一切正常合格后，按开车操作步骤进行。精馏塔开车时，进料要平稳，当塔釜中见到液位后，开始通入加热蒸汽使塔釜升温，同时开启塔顶冷凝器的冷却水。升温一定要缓慢，因为这时塔的上部分开始还是空的，没有回流，塔板上没有液体，如果蒸气上升过快，没有气液接触，就可能把过量的难挥发组分带到塔顶，塔顶产品很长时间达不到要求，造成开车时间过长，要逐渐将釜温升到工艺指标。随着塔内压力的增大，应当开启塔顶通气口，排除塔内的空气或惰性气体，进行压力调节。当回流液槽中的液面达到1／2以上时，开始打回流，并保持回流液槽中的液面。当塔釜液面维持在1／2～2／3时，可停止进料，进行全回流操作。同时对塔顶、塔釜产品进行分析，待达到预定的分离要求，就可以逐渐加料，从塔顶和塔釜采出馏出液和釜残液，调节回流量选择适宜的回流比，调节好加热蒸汽量，使塔的操作在一平衡状态下稳定而正常地进行，即可转入正常的生产。（2）精馏塔的停车操作精馏塔的停车一般包括下列步骤：①制定一个降负荷计划，逐步降低塔的负荷，相应地减少加热剂和冷却剂用量，直至完全停止；如果塔中通有直接蒸汽，为避免塔板漏液，多出些合格产品，降负荷时也可预先适当增加一些直接蒸汽量；②停止加料；③排放塔中的存液；④实施塔的降压或升压、降温或升温，用惰性气体清扫或水冲洗等，使塔接近常温常压，打开人孔通大气。生产中一些想象不到的特殊情况下的停车称紧急停车。如某些设备损坏、某部分电气设备的电源发生故障、某一个或多个仪表失灵等，都会造成生产装置的紧急停车。发生紧急停车时，首先马上停止塔的进料、塔顶采出和塔釜采出，进行全回流操作。适当的减少塔顶冷却剂量及塔釜加热剂量，全塔处于保温、保压的状态。使操作处于待生产状态，及时抢修，排除故障，待停车原因消除后，按开车的程序恢复生产。当生产过程中突然发生停电、停水、停汽或发生重大事故时，则要全面紧急停车。这种停车操作者事前是不知道的，一定要尽力保护好设备，防止事故的发生和扩大。部分自动化程度较高的生产装置，在车间内备有紧急停车按钮，当发生紧急停车时，以最快的速度按下此按钮。

2）精馏塔的故障及处理（1）精馏塔的操作故障与处理由于物系不同，分离要求不同，操作条件不同，塔的结构及尺寸不同，工艺不同，精馏形式不同等原因，精馏生产中遇到的不正常现象和处理方法也就不相同。归纳起来，精馏操作中常出现的不正常现象和处理方法见表19.4-1。不正常现象原因处理方法塔顶温度不稳定①塔釜温度太高；②回流液温度不稳；③回流管不畅通；④操作压力波动；⑤回流比波动，通常变小。①调节釜温至规定值；②检查冷剂温度和冷剂量；③疏通回流管；④稳定操作压力；⑤调节回流比。釜温及釜压不稳①蒸汽压力不稳；②疏水器不畅通；③加热器有漏点。①调整蒸汽压力至稳定；②检查疏通疏水器；③停车检查漏处。塔釜液面不稳定①塔釜排出量不稳；②塔釜温度不稳；③进料组成发生变化。①稳定塔釜排出量；②稳定塔釜温度；③稳定进料组成。釜温突然下降，提不起温度开车阶段①疏水器失灵；②扬水站回水阀未开；③再沸器内冷凝液未排除，蒸汽无法加入；④再沸器内水不溶物多，垢层热阻大。①检查疏水器；②打开回水阀；③吹除冷凝液；④清理再沸器及加热面。正常操作阶段①循环管堵，再沸器内没有循环液；②再沸器加热管堵塞；③疏水阀失灵；④塔板堵，液体回不到塔釜。①疏通循环管；②疏通加热管；③检查疏水阀；④停车检查清洗塔板。系统压力增高①冷剂温度高或循环量小；②采出量太小；③塔釜温度突然上升；④设备有损坏或堵塞现象。①调节冷剂的温度或流量；②增大采出量；③降低加热蒸汽压力；④停车检修。淹塔①负荷高；②液体下降不畅，降液管堵塞；③釜温突然升高；④回流比大。①调整负荷；②停车检修；③调节加料量，降釜温；④减少回流量，增大采出量。必须指出，任何一种异常现象的发生，往往不是由一种原因引起的，可能是多种因素共同作用的结果，因此，必须不断积累经验，深入了解各因素对精馏操作的影响以及各现象产生的原因，进行综合分析判断，采取措施处理。（2）精馏塔的设备故障及处理①泵密封泄漏。回流泵或釜液泵密封泄漏，发现时应尽快切换备用泵，备用泵应处于备用状态，以便及时切换。一旦现场检测仪发出报警，或巡回检查时发现泄漏，要及时到现场处理，如果来不及切换，可先停泵关阀，从排出管线倒空，防止着火或爆炸，再尽快开启备用泵，减少损失。如果泄漏较大，一时又切换不下来，应当用临时氮气管将泄出的可燃气体吹散，注意人员要站在上风头。如果泄出的是热油，可用蒸汽将它封起来，隔绝空气或浇水冷却以防止着火或爆炸。对于剧毒物质，操作时要戴好防毒面具，最好有人在现场监护。不论泵送何种物料，如果操作工无法靠近操作实施停车，应在控制室内遥控停泵或配电所断电停泵；②换热器泄漏。塔顶冷凝器或再沸器常有内部泄漏现象，一种情况是物料泄入加热剂内或冷凝剂内，另一种情况是加热剂或冷凝剂泄入塔内，轻者造成相互污染，重者造成产品污染，运行周期缩短。在操作过程中一般依靠分析两侧物料来发现，处理方法视具体情况而定，最简单的方法是停车检修；③塔内件损坏。精馏塔中易损坏的内件有阀片、降液管等，损坏形式大多为松动、移位、变形，严重时造成构件脱落。这类情况可以从工艺参数的变化反映出来，如负荷下降、塔板效率下降、产品不合格、工艺参数偏离正常值，特别是塔顶、塔底间压差异常等。设备安装质量不高、操作不当是主要原因，特别是超负荷、超压差运行很可能造成内件损坏，应尽量避免。处理方法是减小操作负荷或停车检修；④安全阀启跳。安全阀在超压时启跳属于正常动作，未达到规定启跳压力就启跳属不正常启跳，应该重新设定安全阀；⑤仪表失灵。精馏塔的仪表失灵比较常见，某仪表出现故障可根据相关的其他仪表来遥控操作；如果调节阀出现故障，可采用现场手动进行操作。设有旁路的，改用旁路控制，及时修理或更换调节阀；⑥电机故障。运行中电机常见的故障现象有振动、轴承温度高、漏油、跳闸等，处理方法是切换下来进行检修或更换。

3）精馏塔的日常维护与停车检修（1）精馏塔的日常维护为了确保塔设备安全稳定地运行，必须做好日常检查工作，并记录检查结果，以作为定期停车检查、检修的资料。日常维护和检查的内容有：原料、成品及回流液的流量、温度、纯度；公用工程流体（如水蒸汽、冷却水、压缩空气等）的流量、温度及压力；塔顶、塔底等处的压力及塔的压力降；塔底温度；安全装置、压力表、温度计、液面计等仪表；保温、保冷材料；检查连接部位有无松动的情况；检查紧固面处有无泄漏，必要时采取增加夹紧力等措施。（2）精馏塔的停车检修塔设备在一般情况下，每年定期停车检查1～2次，将设备打开，对其内构件及壳体上较大的损坏进行检查、检修。通常停车检查项目有：检查塔盘水平度、支持件、连接件的腐蚀、松动等情况，必要时取出塔外进行清洗或更换；检查塔底腐蚀、变形及各部位焊缝的情况，对塔壁、封头、进料口处的筒体、出入口接管等处采用超声波探伤仪探测，判断设备的使用寿命；全面检查安全阀、压力表、液面计有无发生堵塞现象，是否在规定的压力下动作，必要时重新进行调整和校验；检查塔板的磨损和损坏情况；如在运行中发现异常振动现象，停车检查时一定要查明原因并妥善处理。应当注意的是，为防止垫片和紧固用配件等的损坏和遗失，有必要准备一些备用品；当从板式塔内拆出塔板时，应将塔板一一做上标记，这样在复原时就不至于装错。4）精馏操作的安全技术化工生产具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、有腐蚀性等特点，生产工艺复杂多样，生产过程中潜在的不安全因素很多，危险性很大，因此对安全生产的要求很严格。（1）常压操作①正确选择再沸器。蒸馏操作一般不采用明火作为热源，采用水蒸汽或过热蒸汽等较为安全；②注意防腐和密闭。为了防止易燃液体或蒸气泄漏，引起火灾爆炸，应保持系统的密闭性；对于蒸馏具有腐蚀性的液体，应防止塔壁、塔板等被腐蚀，以免引起泄漏；③防止冷却水漏入塔内。对于高温蒸馏系统，一定要防止塔顶冷凝器的冷却水突然漏入蒸馏塔内，否则水会汽化导致塔压增加而发生冲料，甚至引起火灾爆炸；④防止堵塔。防止因液体所含高沸物或聚合物凝结造成堵塞，使塔压升高引起爆炸；⑤保证塔顶冷凝。塔顶冷凝器中的冷却水不能中断，否则，未凝易燃蒸气逸出可能引起燃烧。（2）减压操作①保证系统密闭。在减压操作中，系统的密闭性十分重要，蒸馏过程中，一旦吸入空气，很容易引起燃烧爆炸事故。因此，真空泵一定要安装单向阀，防止突然停泵造成空气倒吸进入设备；②保证停车安全。减压操作停车时，应先冷却，然后通入氮气吹扫置换，再停真空泵。若先停真空泵，空气将吸入高温蒸馏塔，引起燃烧爆炸；③保证开车安全。减压操作开车时，应先开真空泵，然后开塔顶冷却水，最后开再沸器。否则，液体会被吸入真空泵，可能引起冲料，引起爆炸。（3）加压操作①保证系统密闭。加压操作中，气体或蒸气容易向外泄漏，引起火灾、中毒和爆炸等事故。设备必须保证良好的密闭性；②严格控制压力和温度。由于加压蒸馏处理的液体沸点都比较低，危险性很大，因此，为防止发生冲料等事故，必须严格控制蒸馏的压力和温度，并应安装安全阀。填料塔1）填料塔的结构填料塔是在圆形壳体下部设置一支承板，其上充填一定高度的填料。液体在塔顶经分布器喷洒到填料上方，靠本身重力沿填料表面形成向下流动的液膜，最后由塔底引出；气体由支承板下部进入塔内，靠压强差通过填料空隙与填料表面的液膜作连续的逆向接触进行传质，最后经除沫器由塔顶排出。图19.3-1为填料塔结构示意图。图19.3-1填料塔结构示意图1—气体出口；2—液体入口；3—液体分布器；4—壳体；5—填料；6—液体再分布器；7—填料；8—支撑栅板；9—气体入口；10—液体出口液体沿填料层向下流动时有向塔壁集中的倾向，使塔壁附近液流量增大，这种现象称为壁流。壁流使气、液两相在填料层内分布不均，传质效率下降，因此当填料层较高时，往往将填料分层装置，两层填料间设置液体再分布器，将上层填料流下的液体收集后再重新喷洒到下层填料层的顶部。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小、有腐蚀的物料及要求压降小的场合，但不适于处理有悬浮物和易聚合的物料。（1）填料类型自填料塔用于工业生产以来，填料的结构形式有重大的改进，特别是近年来发展更快，目前各种类型、各种规格的填料有几百种之多。填料结构改进的方向可归纳为：①增加流体的通过能力，以适应大规模工业生产的需要；②改善流体的分布与接触，以提高分离效率；③解决放大问题。填料种类虽然很多，但按结构形式可分为颗粒型填料和规整填料，按装填方式可分为乱堆填料和整砌填料。2）填料（2）工业中常用的颗粒填料①拉西环填料。拉西环是最早使用的填料，常用的拉西环为外径与高度相等的圆环，如图19.3-2（a）所示。拉西环在塔内的装填方式有乱堆和整砌两种，一般直径在50mm以下的填料都采用乱堆方式，直径在50mm以上的填料可采用整砌（即整齐排列）的方式。拉西环的形状简单，制造容易，成本低，且对其研究较为充分。但气液分布不均，沟流及壁流现象较严重，因而效率随塔径及层高的增加而显著下降，对气速的变化也较敏感，操作弹性范围较窄，传质阻力大，吸收效率低。因此，拉西环的应用日趋减少。②鲍尔环填料。鲍尔环填料是针对拉西环的一些主要缺点加以改进而研制出来的填料。在普通拉西环的侧壁上冲出上、下两层交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在环壁上，其余部分均弯入环内，在环中心相搭，如图19.3-2（b）所示。考虑到改善气、液的接触状况，侧壁上开孔率应不小于30％；为保持填料有一定的强度，开孔率最大不得超过60％，我国现行标准规定开孔率为35％。鲍尔环比拉西环的传质效率高，操作弹性大，但价格较高。鲍尔环以其优良的性能为工业上广泛采用；③阶梯环填料。阶梯环是在鲍尔环基础上发展起来的填料，如图19.3-2（c）所示。阶梯环与鲍尔环的相似之处，除环壁上也开有窗孔外，阶梯环的高度仅为直径的一半，环的一端制成喇叭口，其高度为总高的1／5。由于阶梯环的填料较鲍尔环填料的高度减少一半，使得绕填料外壁流过的气体平均路径缩短，减少了气体通过填料层的阻力。阶梯环填料因其具有气体通量大、流动阻力小、传质效率高等优点，是目前所用环形填料中性能最好的一种；④鞍型填料。鞍型填料有弧鞍与矩鞍两种，如图19.3-2（d）、（e）所示。鞍型填料是敞开型填料，其特点是：表面全部敞开，不分内外；液体在表面两侧均匀流动；流体通道为圆弧形，使流动阻力减小。鞍型填料的综合性能优于拉西环而次于鲍尔环。由于弧鞍与矩鞍填料都是敞开式结构，故强度较差；鞍型填料的综合性能优于拉西环而次于鲍尔环。弧鞍一般用陶瓷制造，适用于处理腐蚀性物料。⑤金属鞍环填料。金属鞍环填料是综合了鲍尔环填料通量大及鞍型填料的液体再分布性能好的优点而开发出的填料，如图19.3-2（f）所示。金属鞍环填料是由薄金属板冲成的整体鞍环。其优点是：保留了鞍型填料的弧形结构及鲍尔环的环形结构，并且有内弯叶片的小窗；全部表面能被有效地利用；流体湍动程度好，且有良好的液体再分布性能；通过能力大，压强降小，滞液量小；堆积密度小；填料层结构均匀。金属鞍环填料特别适用于真空蒸馏。⑥球形填料。球形填料是用塑料铸成空心球体形状的填料。为了增加填料的表面积并减少填料的形体阻力，采用了空心球体，有的是由若干个平面组成，有的是由许多枝条状的棒连接而成，也有的采用表面开孔的办法，如图19.3-2（g）和（h）所示。球形填料的优点在于床层上易充满填料，不会产生架桥和空穴等现象，因此床层易堆积均匀，有利于气、液均匀分布。但由于塑料耐温性能差，故一般只用于气体吸收、净化、除尘等。图19.3-2常用的颗粒填料外形（a）拉西环；（b）鲍尔环；（c）阶梯环；（d）弧鞍；（e）矩鞍；（f）金属鞍环；（g）多面球体；（h）TRI球体④鞍型填料。鞍型填料有弧鞍与矩鞍两种，如图19.3-2（d）、（e）所示。（3）工业中常用的规整填料规整填料是由古老的木栅填料逐渐发展的。常见的规整填料为波纹填料，它是一种整砌结构的新型高效填料，由许多片波纹薄板组成的圆饼状填料，其直径略小于壳体内径。如图19.3-3所示，波纹与水平方向成45°倾角，相邻两板反相靠叠，使波纹倾斜方向互相垂直。圆饼的高度约为40mm～60mm，各饼垂直叠放于塔内，相邻的上下两饼之间波纹板片排列方向互成90°角。（a）元件；（b）组合单元填料；（c）填料层剖面及俯视图由于结构紧凑，有很大的比表面积，且因相邻两饼间板片相互垂直，使上升气体不断改变方向，下降的液体也不断重新分布，故传质效率高。填料的规整排列，使流动阻力减小，从而可以提高空塔气速。波纹填料的缺点是：不适宜处理粘度大、易聚合或有沉淀物的物料；此外，填料的装卸、清理也较困难，造价高。波纹填料有实体与网体两种。实体的称为波纹板，可由陶瓷、塑料、金属材料制造，根据工艺要求及介质的性质来选择适当的材料。波纹丝网填料的波纹片是由金属丝网制成的，属于网体填料。因丝网细密，故其空隙率高，比表面积可高达700m2／m3，传质效率大大提高，每米填料层相当于10层理论板；每层理论塔板压降仅为50～70Pa；操作弹性大；放大效应（即塔径越大效率越低）小。此类填料特别适用于精密精馏及真空精馏装置，对难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏提供了有效手段。尽管波纹丝网的造价昂贵，但优良的性能使波纹丝网填料在工业上的应用日益广泛。近年来又开发出金属孔板波纹填料和金属压延孔板波纹填料。金属孔板波纹填料是在不锈钢波纹板片上钻有许多5mm左右的小孔的填料。它与同材质丝网填料相比，虽然效率和通量低于波纹网填料，但造价低、强度高、耐腐蚀性能强，特别适用于大直径精馏塔。金属压延孔板波纹填料与金属孔板波纹填料的主要区别在于：前者板片表面不是钻孔而是刺孔，孔径为0.5mm左右；板片极薄，约为0.1mm，波纹高度较小，故比表面和空隙率大，分离效率较孔板波纹填料高。主要用于分离要求高，物料不易堵塞的场合。在指定的任务下，采用的填料尺寸越大，则单位体积填料的费用越低，单位高度填料层的压降也越小，但传质效率降低，致使填料层高度增加。因此，选择填料尺寸除保证一定分离效率外，还应考虑设备费和动力费间的权衡。为使液体在填料层中分布均匀，填料乱堆时，每个填料的尺寸不应大于塔径的1／8，否则液体分布不均。（1）填料支承装置填料在塔内无论是乱堆或整砌，均堆放在支承装置上。支承装置要有足够的强度，足以承受填料层的质量（包括持液的质量）；支承装置的气体通道面积应大于填料层的自由截面积（数值上等于空隙率），否则不仅在支承装置处有过大的气体阻力，而且当气速增大时将首先在支承装置处出现拦液现象，因而降低塔的通量。常用的支承装置为栅板式，它是由竖立的扁钢组成的，如图19.3-4（a）所示。扁钢条之间的距离一般为填料外径的0.6～0.8倍左右。

3）填料塔的附件为了克服支承装置的强度与自由截面之间的矛盾，特别是为了适应高空隙率填料的要求，可采用升气管式支承装置，如图19.3-4（b）所示。气体由升气管上升，通过顶部的孔及侧面的齿缝进入填料层，而液体经底板上的许多小孔流下。如液体分布不良，必将减少填料的有效润湿表面积，使液体产生沟流，从而降低了气液两相的有效接触表面，使传质恶化。这就要求液体分布器能为填料层提供良好的液体初始分布，即能提供足够多的均匀分布的喷淋点，且各喷淋点的喷淋液量相等。液体分布装置的结构形式较多，常用的有以下几种。

（2）液体分布装置图19.3-5液体分布装置①莲蓬式喷淋器。喷淋器为一具有半球形外壳，在壳壁上有许多供液体喷淋的小孔，如图19.3-5（a）所示。这种喷淋器的优点是结构简单，缺点是小孔容易堵塞，因而不适宜处理污浊液体。操作时液体的压头必须维持在规定数值，否则喷淋半径改变，不能保证预期的分布效果，一般用于直径600mm以下的塔中；②多孔管式喷淋器。如图19.3-5（b）所示，多孔管式喷淋器一般在管底部钻有φ3～6mm的小孔，多用于直径600mm以下的塔；③齿槽式分布器。如图19.3-5（c）所示，用于大直径塔中，对气体阻力小，但安装要求水平高，以保证液体均匀地流出齿槽；④筛孔盘式分布器。如图19.3-5（d）所示，液体加至分布盘上，再由盘上的筛孔流下，盘式分布器适用于直径800mm以上的塔中。缺点是加工较复杂。（3）液体再分布器除塔顶液体的分布之外，填料层中液体的再分布是填料塔中的一个重要问题。往往会发现，在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料得不到好的润湿，形成所谓“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定距离必须设置液体再分布装置，以克服此种现象。常用的截锥形再分布装置使塔壁处的液体再流向塔的中央。图19.3-6（a）型是将截锥体焊（或搁置）在塔体中，截锥上下仍能全部放满填料，不占空间。当需分段卸出填料时，则