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1、2023/1/21,1,第3章 气-液相反应器,3.1 概 述3.2 板式塔反应器3.3 填料塔3.4 鼓泡塔反应器3.5 鼓泡搅拌釜,2023/1/21,2,3.1 概 述 气-液相反应过程通常为气相反应物溶解于液相后，再与液相中的反应物进行反应。但也可能是反应物均存在于气相中，它们溶解于液相后再进行反应，如尿素生产中氨和CO2的混合物在水中的反应。气-液相反应过程是一种存在两个流体相的非均相反应过程，气-液相反应过程的分析方法对其他存在两个流体相的非均相反应过程，如液-液相反应过程、气-液-固三相反应过程的分析也有借鉴作用。气-液相反应在化工生产中主要用于：(1)直接制取产品。例如环己烷氧
2、化制环己醇和环己酮，丙烯水合制异丙醇，一氧化碳和甲醇羰基合成生产乙酸。这种场合，气相往往是反应物，而液相则有几种不同的情况。有,2023/1/21,3,时液相是反应物，例如氯气与液态烃的氯化反应；有时液相是液体催化剂，例如乙烯和氧气通入氯化铅和氯化铜的醋酸水溶液中进行氧化反应生成乙醛；有的液相既有反应物又有催化剂，例如氧气通入含有醋酸锰的乙醛中进行氧化反应以生产醋酐。(2)气体净化和分离。脱除气相中某一种或几种组分，这种场合，常用于气体的化学吸收；例如用热钾碱或乙醇胺溶液脱除合成气中的二氧化碳，用铜氨溶液脱除合成气中的一氧化碳等，这类过程通常又称为化学吸收。对前一类应用，关注的重点通常是传质如
3、何影响反应；而对后一类应用，关注的重点往往是反应如何加快吸收。在石油化工和化学工业中有许多气-液反应的生产实例,由于均相催化剂的应用，气-液反应过程越来越显示出其重要性。,2023/1/21,4,3.1.1 气-液相反应器的分类 气-液相反应器是用来进行气-液反应的反应器。由于气-液反应的复杂性，对不同的反应条件和传质、传热、返混的不同要求，形成多种气-液反应器的类型和结构型式。工业气-液反应器按外形可分为塔式、釜式和管式等。工业气-液反应器按气-液接触的方式，可分为三大类：1、液膜型：如填料塔、湿壁塔、膜式塔，在这类反应器里，液体呈膜状流动与气相接触，气-液两相均为连续相；2、气泡型：如鼓泡
4、塔、板式塔、搅拌鼓泡反应器，在这类反应器里，液体为连续相，气体以气泡形式分散在液体中；3、液滴型：如喷洒塔、喷雾塔、喷射反应器、文丘里反应器，在这类反应器里，气体为连续相，液体以液滴形式分散在气,2023/1/21,5,体中。上述分类并非绝对的，有些气-液反应器可能随操作状况的不同而属于不同类型。例如，筛板塔当气体空塔速度较低时，气体鼓泡通过塔板上的液层，液体为连续相，气体为分散相，属气泡型；但在高空塔气速下处于喷射状态操作时，液体被分散为液滴悬浮于气流中，此时液体为分散相，气体为连续相，属液滴型。下面介绍几种应用较广的气-液反应器的结构和特点。1 板式塔 板式塔结构如图3-1所示。板式塔由通
5、常为圆筒形的塔体和按一定间距水平设置在塔内的若干塔板组成。用于气-液相反应的主要塔板型式为筛板或泡罩板，但近年来浮阀板也开始用,2023/1/21,6,图3-1 板式塔结构图,图3-2 带降液管和不带降液管的板式塔,2023/1/21,7,于气-液相反应。塔板之间通常设降液管图3-2(a)，但也有不设降液管的图3-2(b)。无降液管的板式塔结构简单、造价较低，且处理能力大于有降液管的塔但操作弹性小，放大比较困难。板式塔操作时液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出，气体在压力差推动下，自下而上穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定高度的液层，气体以气泡形式分散于液层中。板
6、式反应器适用于快速和中速反应过程。采用多板可以将轴向返混降低至最小程度，并可能采用很小的液流速率进行操作，从而能在单塔中直接获得极高的液相转化率。这是板式反应器的主要优点。同时，板式反应器气-液传质系数较大，也是强化传质过程的塔型,适用于传质过程控制的化学反应过程。,2023/1/21,8,板式塔中单位体积的气-液相界面积、气-液传质系数和持液量均较填料塔大。板式塔中各板所持液体成多级串联形式，液相返混程度较单级鼓泡塔或通气搅拌釜小得多。通过调节塔板上液层高度，板式塔能在较大范围内适应不同液体流率和停留时间的要求，对气体流率高，液体流率低，以及需要反应时间较长的场合均能应用。另外，板式塔中每块
7、板上都可设置换热管以提供或移除反应热，例如在用水吸收NO2生产浓硝酸时会产生大量的热量需及时移去。板式塔的缺点是结构较复杂，如果塔板必须用比较昂贵的材料制造，其经济性可能无法与填料塔或鼓泡塔竞争，板式塔的气体流动阻力较填料塔大，塔板需用耐腐蚀材料，而且由于气流压降较大，大多数板式反应器仅用于加压操作的情况。,2023/1/21,9,2 填料塔 填料塔的结构如图3-3所示，由塔体、填料、填料的压板和支承板以及液体分布器等组成。填料堆放于支承板上，有些填料可以任意堆放，有些填料则必须规整排列。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，液体分布器的性能对塔的操作有很大影响。液体在填料表面
8、形成液膜，液膜向下流动时传质表面被不断更新。液体沿乱堆填料向下流动时，沿塔壁流动的液体逐渐增多，称为壁流现象。当填料层较高时，宜隔一定距离重新设置液体再分布器，使液体重新均匀分布，改善气-液接触。规整排列的填料，一般可不设液体再分布器，但对液体在塔顶的初始分布的均匀性要求更高。有的填料塔在塔顶设置除沫器，以除去气流中的雾沫。,2023/1/21,10,填料塔可以逆流操作或并流操作。对于不可逆反应，传质总推动力与逆流或并流操作无关。并流操作因无液泛，允许采用较高的气速，可以减小塔径，在高压操作时，并可减小塔壁厚度。并流操作的能耗也较逆流操作低。对可逆反应，逆流操作可能有利于提高反应转化率。填料塔
9、操作适应性好，结构简单，易适应各种腐蚀性介质；气-液相流率的允许变化范围较大，特别适用于低气相流率、高液相流率的场合，在这种情况下，板式塔和鼓泡塔的性能往往较差；,图3-3 填料塔,2023/1/21,11,填料塔中气、液相流型均接近活塞流，因此可用于要求高转化率的反应；填料塔的单位液相体积相界面大，但持液量小，适用于过程阻力主要在相间传递的气-液反应过程。工业上采用填料塔的典型过程有用乙醇胺、碳酸钾、氢氧化钠等碱性溶液吸收CO2、H2S等酸性气体，以及硫酸吸收氨制造硫酸铵，水吸收HCl制造盐酸等。填料塔的主要缺点是：液相停留时间短，对慢反应不合适，这是由于液体在填充床中的停留时间较短，不能满
10、足慢速化学反应的需要；为保证填料润湿，不能用于液体流率太低的场合，要求液体的喷淋密度必须大于510m3(m2h)，否则填充物将不能全部润湿；与气泡型气-液反应器相比，液相传质系数较低；填料易为固体颗粒堵塞，在气相或液相中含有悬浮杂质或会生成固体产物时不宜使用；传热性能差，不宜用于反,2023/1/21,12,应热效应大的场合。3 喷洒塔 喷洒塔(图3-4)是结构最简单的气-液反应设备，液体在塔顶部经喷雾器分散成液滴，和自下而上的气流接触。喷洒塔的突出优点是结构简单,空体积大，流动阻力小，处理含固体杂质或会生成固体产物的气-液反应过程时不会堵塞。例如在用硫酸和磷矿石制造磷肥时，产生的HF和SiF
11、4气体中往往会挟带大量磷矿,图3-4 喷洒塔,2023/1/21,13,粉，工业上常用喷洒塔来吸收这种气体。另外，喷洒塔有时还可将反应器和干燥器的功能结合起来，例如用氢氧化钠水溶液制造纯碱时，氢氧化钠水溶液通过喷嘴分散成雾状和含CO2的热烟道气接触进行反应，烟道气的显热和反应放出的热量使水分蒸发，可由该装置直接得到固体产品。喷洒塔中虽然单位液相体积的相界面积很大，但持液量和单位反应器体积的相界面积均比填料塔还小，由于液滴喷洒形成后很少有机会发生凝并和分裂，液相传质系数较小，和填料塔相近。喷洒塔中往往会存在一定程度的气相返混，特别当空塔气速小于10cm/s时，这会导致传质推动力减小，除非气相为纯
12、组分。总的说来，喷洒塔是一种效率较低的气-液反应器，应用范围比较有限。,2023/1/21,14,4 鼓泡塔 鼓泡塔是最常见、应用最广泛的气-液相反应器，石油化工中的多种氧化反应(如环己烷氧化制环已酮)，石蜡和芳烃的氯化反应，废水的生化处理和氨水碳化生成固体碳酸氢铵等反应过程均采用鼓泡塔。鼓泡塔的基本形式为空塔，塔内充满液体，液体的停留时间可以视需要在很大范围内变动，气体从底部经分布板或喷嘴以气泡形式通过液层，气相中的反应物溶入液相并进行反应图3-5(a)。鼓泡塔结构简单，无运动部件，对加压反应和腐蚀性物系均可使用。鼓泡塔单位体积持液量大，但单位液相体积的相界面积小，适用于慢反应、中速反应和强
13、放热反应体系。,2023/1/21,15,图3-5 鼓泡塔的各种类型,2023/1/21,16,鼓泡塔可以连续操作，也可以半间歇操作(气相连续进料，液相分批进料)。前者用于中速反应，后者用于慢反应。连续操作的鼓泡塔气、液两相可以并流，也可以逆流。并流操作主要用于液相空塔速度大(大于30cm/s)，气相空塔速度小(13cm/s)时。鼓泡塔内可设置换热面移去或提供热量，研究表明由于气泡对换热面上液膜的搅动作用，传热系数较高，和通气搅拌釜接近。由于返混鼓泡塔内温度均匀，即使对强放热反应，也不会发生局部过热。鼓泡塔的液相返混大，气相也会有一定程度的返混，可能对反应产生不利影响。在高径比较大时(例如大于
14、15)，气泡合并速度明显增加，相际接触面积迅速减小。为克服这些缺点，已出现多种鼓泡塔的改进形式。,2023/1/21,17,为强化鼓泡塔内的传热与传质，可在塔内装一与塔体同心的导流筒，进气管对准导流筒，在筒内形成气-液两相混合物，而导流筒与塔体构成的环隙基本上不含气体，这样因导流筒内外的重度差而形成循环流图3-5(b)。鼓泡塔的主要缺点是液相返混大和由于液体静压头高导致气体压降较高。在不太大的高径比情况下，可以鼓泡反应器认为液相浓度是理想混合。由于这种轴向返混的影响，连续操作型的反应速率将明显下降，因此难以在单一反应器中达到较高的转化率。为了解决这一问题，常使用多级鼓泡反应器相串联或采用半间歇
15、的操作方式，处理量较小时采用半间歇操作方式；处理量较大时，则采用多级串联的操作方式。当液相返混对反应速率和选择性有较大不利影响时，可在塔内设置若干层多孔水平挡板限制液相返混，这样液相的流型可接近多级串联,2023/1/21,18,的全混釜图3-5(c)。也可在鼓泡塔内填装填料以减少液相的返混和气泡的合并，填料鼓泡塔的相界面积可比鼓泡塔增加1580图3-5(d)。但也有需要液相返混的情况，即使从反应速率的角度看来返混可能是不利的，例如乙醛空气氧化生产乙酸时，增加返混程度可防止有爆炸危险的中间产物过氧乙酸的积累。5、搅拌鼓泡反应器 搅拌鼓泡反应器也称通气搅拌釜、鼓泡机械搅拌釜，搅拌鼓泡反应器中储液
16、量可高达0.9，反应器容积相界面也较大，达200m2m3，同时由于搅拌作用，传热和传质效率均较高，其结构如图3-6所示，生物化工中广泛使用的发酵罐就是通气搅拌釜的典型例子，此外也被用于烃类氧化、氯化等反应过程。,2023/1/21,19,图3-6 通气搅拌釜,它与鼓泡塔的差别在于利用机械搅拌使气体在液相中分散成细小的气泡，因此在持液量相近的条件下，气-液界面积可较鼓泡塔增大一个数量级，适用于要求持液量和界面积都较大的反应过程。通气搅拌釜中液体的停留时间可根据需要方便地调节，亦可采用液体间歇进料、气体连续进料的操作方式。通过设置夹套或蛇管，或利用外部循环换热器，可方便地移除或供给反应热。由于搅拌
17、造成的湍流，其气-液传质系数也比较高，其数值和板式塔相当。,2023/1/21,20,通气搅拌釜中用的搅拌器通常为涡轮搅拌器，搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节，以适应特定反应的需要。搅拌鼓泡反应器可用于慢反应过程，也可用于中速反应过程，尤其对气体和高粘度非牛顿型液体间的反应更为适用。在搅拌鼓泡反应器中，借助搅拌作用使气体高度分散于湍动的液相，因此，它减弱了传质系数对流体物性的依赖，使高粘性流体间的反应能以较快的速度进行。通气搅拌釜的主要缺点是反应器中气、液两相均呈全混流，有时会严重降低反应器的体积效率，当然，搅拌需消耗一定的动力，除此以外，对高压反应过程，它还存在着密
18、封问题，且反应器容积和表观气速均受气-液分散要求的限制。,2023/1/21,21,6 喷射反应器 喷射反应器主要用于气-液相快反应。在这种反应器中气体为连续相，液体为分散相，单位反应器体积的气-液相界面积可达6000m2m3。液体分散所需的能量由液相提供，还是由气相提供，视气-液流量比而定。图3-7（a）所示为高压液体通过喷嘴使液体雾化的喷射反应器，适用于气、液体积流量比小于1000时，为改善雾化效果，有时部分气体也通过喷嘴。图3-7(b)所示为当气、液体积流量比大于1000时，液体分散所需能量由气相提供，在喉管处流速大于30m/s的高速气流撞击液体使其雾化。喷射反应器结构简单，设备费用低，
19、单位设备体积的气体处理量大。喷射反应器的液膜传质系数高，可达0.10.3cm/s。,2023/1/21,22,图3-7 喷射反应器,2023/1/21,23,3.1.2 气-液反应器型式的选择 工业生产对气-液反应器有不同的要求，主要有下列几种。1、应具备较高的生产能力。反应器型式应适合反应系统特性的要求。对反应速度很快而处于气膜控制的反应系统，应该选择气相容积传质系数大即采用液体分散成微细的液滴并与高速的气流相接触的设备，如高速湍流接触设备如喷射反应器、文氏反应器或喷雾塔式反应器，对反应是在界面近旁的反应带中进行的快速反应系统，应该选择比表面大、并具备一定的传质强度的设备，如填料塔和板式塔；
20、对主要在液相主体中进行的慢速反应过程，应该选用反应容积较大、储液量较多的设备，如鼓泡反应器和搅拌鼓泡反应器。,2023/1/21,24,2、应有利于反应选择性的提高。反应器的选用应有利于抑制副反应的发生，例如，如果是平行副反应，且副反应速率较主反应慢，则可采用储液量较少的设备，以抑制液相主体进行缓慢的副反应的发生。如果副反应为串联反应，则应采用液相返混较小的设备，如填料塔。3、应有利于能量的综合利用和降低能量消耗。处在高于室温的条件下进行的气-液反应，要考虑反应热量的利用和过程显热的回收；在加压下进行的气-液反应，要考虑反应过程的压力能的综合利用；为了造成气-液两相分散接触，需要消耗一定的动力
21、时，应根据气-液反应器比表面积和功率消耗的关系，选择合适的反应器型式。4、应有利于反应温度的控制。当气-液反应热效应很大而又需要综合利用时，降膜反应器是比较合适的塔型。板式塔和鼓泡,2023/1/21,25,反应器可安置冷却盘管来排除热量，但是在填料塔反应器中，排除反应热比较困难，通常只能提高液体的喷淋量，以使反应热以液体显热的形式排出。5、应能在较小液体流率下操作。为了得到较高的液相转化率，液体流率一般较低，适用于这种情况操作的有鼓泡反应器、搅拌鼓泡反应器和板式反应器。但填料反应器、降膜反应器和喷射型反应器都不能适应这种工况的要求。综上所述，一定型式的气-液反应器，仅适应于一定的反应系统。在
22、实际选用时，应根据反应系统的特性和主要的工艺条件，选择与之相适应的反应器型式。一个合适的气-液反应器应具有高的生产强度、高的选择率、低的能耗、有利于操作控制等。,2023/1/21,26,气-液反应器型式很多，气-液反应器的选型应从气-液反应过程分析和气-液反应器传递特性两方面综合考虑，同时还应考虑到物料性质、操作特性、安全和设备加工制造等因素。1、从气-液反应过程宏观动力学考虑 决定选型的核心问题是应使反应器的传递特性和反应动力学特性相适应，应根据反应的特征和要求，选用适宜的反应器型式，以充分利用反应器的有效体积及消耗的能量。气-液相反应多半为不可逆的。以典型的气-液反应为例：A(G)十B(
23、L)P(L)要实现这样的反应，需经历以下步骤：a、反应物气相组分A从气相主体传递到气-液相界面，在界面上假定达到气-液相平衡；,2023/1/21,27,b、反应物气相组分A从气-液相界面扩散入液相，并在液膜或液相主体内进行反应；c、液相内的反应产物向浓度下降的方向扩散，气相产物则向界面扩散；d、气相产物向气相主体扩散。由此可见，气-液反应和传质构成一个串联的过程，反应和传质之间势必相互影响和相互制约。气-液反应按反应快慢可分为瞬间反应、快反应、中速反应、缓慢反应和极慢反应五种基本情况。对于瞬间反应和快速反应，其特点是反应在液膜内完成，因此选用比表面积较大的填料塔和板式塔为宜。通常，对气膜阻力
24、与液膜阻力相比可忽略不计的液膜控制，一般宜选用板式塔，板式塔的液相为连续相，气相以气泡形式通过液层，液相湍动有利于液相传质。如果气膜阻力不忽略，则必须同时,2023/1/21,28,考虑气膜阻力，一般选用填料塔为宜。填料塔和板式塔相比，填料塔对液体负荷的变化更为敏感，喷淋密度大于7m3(m2h)不易处理聚合或含固体物料系统,换热困难等缺点。对于中速反应和缓慢反应，其特点是反应不仅在液膜中进行，而且扩展到液相主体。既要高储液量，又要提高传质速率，所以宜选用鼓泡塔。2、从操作条件考虑(1)对流体流动状况的要求 要求反应器中液体流动为全混流，可选用鼓泡塔或鼓泡搅拌釜。要求液体有一定返混。如自动氧化反
25、应，需要有一定的返混，可选用设置横向挡板的多段式鼓泡反应器、填料鼓泡塔或串联鼓泡塔。要求液相返混尽可能小时，对传质控制的气-液反应，可选用填料塔或板式塔；对反应控制的可选用多段串联,2023/1/21,29,鼓泡塔，如异丙苯氧化为过氧化氢异丙苯塔的氧化塔，工业上选用多层逆流板式塔，得到氧化液浓度大于28。(2)对传热的要求 某些强放热反应，要求及时移去反应热，否则会产生局部过热导致反应选择率下降甚至发生危险，由于鼓泡塔的传热比表面积最大，因此宜选用鼓泡塔。(3)按处理系统的液气比要求 液气比过小的，不宜选用填料塔，应选用喷雾塔或文丘里吸收器。板式塔的操作范围比填料塔为宽。当液气比很大时，可选用
26、鼓泡塔。压力系统的气-液反应，应尽量避免机械传动带来的密封问题。在反应控制或缓慢反应时，鼓泡塔优于鼓泡搅拌釜。,2023/1/21,30,3)从物料性质考虑 物料含有固体时，对快速反应，应选用板式塔，不宜选用填料塔。对中速反应或缓慢反应，可选用鼓泡塔或鼓泡搅拌釜。物料系统易起泡沫时，选用填料塔比板式塔为好。因为填料对泡沫有限制和破碎作用。而板式塔对泡沫易造成雾沫夹带，甚至引起液泛。若用鼓泡塔，则应在顶部装有扩大段或除沫器。具有严重腐蚀性的物料，选用填料塔优于板式塔。因为填料可以选用陶瓷或耐腐蚀材料制造。对慢反应，宜选用内衬防腐蚀材料的鼓泡塔。高粘性物料。物料粘性增加，使气泡运动变慢，传质效果变
27、差。因此对缓慢反应，鼓泡搅拌釜优于鼓泡塔。对快反应，填料塔优于板式塔。,2023/1/21,31,3.2 板式塔反应器 塔设备是化工、石油化工和炼油等过程工业中最重要的设备之一，它可使气(或汽)液或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、萃取、反应和干燥等。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。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个
28、工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。,2023/1/21,32,塔设备经过长期发展，形成了型式繁多的结构。为便于研究和比较，人们从不同的角度对塔设备进行分类。最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，气液两相沿填料表面进行逆流传质。两相的组分
29、浓度沿塔高呈连续变化。塔设备的构件，除了种类繁多的各种内件外，其余构件则是大致相同的。塔设备的结构在一定程度上决定了其操作的流体力学状况和传质性能，板式塔和填料塔各有自己的特点。,2023/1/21,33,对一定的塔径和处理量来说，填料塔的压力降一般比板式塔小，因此动力消耗少，操作费用低，投资也较低。板式塔空塔气速一般比传统填料塔大，生产能力大，在较大气速下仍不致发生液泛等非正常现象，但新型填料空塔气速有较大提高。板式塔有较大的操作弹性，较适应于气体或液体负荷有较大波动的场合或处理量预计会有大幅度增加的场合。尤其浮阀塔的操作弹性最大。液气比波动较大的场合，也宜用板式塔。板式塔也适用于缓慢的化学
30、反应，因为很容易得到合适的塔板液体持留量以提供需要的接触时间。板式塔还适用于液体流量很低或固体物质会沉积的场合。分布不良是填料塔在液体流量低时的一个共同的问题，但板式塔可设计为适用于流量低的场合。从板式塔中清理出沉积的固体也较方便，因为可从人孔进入到塔板上。在塔的各处都需要冷却时，板式塔更容易做到。,2023/1/21,34,冷却管可以直接设在塔板上。而在填料塔中为了要达到这个目的则需要专设冷却板，这样一来，填料塔就失去原来内部结构简单的优点。板式塔效率较稳定，塔径增大，效率将有所提高。填料塔则在小塔径下效率高，塔径增大，效率会下降，但新型规则填料例外。板式塔直径大时造价比填料塔低，但对直径小
31、于4800mm的塔，则填料塔造价较低。选择塔型时应综合考虑各种因素，针对主要矛盾选用合适塔型。对于具有腐蚀性的物料，宜选择填料塔，因为填料可选用陶瓷或其他耐蚀材料；易起泡的物料宜选填料塔，因为填料不易形成泡沫；具有热敏性的物料宜减压操作，以防过热，故应选用压降小的填料塔；有悬浮物或易结垢的物料以板式塔为宜，因为填料塔多数容易堵塞；若物系在传质过程中伴有热效应，需引出热量，以板式塔为宜。,2023/1/21,35,3.3 填料塔 填料塔（如图3-8所示）以填料作为气液接触元件，气液两相在填料层中逆向连续接触。它具有结构简单、压力降小、可用各种材料制造等优点，处理腐蚀性强的物料、容易产生泡沫的物料
32、以及用于真空操作时，有其独特的优越性，因此，它是石油、化工、轻工生产中广泛使用的一种传质设备。但是当塔径增大时，容易引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，同时，填料塔还有重量大、造价高、清理检修麻烦、填料损耗大等缺点。近年来由于填料结构的改进、新型的高效、高负荷填料的开发以及流体分布技术的改进，填料塔的效率有所提高，因此填料塔已被推广到所有大型气液操作中，在某些场合，还代替了传统的板式塔。,2023/1/21,36,图3-8 填料塔,3.3.1 填料塔的设计内容1、选择填料 填料的正确选择，对塔的经济效果有着重要影响。对于给定的设计条件，常有多种填料可供选用。故对各类的填料作一综合比较，
33、以便选择比较理想的填料是很有必要的。2、计算塔径 根据填料特性数据、系统物性参数及液气比等计算液泛气速，乘以适当的系数作为设计的空塔气速，用以计算塔径；或者直接采用由经验得出的气体动能因子设计值来计算塔径。,2023/1/21,37,3、计算填料层总高度 应用传质单元法或等板高度法计算填料层的总高度。至于传质单元高度、等板高度的数值，设计时多以经验数据为准。4、计算压力降 如果压力降超过限定值，需调整填料的类型、尺寸或降低操作气速后重复计算，直至满足条件为止。5、结构设计 正确的结构是保证填料塔达到预期性能的必要条件。例如，常因填料支承板的不良设计，导致全塔液泛的提前到来。结构设计包括塔体设计
34、及塔的内件设计两部分。填料塔的内件包括：液体分布装置、液体再分布装置、填料支承装置、填料压板或床层限制板等。,2023/1/21,38,3.3.2 填料 1 对填料的基本要求 在填料塔中，气(汽)液两相间的传质过程主要是在填料表面上进行的，填料是填料塔中传质元件，因此，可以说填料是填料塔的核心，塔的性能如何与选用的填料关系很大。对填料的基本要求是：(1)传质效率高，要求填料能提供大的气液接触面。即要求具有大的单位体积填料的表面积、即比表面积，并要求填料表面易被液体润湿，只有润湿了的表面才是气液接触面。(2)生产能力大，气体的压力降小。因此要求填料层的单位体积填料的空隙体积、即空隙率大。借以增加气(汽)液的通过能力、减小流动阻力。,2023/1/21,39,(3)不易引起偏流和沟流。(4)经久耐用，即具有良好的耐腐蚀性、较高的机械强度和必要的耐热性。(5)取材容易，价格便宜。,
