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1、第二节 填料塔,3.2.1 填料塔的结构特点,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。,优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大。,缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。,3.2.2 填料,填料填料塔的核心部件,作用：提供塔内气液两相接触而进行传质和（或）传热的表面 塔填料与塔内件一起决定填料塔的性能,传质面积：被湿润的填料表面,1.填料的几何特性（1）公称直径 dp（2）比表面积 at,（3）空隙率，与填料结构以及装填方式有关（4）堆积密度：（5）填料因子：填料的比
2、表面积与空隙率三次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，表明流动阻力越小。,一、塔填料,二、塔填料的分类,堆积方式：散堆，整砌,按基本构形：环形填料、鞍形填料和球形填料三个系列,1、散堆填料:,散堆填料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，又称为乱堆填料或颗粒填料。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等。,陶瓷、金属、塑料金属丝,基材：实体：网状：,在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成了各自的发展序列。,（1）环形填料,1）拉西环填料,2）鲍尔环填料,3）阶梯环填料,4）三叶环填料,5）QH扁环,（2）
3、鞍形填料,1）弧鞍填料,2）矩鞍填料,3）环矩鞍填料,（3）球形填料,共轭环华南理工大学化工学院研制,双鞍环,RICTM填料,Impac填料,规整填料,格栅型填料,规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。,规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。,波纹填料,规整波纹填料塔示意图,塔填料的发展趋势,散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋势。规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料前景诱人。性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型材质的高效填料有广
4、阔的发展前景。,散堆填料：投资省，装卸方便，对塔内件要求低规整填料：结构复杂，投资大，效率高综合性能 规整填料 散堆填料,填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。,填料的选择,填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：(1)传质效率要高。一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。(2)通量要大。在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。(3)填料层的压降要低。(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。,填料种类的选择,从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与上升气体间的摩擦构成了液
5、膜流动阻力。液(/气)流量 液膜厚度 液膜厚度直接影响气体通过填料层的p、u液泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。,填料塔的流体力学性能,流体力学性能包括：气体压降、液泛气速、持液量及液/气两相流体分布等。,压强降的大小决定了填料塔的动力消耗，是设计过程的重要参数。常将不同喷淋量(包括LS=0)下，随气速变化的p分别画在同一个坐标上,恒定喷淋量下：气速较低，填料表面液膜厚(液固间摩擦力和LS)，与u几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液膜加厚出现拦液现象，载液线斜率2；但载点难测。再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层
6、的某个高度上出现“积液层”。若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到“液泛”。此段斜率可以10。寻找u液泛,min：达液泛时速记录。,二、液 泛,压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液体发生激烈的轴向返混，致使塔的分离效率严重恶化。对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显的积液，并伴有严重的飞沫现象。泛点一般由pu关系线上的转折点来确定。一般认为液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔气速u=(0.50.8)uf 影响液泛的主要因素：填料的几何形状、；流体物性：V、L、L；气液流量；流动状况。,塔填料附件,a.填料支承结构,作用：支承塔内的填料。,b填料压紧装置,填料
7、上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。,c.液体分布器,多孔环管式,莲蓬头式,溢流管式,d.液体收集及再分布装置,液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。,液体收集再分布装置,【附加思考题】有一吸收塔，填料层高度为3m，在常压、20用清水来吸收氨和空气混合气体中的氨。吸收率为99%，进口气体中含氨6%（体积%），进口气体速率为580kg.m-2.h-1，进口清水速率为770kg.m-2.h-1，假设在等温条件下逆流吸收操作，平衡关系y=0.9
8、x，KG.与压强无关，而与气体质量流速的0.8次方成正比，分别计算下列操作条件下，达到相同分离程度所需填料层高度。（1）将操作压强增加一倍（P=202.6kPa），其他条件不变。（2）将进口清水量增加一倍，其他条件不变。（3）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。,首先通过已知Z=3m，以及未改变条件时的数据，和Z的计算公式，求出KG，然后通过改变条件，对Z计算式各种参数的影响，分别计算新的Z。从上式看出：（1）总压P对m有影响，对Z有影响。（2）液体流量L，对Z有影响。（3）气体流量V，对Z有影响。,解题思路：,解题过程：一、求现有条件下的 KG,二分别计算：(1)P=2026kPa,由于亨利定律E与P无关E=mP=mP,此题复习了以下几点内容：1、总压对相平衡常数的影响，P增加，m减小，平衡线远离操作线，推动力增大，Z减小，由3m减少至1.184m2、液体流量增大，斜率增大，推动力增大，Z减小3、气体流量增大，斜率L/V减小，推动力减少，NOG增大气体流量增大，总传质系数KGa也增大20.8,HOG增大 20.2,
