青海大学吸收第二章(填料塔)ppt课件

1、第五节第五节 填料塔填料塔一、填料塔的构造与填料一、填料塔的构造与填料性能性能 二、填料塔的流膂力学性二、填料塔的流膂力学性能能 三、填料塔的附件三、填料塔的附件 第二章第二章 吸吸 收收填料塔简介填料塔简介 1填料塔最初出如今十九世纪中叶，在1881年用于蒸馏操作，二十世纪初被引入到炼油工业。2填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛运用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。 一、填料塔的构造及填料性能一、填料塔的构造及填料性能填料塔的构造填料塔的构造填料吸收塔远景图填料吸收塔远景图2、填料塔的操作、填料塔的操作1填料塔的操作方式填料塔的操作方式液体从塔顶经液体分布器

2、喷淋到填料上，并沿填料外表流下；气体从塔底送入，经气体分布安装分布后，与液体呈逆流延续经过填料层的空隙；在填料外表上，气液两相接触进展传质。 X2Y1Y2X12填料塔的操作特点填料塔的操作特点填料塔属于微分接触式气液传质设备，两相组成沿塔高延续变化；在正常操作形状下，气相为延续相，液相为分散相。 3、填料的作用、填料的作用 填料在填料塔操作中起着重要作用。主要为：1液体润湿填料外表便增大了气液接触面积；2延伸了气液两相接触的时间；3填料层的多孔性不仅促使气流均匀分布，而且促进了气相的湍动。增大了传质过程的总传质系数。【制造填料的资料】碳钢、不锈钢、陶瓷、高分子资料如塑料等。 4、填料类型、填料

3、类型 1散装填料散装填料 散装填料是一个个具有一定几何外形和尺寸的颗粒体，普通以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。 散装填料根据构造特点不同，可分为： 拉西环拉西环 鲍尔环鲍尔环 阶梯环阶梯环 弧鞍形弧鞍形 矩鞍形矩鞍形 金属环矩鞍形金属环矩鞍形 球形球形2规整填料规整填料 【定义】按一定的几何构形陈列，整齐堆砌的填料。 规整填料种类很多，据其几何构造，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拉西环拉西环Rasching ringRasching ring 【构造特点】外径与高度相等的圆环。 拉西环填料于1914年由拉西F. Rashching发明。金属拉西环金

4、属拉西环塑料拉西环塑料拉西环1拉西环是最早运用的人造填料此前的填料为碎石、砖块、焦炭等，制造容易，曾得到极为广泛的运用。2大量的工业实际阐明，拉西环由于高径比太大，堆积时相邻之间容易构成线接触，填料层的均匀性差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁流和沟流景象。3目前，拉西环填料在工业上的运用日趋减少。 【拉西环的性能特点】线接触线接触【沟流和壁流景象】【沟流】液体的偏流称为“沟流channeling。产生沟流的缘由可从两方面思索：1因操作时液体并不能全部润湿填料外表，于是，液体只沿润湿外表流下，构成沟流。2由于每个填料与相邻填料都有假设干个接触点，该填料自某些接触点得到液体，又从某些接触

5、点流走液体。液体来去之间总优先“走近路。可见，即使填料外表全部润湿，仍存在液流不均匀问题。 【壁流】液体有朝塔壁聚集的趋向，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，液体经过填料与塔壁的接触点流至塔壁后，即顺塔壁流下，根本上不再前往填料层中。 液体流过一段填料层后，填料层中心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、液接触时机，影响传质效果。 【改良缘由】当拉西环在塔内是直立状时，填料内、外外表都是气、液传质外表，且气流阻力小，但当其横卧或呈倾斜状时填料部分内外表不仅不能成为有效的气液传质区，而且使

6、气流阻力增大。填料间的线接触会妨碍气、液流过。【改良方法】 “截短 拉西环，即高径比为0.5的短管。这种填料保管了原来拉西环的优点，性能稍优于拉西环，但运用并不普遍。 拉西环的改良拉西环的改良“截短型拉西环截短型拉西环鲍尔环鲍尔环(Pall ring) (Pall ring) 1948年出现的鲍尔环是对拉西环作出艰苦改良的一种填料。 【构造特点】在侧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，另一侧向环内弯曲，构成内伸的舌叶。 窗孔窗孔舌叶舌叶金属鲍尔环金属鲍尔环陶瓷鲍尔环陶瓷鲍尔环【鲍尔环的性能特点】 不论填料在塔内置于什么方位，流体均可经过填料，从而使填料内、外壁面均成为有效

7、传质区域。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可添加50%以上，传质效率提高30%左右。 阶梯环阶梯环(cascade mini rings) (cascade mini rings) 【构造特点】阶梯环是对鲍尔环的改良，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端添加了一个锥形翻边。 锥形翻边锥形翻边陶瓷阶梯环陶瓷阶梯环【锥形翻边的作用】1添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，添加了填料间的空隙，可以促进液膜的外表更新，有利于传质效率的提高。 【性能特点】1由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均途径大为缩短，减少了气体经过填料层的阻力。 2阶梯环的性能略优于鲍尔环，与

8、鲍尔环相比，阶梯环的性能略优于鲍尔环，与鲍尔环相比，消费才干可提高消费才干可提高10%，气体阻力可降低，气体阻力可降低5%左右，是左右，是短管形填料中较好的一种。短管形填料中较好的一种。 弧鞍与矩鞍弧鞍与矩鞍berl saddle and intolox saddle 1931年出现的这类填料称弧鞍形填料，是因形如马鞍而得名。 【弧鞍形填料】 【构造特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道，填料层内的空隙较环形填料尤其较拉西环填料更加延续，可使气体向上流动时主要沿弧形通道流动。 【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

9、污性好等特点。 1 1950年出现的矩鞍形填料是改良型填料；2其外形仍像马鞍，但做得较厚实，外形比弧鞍形填料简单；3矩鞍形填料不对称，不论以何种方式接触都不会叠合。4矩鞍形填料是当前运用较多的一种填料。 【矩鞍形填料】矩鞍形填料矩鞍形填料【球形填料】【金属环矩鞍形填料】波纹填料波纹填料 波纹整砌填料是我国开发胜利并于1971年运用的填料类型。 【构造特点】由许多具有一样几何外形的填料单元体波纹片相互平行、叠加组成的圆柱状单元。陶瓷波纹填料陶瓷波纹填料塑料波纹填料塑料波纹填料波纹填料实物图波纹填料实物图【波纹填料的性能特点】1由于波纹填料独特的构造，其外表的倾斜曲折通道可构成极薄的液膜及气流；2

10、能促进气、液流的湍动程度，但又不阻挠气、液流；3极大的增大了气液两相的传质速率。【波纹填料的资料】碳钢、不锈钢、铝、陶瓷、玻璃钢及纸浸树脂等。1流通量大。新塔设计可减少直径，老塔改造可大幅度添加处置量；2分别效率高，较散堆填料有大得多的比外表积；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；【波纹填料的优点】波纹填料与板式塔、散堆填料相比，具有以下优良的性能：5、填料的特、填料的特性性【定义】塔内单位体积填料层具有的填料外表积，m2/m3。【影响】填料比外表积的大小是气液传质比外表积大小的根底条件。填料的比外表积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比外表积是评价填料性能优

11、劣的一个重要目的。 1比外表积比外表积a【两点阐明】 1操作中有部分填料外表不被润湿，以致比外表积中只需某个分率的面积才是润湿面积。据资料引见，填料真正润湿的外表积有效外表积只占全部填料外表积的2050%。2有的部位填料外表虽然润湿，但液流不畅，液体有某种程度的停滞景象。这种停滞的液体与气体接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成有效传质区。【结论】填料的比外表积并非有效的传质面积。 【定义】塔内单位体积填料层具有的空隙体积，m2/m3。【影响】为一分数。值大那么气体经过填料层的阻力小，故值以高为宜。 填料的空隙率越大，气体经过的才干处置才干越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又

12、一重要目的。2 空隙率空隙率3填料因子填料因子 【定义】比外表积a与空隙率所组成的复合量a/3。干填料因子干填料因子 填料未被液体润湿时的填料未被液体润湿时的a/a/3 3称为称为干填料因子，它反映了填料的几何特性；干填料因子，它反映了填料的几何特性；湿填料因子湿填料因子 填料被液体润湿后，填料外表覆盖填料被液体润湿后，填料外表覆盖了一层液膜，空隙率变小，此时的了一层液膜，空隙率变小，此时的a/a/ 3 3称为湿填称为湿填料因子，用料因子，用表示。其单位为表示。其单位为1/m1/m。 湿填料因子反映了填料的流膂力学性能，空隙湿填料因子反映了填料的流膂力学性能，空隙率率越大，越大，值越小，阐明流

13、动阻力越小。值越小，阐明流动阻力越小。 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参数，为填料塔设计所必需；3普通说来，填料因子越大，越容易呵斥液泛；4可根据填料因子确定泛点气速空塔气速填料塔的直径。 【填料因子的用途】6、填料的性能评价、填料的性能评价 【评价根据】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。在一样的操作条件下，填料的比外表积越大，气液分布越均匀，外表的润湿性能越好，那么传质效率越高；2通量处置量要大，压降要小。填料的空隙率越大，构造越开敞，那么通量越大，压降亦越低。 填料名称填料名称评估值评估值语言值语

14、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9二、填料层内气液两相的流膂力学特性二、填料层内气液两相的流膂力学特性 填料塔的流膂力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量、填料层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料外表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外表

15、及其缝隙中。【定义】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。 普通来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，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，处置才干下降。【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。【持液量的影响】2、填料层的压降、填料层的压降【产生缘由】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液体，依托重力在填料外表成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力构成了填料层的压降。 【影响要素】压降与液体喷淋量及气速有关：1一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；2在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。 【构成】将

16、不同液体喷淋量下的单位高度填料层的压降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。 【填料层压降P/Z与空塔气速u的关系曲线图】【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的流速。空塔气速空塔气速1干填料压降线干填料压降线 在图中，直线0表示无液体喷淋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2填料操作压降线填料操作压降线 【构成】在不同液体喷淋量下，填料层的P/Zu关系，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喷淋量液体喷淋量 L3L2L1【特点

17、】三个区域内【特点】三个区域内的压降与空塔气速之的压降与空塔气速之间的关系不同。间的关系不同。【景象】两个拐点；三个区域。【景象】两个拐点；三个区域。3恒持液量区恒持液量区 【缘由】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，填料外表上覆盖的液膜厚度根本不变，因此填料层的持液量不变。【特点】此时P/Zu为不断线，位于干填料压降线的左侧，且根本上与干填料压降线平行。 4载液区载液区 当气速超越载点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的添加而增大，此景象称为拦液。开场发生拦液景象时的空塔气速称为载点气速，曲线上的转机点称为载点。

18、 载点气速载点气速【有关规律】载点气速随喷淋量增大而减小。5液泛区液泛区 假设气速继续增大，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，填料层内几乎充溢液体。此时，气速添加很小便会引起压降的剧增，此景象称为液泛，开场发生液泛景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。 【填料塔的正常操作范围】从载点到泛点的载液区，是填料塔的正常操作范围。 泛点气速泛点气速3、填料塔的液泛、填料塔的液泛【景象】在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为延续相，而气相那么由延续相变为分散相，此种情况称为淹塔或液泛。【危害】液泛时，气体呈气泡方式经过液层，传质速率下降；液体被大

19、量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏。【影响液泛的要素】影响要素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。正常操作时的填料塔正常操作时的填料塔【特点】气体为分散相，液体为延续相。填料塔的液泛景象填料塔的液泛景象三、填料塔的附件三、填料塔的附件 填料塔的附件主要有：1填料支承安装；2填料压紧安装；3液体分布安装；4液体再分布安装。1、填料支承安装、填料支承安装【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安装而掉下来； 2支承操作情况下填料床层的分量。 【分类】常用的填料支承安装有：1栅板型；2梁型；3升气管型等。 栅板式填料支撑安装栅板式填料支撑安装梁

20、气体放射式填料支撑安装梁气体放射式填料支撑安装升气管式填料支撑安装升气管式填料支撑安装2、填料压紧安装、填料压紧安装【作用】防止在气流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】填料压紧安装分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。 填料压板自在放置于填料层上端，靠本身分量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。 1填料压板填料压板各种填料压板各种填料压板【特点】无需固定，产生的压强为1100Pa左右。【运用对象】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一切规整填料。【运用方法】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运用，不能采用延续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔那么用支耳固定。【特点】产生的压强为300Pa左右。 2床层限制板床层限制板床层限制板床层限制板3、液体分布安装、液体分布安装【分类】液体分布安装的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。 液体淋洒不良就不能在填料外表分布均匀，甚至出现沟流景象，严重影响填料外表的有效利用率。 要做到液体开场分布良好，在填料塔顶设置液体分布器。 【作用】使参与到塔内的吸收剂分布均匀。液体分布器液体分布器【运用】普通用于直径600