7.2填料塔.ppt
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1、7.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件第一节 概述第二节 填料塔第三节 板式塔第四节 塔设备的附件第五节 塔的强度设计第六节 塔设备的振动第七章 塔设备1 17.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件教学重点:教学重点:填料塔内件的结构设计。填料塔内件的结构设计。教学难点:教学难点:填料塔内件的结构。填料塔内件的结构。7.2 填料塔填料塔2 27.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件结构简单,压力降小,传质效率高,结构简单,压力降小,传质效率高,便于采用耐腐蚀材料制造等。便于采用耐腐蚀材料制造等。对于热敏性及容易发泡的物料,更显对于热敏性及容易发泡的物料,更显出其优越性
2、。出其优越性。基本特点基本特点科技前沿科技前沿(1)开发多种形式、规格和材质的高效、)开发多种形式、规格和材质的高效、低压降、大流量的填料。低压降、大流量的填料。(2)与不同填料相匹配的塔内件结构。)与不同填料相匹配的塔内件结构。(3)填料层中液体的流动及分布规律。)填料层中液体的流动及分布规律。(4)蒸馏过程的模拟。)蒸馏过程的模拟。3 37.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件7.2.1 填料填料 填料填料塔的核心内件,提供气塔的核心内件,提供气-液两相接触的传质和换液两相接触的传质和换热表面,与塔的其他内件共同决定塔的性能。热表面,与塔的其他内件共同决定塔的性能。填料的分类填料的
3、分类散装填料散装填料规整填料规整填料7.2.1.1 散装填料散装填料散装填料散装填料环形环形环鞍形环鞍形鞍形鞍形散装填料散装填料安装时以乱堆为主,也可以整砌。具有一定安装时以乱堆为主,也可以整砌。具有一定外形结构的颗粒体,又称颗粒填料。外形结构的颗粒体,又称颗粒填料。4 47.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件鞍形填料拉西环隔板环环十字环内螺旋环金属环阶梯环环鞍形弧鞍形 矩鞍形改进矩鞍形矩拉西环 图图7-3 散装填料的发展散装填料的发展环形填料半环填料(环-鞍)金属Intalox(鞍-环)5 57.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件1.拉西环拉西环高度与外径相等的圆柱体。由
4、陶瓷、金属、塑料等高度与外径相等的圆柱体。由陶瓷、金属、塑料等制成。制成。规格以外径为特征尺寸,大尺寸的拉西环(规格以外径为特征尺寸,大尺寸的拉西环(100mm以上)以上)一般采用整砌方式装填,小尺寸的拉西环一般采用整砌方式装填,小尺寸的拉西环(75mm以下)多采用乱堆方式填充。以下)多采用乱堆方式填充。填料间易产生架桥,相邻填料外表面间形成线接填料间易产生架桥,相邻填料外表面间形成线接触,填料层内形成积液、液体的偏流、沟流、股流,触,填料层内形成积液、液体的偏流、沟流、股流,阻力较大,通量较小。阻力较大,通量较小。乱堆的缺点乱堆的缺点6 67.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件图图
5、7-4 拉西环拉西环7 77.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件2.环、十字环及内螺旋填料环、十字环及内螺旋填料环及十字环填料环及十字环填料在拉西环内分别增加一竖直隔板及十字在拉西环内分别增加一竖直隔板及十字隔板,见图隔板,见图7-5(a),(b)特点:表面积增加,分离效率有所提高,但总体而言,其特点:表面积增加,分离效率有所提高,但总体而言,其 传质效率并没有显著提高。传质效率并没有显著提高。装填:大尺寸的十字环填料,多采用整砌装填于填料支承装填:大尺寸的十字环填料,多采用整砌装填于填料支承上作为散装乱堆填料的过渡支承。上作为散装乱堆填料的过渡支承。内螺旋环填料内螺旋环填料在拉西环
6、内增加螺旋形隔板,见图在拉西环内增加螺旋形隔板,见图7-5(c)。螺旋环填料尺寸较大,一般采用整砌方式装填。螺旋环填料尺寸较大,一般采用整砌方式装填。8 87.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件(a)(b)(c)图图7-5 环、十字环及内螺旋填料环、十字环及内螺旋填料返回返回 9 97.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件结构结构在环形填料的环壁上开孔,使断开窗口的孔壁形在环形填料的环壁上开孔,使断开窗口的孔壁形成一具有一定曲率指向环中心的内弯舌片。成一具有一定曲率指向环中心的内弯舌片。特点特点既充分利用了环形填料的表面又增加了许多窗既充分利用了环形填料的表面又增加了许多窗孔
7、,大大改善了气液两相物料通过填料层时的流动状孔,大大改善了气液两相物料通过填料层时的流动状 况,增加了气体通量,减少了气相的阻力,增加了填况,增加了气体通量,减少了气相的阻力,增加了填 料层的湿润表面,提高了填料层的传质效率。料层的湿润表面,提高了填料层的传质效率。10107.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件1.鲍尔环填料鲍尔环填料结构:结构:图图7-6 金属鲍尔环的结构金属鲍尔环的结构 高度与直径相等的开孔环高度与直径相等的开孔环形填料,在其侧面开有两层形填料,在其侧面开有两层长方形的孔窗,每层有长方形的孔窗,每层有5个个窗孔,每个孔的舌叶弯向环窗孔,每个孔的舌叶弯向环心,上下两
8、层孔窗的位置交心,上下两层孔窗的位置交错。孔的面积占环壁总面积错。孔的面积占环壁总面积的的35%左右。鲍尔环一般用左右。鲍尔环一般用金属或塑料制成。金属或塑料制成。见图见图7-611117.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件特点:特点:与拉西环相比,效率高出与拉西环相比,效率高出30%左右,左右,在相同的压降下,处理能力增加在相同的压降下,处理能力增加50%以上,以上,在相同的处理能力下,压降仅为拉西环的一半。在相同的处理能力下,压降仅为拉西环的一半。12127.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件2.改进型改进型鲍尔环填料鲍尔环填料结构:结构:图图7-7 改进型鲍尔环填料改
9、进型鲍尔环填料与鲍尔环相似,只是环壁上开孔的大小及内弯叶片的数量不同。每个窗孔改为上下两片叶片从两端分别弯向环内,叶片数比鲍尔环多出一倍,交错地分布在四个平面上,环壁上的开孔面积比鲍尔环填料有所增加,使填料内的气、液分布情况得到改善,处理能力较鲍尔环提高10%以上。13137.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件3.阶梯环填料阶梯环填料结构:结构:类似于鲍尔环,但高度减小一半,一端扩为喇叭形翻边,增加了填料环的强度,且使填料在堆积时相互的接触由线接触为主变成为以点接触为主,增加了填料颗粒的空隙,减少了气体通过填料层的阻力,改善了液体的分布,促进了液膜的更新,提高了传质效率。由金属、陶瓷
10、和塑料等材料制成。见图由金属、陶瓷和塑料等材料制成。见图7-8。14147.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件图图7-8 阶梯环的结构(金属)阶梯环的结构(金属)15157.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件结构:类似马鞍形结构:类似马鞍形特点:弧形的液体通道,空隙率较环形填料连特点:弧形的液体通道,空隙率较环形填料连 续,气体向上主要沿弧形通道流动,改续,气体向上主要沿弧形通道流动,改 善了气一液流动状况。善了气一液流动状况。16167.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件1.弧鞍形填料弧鞍形填料图图7-9 弧鞍形填料弧鞍形填料 通常由陶瓷制成。由通常由陶瓷制成。
11、由于相邻填料容易产生套于相邻填料容易产生套叠和架空的现象使一部叠和架空的现象使一部分填料表面不能被湿润,分填料表面不能被湿润,即不能成为有效的传质即不能成为有效的传质表面,目前基本被矩鞍表面,目前基本被矩鞍形填料所取代。形填料所取代。17177.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件2.矩鞍形填料矩鞍形填料结构:结构:图图7-10 矩鞍形填料矩鞍形填料敞开式填料,由弧鞍敞开式填料,由弧鞍型填料发展而来。它型填料发展而来。它将弧鞍填料的两端由将弧鞍填料的两端由圆弧改为矩形,克服圆弧改为矩形,克服了弧鞍填料容易相互了弧鞍填料容易相互叠合的缺点。叠合的缺点。18187.2 7.2 填料塔填料塔
12、过程设备设计电子课件矩鞍形填料特点:矩鞍形填料特点:重叠较少,空隙率较大,填料表面利用率高;重叠较少,空隙率较大,填料表面利用率高;压降低,传质效率比拉西环提高压降低,传质效率比拉西环提高40%以上,易以上,易被固体悬浮颗粒堵塞,装填时破碎量较少;被固体悬浮颗粒堵塞,装填时破碎量较少;应用广泛。可用瓷质材料,塑料制成。应用广泛。可用瓷质材料,塑料制成。19197.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件3.改进改进矩鞍填料矩鞍填料结构:结构:图图7-11 改进矩鞍填料改进矩鞍填料将原矩鞍填料的平滑将原矩鞍填料的平滑弧形边缘改为锯齿状,弧形边缘改为锯齿状,见图见图7-11。在填料的。在填料的
13、表面增加皱折,并开表面增加皱折,并开有圆孔。有圆孔。20207.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件改进矩鞍填料特点:改进矩鞍填料特点:改善流体分布,增大填料表面湿润率;改善流体分布,增大填料表面湿润率;增强液膜湍动,降低气体阻力,提高处理能增强液膜湍动,降低气体阻力,提高处理能力和传质效率力和传质效率;可用陶瓷或塑料制造。可用陶瓷或塑料制造。21217.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件1978年由美国年由美国Norton公司首先开发,不久国产金公司首先开发,不久国产金属环矩鞍填料即用于生产。属环矩鞍填料即用于生产。金金 属属 环环 矩矩 鞍鞍 填填 料料22227.2 7
14、.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件结构:结构:流体的通量大、压降低、滞留量小,利于液体流体的通量大、压降低、滞留量小,利于液体在填料表面的分布及液体表的更新,从而提高传质在填料表面的分布及液体表的更新,从而提高传质性能,与金属鲍尔环相比,通量提高性能,与金属鲍尔环相比,通量提高15 30%,压降降低压降降低40 70%,效率提高,效率提高10%左右。左右。应用广泛,特别在乙烯、苯乙烯等减压蒸馏中应用广泛,特别在乙烯、苯乙烯等减压蒸馏中效果更为突出。效果更为突出。将开孔环形填料和矩鞍填料的特点相结合,既有类将开孔环形填料和矩鞍填料的特点相结合,既有类似于开孔环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舌
15、片,似于开孔环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舌片,又有类似于矩鞍填料的圆弧形通道,开敞的结构。用又有类似于矩鞍填料的圆弧形通道,开敞的结构。用薄金属板冲制的整体环鞍结构,两侧的翻边增加了填薄金属板冲制的整体环鞍结构,两侧的翻边增加了填料的强度和刚度。料的强度和刚度。特点:特点:23237.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件鞍形填料拉西环隔板环环十字环内螺旋环金属环阶梯环环鞍形弧鞍形 矩鞍形改进矩鞍形矩拉西环 图图7-3 散装填料的发展散装填料的发展环形填料半环填料(环-鞍)金属Intalox(鞍-环)24247.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件7.2.1.2 规整填料规整
16、填料散装填料散装填料规整填料规整填料填料乱堆在塔内,气填料乱堆在塔内,气液两相的流动路线是液两相的流动路线是随机的,装填时各处随机的,装填时各处不均,易产生沟流等不均,易产生沟流等不良分布,降低塔的不良分布,降低塔的效率。效率。填料在塔内按均匀的几何填料在塔内按均匀的几何图形规则、整齐地堆砌,图形规则、整齐地堆砌,人为地规定了填料层中气、人为地规定了填料层中气、液的流路,改善了沟流和液的流路,改善了沟流和壁流的现象,大大降低了壁流的现象,大大降低了压降,提高了传热、传质压降,提高了传热、传质的效果。的效果。种类:丝网波纹填种类:丝网波纹填料及板波纹填料料及板波纹填料25257.2 7.2 填料
17、塔填料塔过程设备设计电子课件用材用材金属金属,如不锈钢,铜、铝、如不锈钢,铜、铝、铁、镍及蒙乃尔等,铁、镍及蒙乃尔等,塑料塑料丝网波纹填料及丝网波纹填料及碳纤维碳纤维波纹填料。波纹填料。图图7-12 丝网波纹填料丝网波纹填料26267.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件结构:结构:由厚度为由厚度为0.10.25mm,相互垂直排列的不锈钢丝,相互垂直排列的不锈钢丝网波纹片叠合组成的盘状规整填料。网波纹片叠合组成的盘状规整填料。相邻两片波纹的方向相反,在波纹网片间形成一相相邻两片波纹的方向相反,在波纹网片间形成一相互交叉又相互贯通的三角形截面的通道网。互交叉又相互贯通的三角形截面的通道网
18、。叠合在一起的波纹片周围用带状丝网箍住,箍圈可以叠合在一起的波纹片周围用带状丝网箍住,箍圈可以有向外的翻边以防壁流。波片的波纹方向与塔轴的倾有向外的翻边以防壁流。波片的波纹方向与塔轴的倾角为角为30或或45。每盘的填料高度为。每盘的填料高度为40300mm,见图,见图7-12。通常填料盘的直径略小于塔体的内径。上下相邻两盘通常填料盘的直径略小于塔体的内径。上下相邻两盘填料交错填料交错90排列。排列。27277.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件小塔径小塔径填料整盘装填;填料整盘装填;1.5米以上大塔或无法兰连接的米以上大塔或无法兰连接的不可拆塔体不可拆塔体用分块形式从人孔吊入塔用分块
19、形式从人孔吊入塔内再拼装。内再拼装。安装:安装:28287.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件又因上下两盘填料的板片方向交错又因上下两盘填料的板片方向交错9090,故每通过一层填料,故每通过一层填料后,气液两相进行一次再分布,有时还在波纹填料片上按一后,气液两相进行一次再分布,有时还在波纹填料片上按一定的规则开孔定的规则开孔(孔径孔径5mm5mm,孔间距约为,孔间距约为10mm10mm),这样相邻丝),这样相邻丝网片间气、液分布更加均匀,几乎无放大效应。网片间气、液分布更加均匀,几乎无放大效应。工作原理:工作原理:操作时,液体均匀分布于填料表面并沿丝网表面以曲折的路途操作时,液体均匀
20、分布于填料表面并沿丝网表面以曲折的路途向下流动,气体在网片间的交叉通道内流动,气、液两相在流向下流动,气体在网片间的交叉通道内流动,气、液两相在流动过程中不断地、有规则地转向,获得较好的横向混合。动过程中不断地、有规则地转向,获得较好的横向混合。应用应用大型塔器中大型塔器中缺点缺点造价高,抗造价高,抗污能力差,难以清洗污能力差,难以清洗29297.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件分为:金属、塑料及陶瓷板波纹填料三大类。分为:金属、塑料及陶瓷板波纹填料三大类。结构:结构:保留了金属丝网波纹填料几何规则的结构特点相同,保留了金属丝网波纹填料几何规则的结构特点相同,不同的是用表面具有沟纹
21、及小孔的金属板波纹片代替不同的是用表面具有沟纹及小孔的金属板波纹片代替金属网波纹片,即每个填料盘由若干金属板波纹片相金属网波纹片,即每个填料盘由若干金属板波纹片相互叠合而成。相邻两波纹片间形成通道且波纹流道成互叠合而成。相邻两波纹片间形成通道且波纹流道成90交错,上、下两盘填料中波纹片的叠合方向旋转交错,上、下两盘填料中波纹片的叠合方向旋转90。小型塔小型塔整盘填料,整盘填料,大型塔或无法兰连接的塔体大型塔或无法兰连接的塔体分分块型填料见图块型填料见图7-13。30307.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件造造价价比比丝丝网网波波纹纹填填料料低低得得多多图图7-13a 金属板波纹填料
22、金属板波纹填料图图7-13b 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料图图7-13b陶瓷板波纹填料陶瓷板波纹填料31317.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件金属板波纹填料金属板波纹填料金属板波纹填料保留了金属丝网波纹金属板波纹填料保留了金属丝网波纹填料压降低、通量高、持液量小,气填料压降低、通量高、持液量小,气液分布均匀,几乎无液分布均匀,几乎无放大效应放大效应等优点,等优点,传质效率也比较高。传质效率也比较高。指随塔径增加,塔板指随塔径增加,塔板效率降低。主要原因效率降低。主要原因是由于过去老式填料是由于过去老式填料的沟流、壁流严重导的沟流、壁流严重导致的。致的。32327.2 7.2
23、填料塔填料塔过程设备设计电子课件7.2.1.3 填料的选用填料的选用依据依据主要是效率、通量和压降。它们决定塔能力的大小及操作费用主要是效率、通量和压降。它们决定塔能力的大小及操作费用实际应用中实际应用中一般选用具有中等比表面积(单位体积填料中填料的表积,一般选用具有中等比表面积(单位体积填料中填料的表积,m2/m3)的填料比较经济。还应考虑系统的腐蚀性、成膜)的填料比较经济。还应考虑系统的腐蚀性、成膜性和是否含有固体颗粒等因素来选择不同材料,不同种类性和是否含有固体颗粒等因素来选择不同材料,不同种类的填料。的填料。比表面积比较小的填料比表面积比较小的填料空隙率大,用于流体高通量,大液量及物料
24、较脏的场合。空隙率大,用于流体高通量,大液量及物料较脏的场合。33337.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件7.2.2 填料塔内件的结构设计填料塔内件的结构设计 7.2.2.1 填料的支撑装置填料的支撑装置安装在填料层的底部。安装在填料层的底部。位置位置作用作用防止填料穿过支承装置而落下防止填料穿过支承装置而落下;支承操作时填料层的重量支承操作时填料层的重量;保证足够的开孔率,使气液两相能自由通过。保证足够的开孔率,使气液两相能自由通过。要求要求具备足够的强度及刚度,结构简单,便于安具备足够的强度及刚度,结构简单,便于安装,耐腐蚀。装,耐腐蚀。34347.2 7.2 填料塔填料塔过程
25、设备设计电子课件图图7-14 栅板型支撑装置栅板型支撑装置35357.2 7.2 填料塔填料塔过程设备设计电子课件特点特点结构最简单,最常用。见图结构最简单,最常用。见图7-14。结构结构由相互垂直的栅条组成,放置于焊接在塔壁的支撑由相互垂直的栅条组成,放置于焊接在塔壁的支撑圈上。圈上。小塔径一一整块式栅板,小塔径一一整块式栅板,大塔径一一分块式栅板。大塔径一一分块式栅板。缺点缺点散装填料直接乱堆在栅板上时,将空隙堵塞而减少散装填料直接乱堆在栅板上时,将空隙堵塞而减少开孔率。开孔率。广泛用于规整填料塔。广泛用于规整填料塔。有时在栅板上先放置一盘板波纹填料,然后再装填散有时在栅板上先放置一盘板波
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- 7.2 填料
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