精馏塔之填料塔.pptx
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1、一.填料塔的结构与特点 1.填料塔的结构填料层:提供气液接触的场所。液体分布器:均匀分布液体,以避免发生沟流现象。液体再分布器:避免壁流现象发生。支撑板:支撑填料层,使气体均匀分布。除沫器:防止塔顶气体出口处夹带液体。第1页/共66页一.填料塔的结构与特点第2页/共66页气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。一.填料塔的结构与特点第3页/共66页当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中
2、的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。一.填料塔的结构与特点第4页/共66页2.填料塔的特点(与板式塔相比)优点:生产能力大。填料塔内件开孔率大,空隙率大,液泛点高。分离效率高。填料塔每米理论级远大于板式塔,尤其在减压及常压条件下。压降小。空隙率高,阻力小。持液量小。操作弹性大。一.填料塔的结构与特点第5页/共66页缺点:填料造
3、价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;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。一.填料塔的结构与特点第6页/共66页填料作用:提供气液接触面积;强化气体湍动,降低气相传质阻力;更新液膜表面,降低液相传质阻力。一.填料塔的结构与特点第7页/共66页二.填料的类型及性能评价1 填料(packings)的类型1).分类按填料形状分:网体填料实体填料按填料的装填方式分:散装填料规整填料第8页/共66页按材质分:金属填料塑料填料陶瓷填料石墨填料二.填料的类型及性能评价第9页/共66页2).常用的几种填料拉西环(Rasching ring):拉西
4、环是工业上最早使用的一种填料,为外径与高度相等的圆环,通常由陶瓷或金属材料制成。拉西环拉西环 环环二.填料的类型及性能评价第10页/共66页拉西环结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间易形成线接触,填料层的均匀性差,因而存在严重的向壁偏流和沟流现象,致使传质效率低。而且流动阻力大,操作范围小。其改善方面有形、十字格形的拉西环。二.填料的类型及性能评价第11页/共66页拉西环结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间易形成线接触,填料层的均匀性差,因而存在严重的向壁偏流和沟流现象,致使传质效率低。而且流动阻力大,操作范围小。其改善方面有形、十字格形的拉西环。二.填料的类型及性能评价第12页/共66页鲍尔
5、环(pall ring):鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口,窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善,尤其是环的内表面得到充分利用。二.填料的类型及性能评价第13页/共66页与同样尺寸的拉西环相比,鲍尔环的气液通量可提高50%,而压降仅为其一半,分离效果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环,圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触,床层均匀且空隙率大,与鲍尔环相比气体阻力减少25%,生产能力提高10%。二.填料的类型及性能评价第14页/共66页阶梯环:鲍尔环基础上改造得出的。环壁上开有窗孔,其高度为直径的一半。由于高径比的减少,使得气体绕填
6、料外壁的平均路径大为缩短,减少了阻力。二.填料的类型及性能评价第15页/共66页喇叭口一边,不仅增加机械强度,而且使填料之间为点接触,有利于液膜的汇集与更新,提高了传质效率。目前所使用的环型填料中最为优良的一种。二.填料的类型及性能评价第16页/共66页弧鞍型(berl saddle):表面全部敞口,不分内外,液体在表面两侧均匀流动,表面利用率高,流动呈弧形,气体阻力小。但两面对称有重叠现象,容易产生沟流。强度差,易破碎。应用较少。二.填料的类型及性能评价第17页/共66页矩鞍型(intolox saddle):矩鞍形填料结构不对称,堆积时不重叠,均匀性更高。该填料气流阻力小,处理能力大,性能
7、虽不如鲍尔环好,但构造简单,是一种性能优良的填料。二.填料的类型及性能评价第18页/共66页环矩鞍(Intalox):兼具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过,减少了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多,使气液分布更加均匀,传质效率得以提高。一般采用金属材质,机械强度高。二.填料的类型及性能评价第19页/共66页球型:球体为空心,气体和液体从其内部经过。由于球体结构的对称性,填料装填密度均匀,不易产生空穴和架桥,故气液分散性能好。常采用塑料材质。一般用于特定场合,工程上应用较少。二.填料的类型及性能评价第20页/共66页格栅填料:以条状单元体经一定规则组合而成,其结构随条状单
8、元体的形式和组合规则而变,具有多种结构形式。特点是比表面积较低,主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。木格栅填料格里奇格栅填料二.填料的类型及性能评价第21页/共66页波纹填料:波纹填料是由许多层波纹薄片组成,各片高度相同但长短不等,搭配组合成圆盘状,填料波纹与水平方向成45倾角,相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内,相邻两圆盘的波纹薄片方向互成90角。金属丝网波纹填料金属孔板波纹填料二.填料的类型及性能评价第22页/共66页波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹填料和网波纹填料。板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料制成。填料的空隙率大,阻力小,流体通量大、效率
9、高,而且制造方便、价格低,正向通用化、大型化方向发展。二.填料的类型及性能评价第23页/共66页脉冲填料:是由带缩颈的中空棱柱形单体,按一定方式拼装而成的一种规则填料。脉冲填料组装后,会形成带锁颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动,在缩颈处,气速最高,湍动剧烈,从而强化传质,在扩大段,气速减到最小,实现两相的分离。二.填料的类型及性能评价第24页/共66页流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程。特点是处理量大,压降小。适用于真空精馏,大塔径场合。二.填料的类型及性能评价第25页/共66页2.填料的几何特性(1)比表面积:单位体积填料层具有的填料表面
10、积,m2/m3。填料的比表面积愈大,所提供的气液传质面积愈大,愈有利于传质。是评价填料性能优劣的重要指标。二.填料的类型及性能评价第26页/共66页操作中有部分填料表面不被润湿,以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍,填料真正润湿的表面积只占全部填料表面积的2050%。有的部位填料表面虽然润湿,但液流不畅,液体有某种程度的停滞现象。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。为此,须把比表面积与有效的传质比表面积加以区分。二.填料的类型及性能评价第27页/共66页(2)空隙率:单位体积填料层具有的空隙体积,m3/m3。值大则气体通过填料层的阻力
11、小,故值以高为宜。重要指标。对于乱堆填料,当塔径与填料尺寸之比大于8时,因每个填料在塔内的方位是随机的,填料层的均匀性较好,这时填料层可视为各向同性,填料层的空隙率就是填料层内任一横截面的空隙截面分率。二.填料的类型及性能评价第28页/共66页(3)填料因子:比表面积与空隙率三次方的比值,/3称为干填料因子,1/m,它反映特定结构和尺寸填料的综合流体力学性能。当填料被液体润湿后,a与均发生相应的变化,此时的/3称为湿填料因子,表示实际操作时填料的流体力学特性,其值由实验测定。填料因子值小表示流动阻力小,液泛速度可以提高。二.填料的类型及性能评价第29页/共66页(4)堆积密度p:单位体积填料的
12、质量,以表示,kg/m3。在机械强度允许的条件下,填料壁要尽量薄以减小堆积密度,这样既增大了空隙率又降低成本。二.填料的类型及性能评价第30页/共66页(5)个数n:单位体积填料层具有的填料个数。根据计算出的塔径与填料层高度,再根据所选填料的n值,即可确定塔内需要的填料数量。一般要求塔径与填料尺寸之比D/d8,在近塔壁处填料层空隙率比填料层中心部位的空隙率明显偏高,会影响气液的均匀分布。若D/d值过大,即填料尺寸偏小,气流阻力增大。二.填料的类型及性能评价第31页/共66页3.填料的性能评价填料性能的优劣常根据效率、通量及压降三要素衡量。相同条件下,比表面积愈大,气液分布愈均匀,表面的润湿性能
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