化工塔设备知识介绍教学PPT

一、塔设备的作用 塔设备能够为气、液或液、液两相进行充分接触提供适宜的条件，即充分的接触时间、分离空间和传质传热的面积，从而起到相际间质量和热量交换的目的，实现工艺所要求的生产过程，生产出合格产品。 广泛用于蒸馏、吸收、解吸（气提）、萃取、气体的洗涤、增湿、干燥及冷却等单元操作。,第一节 概述,化工生产过程中可提供气液或液液两相之间进行直接接触机会，达到相际传质及传热目的，又能使接触之后的两相及时分开，互不夹带的设备。,（一）按用途分类 1.精馏塔 利用液体混和物中各组分挥发度的不同来分离其各液体组分的操作称为蒸馏，反复多次蒸馏的过程称为精馏，实现精馏操作的塔设备称为精馏塔。 2.吸收塔、解吸塔 利用混合气中各组分在溶液中溶解度的不同，通过吸收液体来分离气体的工艺操作称为吸收；将吸收液通过加热等方法使溶解于其中的气体释放出来的过程称为解吸。实现吸收和解吸操作过程的塔设备称为吸收塔、解吸塔。 3.萃取塔 对于各组分间沸点相差很小的液体混和物，利用一般的分离方法难以奏效，这时可在液体混和物加入某种沸点较高的溶剂（称为萃取剂）；利用混合液中各组分在萃取剂中溶解度的不同，将它们分离，这种方法称为萃取（也称为抽提）。实现萃取操作的塔设备称为萃取塔。 4.洗涤塔 用水除去气体中无用的成分或固体尘粒的过程称为水洗，所用的塔设备称为洗涤塔。,二、塔设备的分类及一般构造,（二）按操作压力分类 从操作方便和设备简单的角度来说，选常压操作最好，从冷却剂的来源角度看，一般宜将塔顶冷凝温度控制在3040以便采用廉价的水或空气作为冷却剂。所以塔设备根据具体工艺要求，设备及操作成本综合考虑，有时可以在常压下操作、有时需要在加压下操作,有时还需要减压操作。相应的塔设备分别称为常压塔、加压塔和减压塔。,（三）按结构形式分类 塔设备就其构造而言，主要由塔体、支座、内部构件及附件组成。根据塔内部构件的结构可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔中装有一定数量的塔盘，属逐级（板）接触的气液传质设备;液体借自身的重量自上而下流向塔底（在塔盘板上沿塔径横向流动），并在各层塔板上形成液层，气体靠压差自下而上以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层升向塔顶。在每层塔盘上气、液两相密切接触，进行传质与传热，使两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。板式塔特有的：塔盘。 填料塔中则装填一定高度的填料，属微分接触型气液传质设备；液体自塔顶沿填料表面呈膜状向下流动，气体作为连续相自塔底向上逆流流动，气液在填料的润湿表面上进行接触传热传质。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。填料塔特有的：填料、液体分布、再分布、填料支承。,塔体是塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上 下封头组成。封头可以是半球形、椭圆形、碟形等。 支座是将塔体安装在基础上的连接部分，因为塔设备较高、重量 较大，为保证其足够的强度及刚度，通常采用裙式支座（简称“裙 座” ）。有圆筒形和圆锥形两种，常采用圆筒形。裙座与塔体采 用对接銲接或搭接焊接连接，裙座的高度由工艺要求的附属设备 （如再沸器、泵）及管线的布置情况而定。 附件包括人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等。,裙座的材料,选材原则：因裙座不接触介质、不承受塔内压力，因此应选用普通碳素结构钢如Q235AF及Q235A等。 Q235AF：有夹渣及缺口敏感等缺陷，适于常温操作、高于 20裙座设计温度、且不以风载或地震载荷确定裙座筒体厚度的场合。如高径比小、承重轻、或塔体由框架作横向固定等。 16Mn：适于裙座设计温度低于20的场合,当塔的下封头为高合金钢时，裙座筒体的顶部应设置一段与封头材料相同的短节，或采用188型不锈钢短节。, 重量轻、比表面积大、空隙率大； 压降小、除沫效率高、使用方便，应用广泛。,除沫器,除沫器作用分离塔顶气体中所夹带的液滴促使气泡破裂 安装位置塔顶部最上一块塔盘之上，至塔盘的距离略大于塔盘间距,优点,丝网除沫器,缺点,当体系中含有或易析出固体颗粒时，易堵塞丝网。,材料：镀锌铁丝网、不锈钢丝网、铜丝网、尼龙丝网等 结构：多层标准丝网叠加成100150mm厚,用固定的叶片构成风车状圆盘,结构,旋流板式除沫器（离心式除沫器）,应用,适合含有较大液滴或固颗的气液分离，除沫效率不如丝网除沫器。,除沫原理,夹带液滴的气体通过液片时产生旋转运动，在离心力作用下将液滴甩至塔壁，实现气液分离。,12,填料塔的总体结构,9散装填料； 10填料支承装置； 11支座； 12除沫器； 13槽式液体再分布器； 14规整填料； 15盘式液体分布器； 16防涡流器,1吊柱； 2人孔； 3排管式液体分布器； 4床层定位器； 5规整填料； 6填料支承栅板； 7液体收集器； 8集液管；,过程设备设计,7人孔,8提馏段塔盘,9气体入口,10裙座,11釜液出口,12出入口,板式塔的总体结构,1吊柱,2气体出口,3回流液入口,4精馏段塔盘,5壳体,6料液进口,三、对塔设备的基本要求 （1）生产能力要大。即单位塔截面上单位时间内物料的处理量要大。 （2）分离效率高。即气、液相能充分接触且分离效果好。 （3）操作弹性大。即有较强的适应性和宽的操作范围。能适应不同性质的物料且在负荷波动时能维持操作稳定，仍有较高的分离效率。 （4）压降小。即流体通过时阻力小，这样可大大节约生产的动力消耗，降低成本。 （5）结构简单、耗材少，易于制造和安装，这样可以减少基建投资，降低成本。 （6）耐腐蚀不易堵塞，便于操作、调节和检修。,第二节 板式塔 常用的塔盘有泡罩形、浮阀形、筛板形、舌形及浮动舌形等。 （一）泡罩塔盘 它是在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升 气管，升气管上覆以泡罩，泡罩下部四周开有许多齿缝，齿缝浸没 在板上液层中形成液封。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下 层塔盘，然后横向流过塔盘板，流入再下一层塔盘；气体从下层塔 盘上升进入升气管，升气管高出液面，板上的液体不会从中漏下。 通过环形通道再经泡罩的条形孔流散到泡罩间的液层中。,升气管,齿缝,泡罩塔盘具有如下优点： （1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。 （2）操作弹性大，在负荷变动范围较大时，仍能保持较高的效率。 （3）具有较高的生产能力，适合大型生产。 （4）不易堵塞，介质适应范围广，操作稳定可靠。 泡罩塔盘的不足之处是结构复杂、造价高，安装维护麻烦；塔板上液层较厚，气体流动阻力较大，气相压降较大，但在常压或加压下操作时并不是主要问题。液体流过塔板时因阻力而有液面落差，液层深浅不同，使气量分布不均匀，影响板效率。,具有如下优点： 1.结构简单、制造维护方便。 2.生产能力大，比泡罩塔盘高2040。 3.压降小，适用于减压操作。 4.比泡罩塔盘效率高，但不及浮阀塔盘。 5.若设计合理其操作弹性也较高，不如泡罩塔盘。 缺点是小孔径筛孔易堵塞，故不宜处理脏、粘性大及带固体颗粒的料液。,（二）筛板塔盘-常用于闪蒸稳定 筛板塔盘是在塔盘板上钻许多小孔，工作时液体从上层塔盘经降液管流下，横向流过塔盘进入本层塔盘降液管流入下一层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡，穿过筛板上的液层，在此过程中进行相际间传质、传热。塔板上的筛孔以一定排列方式布置，直径约38 mm，板厚为孔径的0.40.8倍。,导向筛板塔引导气体方向、促进液层流动 是将普通筛板塔的筛板改进后得到将筛板在液层的上游处冲压凸起，凸起区的筛孔向液层流动方向偏斜；将筛板在液层的中、下游处冲剪出百叶窗，窗口也向液层流动方向偏斜。 这样，气体穿过凸起区的斜筛孔和百叶窗时，对液层流动有推动作用，使液层变薄，筛板的凸起区也能使液层变薄，且使整个液层厚度均匀。在薄液层下气体压降变小，鼓泡剧烈，气、液接触充分，塔板效率提高。导向筛板塔适于大液量、小气量的场合。,（三）浮阀塔盘-常用于分馏稳定。 在塔盘板上开有正三角形排列的孔，每一孔上都装有一带三条腿的可上下浮动的阀。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。浮阀的结构形式很多，有F型、V型、十字架型及A型等，最常用的是F-1型。工作时，气体通过阀孔将浮阀向上顶起，穿过环形间隙以水平方向吹入液层，气、液两相呈泡沫状进行传质传热。在低气量时，开度小；气量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气量变化时，通过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定，且气体水平进入液层强化了气液接触传质。,阀有轻、重之分，重阀的质量为33g，轻阀25g。重阀需要较高的气体压力才能打开，关闭迅速，阀的泄漏少、效率高。为增加塔的操作弹性，同一层塔板上可布置质量不同的浮阀。,塔板上的浮阀有顺排和叉排两种布置方式，建议采用叉排。 叉排时相邻浮阀吹出的气体使液层搅拌和鼓泡均匀，有利于传质 传热，同时气体夹带雾沫量也较小。,顺排 叉排,将浮阀装入塔板上的阀孔后，用专用工具将三条阀腿折弯90成阀脚。这样，浮阀只能做不脱离塔板的上、下运动。当上升气速较小时，浮阀在自重下三个定距片与塔板接触，开度最小；当气速较大时，浮阀被吹起，三个阀脚与塔板接触，开度最大。正常操作时，浮阀开度随气相负荷的波动而自动调节。,F1型浮阀（国内最常使用的阀片型式）,十字架型浮阀,HTV型浮阀,浮阀塔盘优点： （1）生产能力大，因浮阀在塔盘板上排列比泡罩更紧凑，故生产能力比泡罩提高2040，与筛板塔盘差不多。 （2）操作弹性大，因浮阀可在一定范围内自由升降以适应气量的变化，所以能在较宽的气流范围内保持高的效率。浮阀塔盘操作弹性比泡罩和筛板都要大得多。 （3）效率高。由于气液接触充分，且蒸汽以水平方向吹入液层，故雾沫夹带较少，分离效果好，一般效率比泡罩塔盘高15%左右。 （4）气体压降小。气流通过浮阀时只有一次收缩、扩大及转弯，故压降比泡罩塔盘低。 （5）与泡罩塔盘相比，结构简单、制造安装也较方便，制造费用仅为泡罩的6080。 浮阀塔的缺点: 气速较低（气量较小）时，也会发生漏液现象； 阀是活动部件，使用中容易松脱和卡住，导致操作及检修困难； 塔板压力降较大。,（四）舌形及浮动舌形塔盘 舌形塔盘是在塔盘板上冲制许多舌形孔。工作时，液体在塔盘 上的流动方向与舌孔的倾斜方向一致，气体从舌孔中喷射而出，由 于气、液两相并流流动，故雾沫夹带较少，当舌孔气速达到一定数 值时，将塔盘上的液体喷射成滴状，从而加大了气、液接触面积。 舌形塔盘与泡罩塔盘相比具有塔盘上液层薄，持液量少，压力 降小（约为泡罩的3350），生产能力大，结构简单，可节约 金属用量1245，制造、安装、维修方便等优点。但因舌孔开 度是固定的，在低负荷下操作易产生漏液现象，故其操作弹性较小。,舌形塔板上有许多舌形孔，舌叶与板面成一定角度，向塔板的液流出口侧张开。上升气流穿过舌形孔后，沿舌叶的张角向斜上方喷出，塔板液流出口侧的液体被喷射至降液管上方，然后流入降液管。降液管不设溢流堰，但比一般塔板的降液管尺寸大。,优点： 气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。 气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故可以达到较高的生产能力。 缺点： 张角固定，在气量较小时，经舌形孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。 液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板效率降低。,浮动舌形塔盘是综合了舌形和浮阀得优点而研制出的一种塔盘。 浮动舌形塔盘既有舌形塔盘生产能力大、压降小、雾沫夹带少的优 点，又有浮阀塔盘的操作弹性大、塔盘效率高、稳定性能好等优点， 其缺点是舌片易损坏。,舌形塔盘的舌孔,浮舌形塔盘的舌片,27,优点, 结构简单、制造、安装方便； 通流面积大，故生产能力大、气速小，压降小。,缺点, 气、液相接触效率较低； 操作弹性较小。,操作特点：气、液两相逆向流动，均从筛孔或筛缝中穿过。,（五）无降液管塔盘,主要指结构的耐用程度，如浮阀易卡死、舌片易裂断，筛板易堵塞等。,可靠性,就生产能力、塔板效率、操作弹性、压力降及造价等方面来看，浮阀塔在蒸气负荷、操作弹性、塔板效率方面与泡罩塔相比都具有明显优势，因而广泛应用。筛板塔的压降小、造价低、生产能力大，除操作弹性较小外，其余均接近浮阀塔，应用也较广。,塔的操作弹性是指最大允许负荷（负荷上限）至最小允许负荷（负荷下限）的范围。一般，浮阀塔操作弹性较大，可达9左右；泡罩塔约为5；筛板塔较小；填料塔最小。,板式塔的适宜工作区 各种结构形式的塔盘都有一个最适宜的工作区域，可用操作负荷性能图来表示。 浮阀塔的操作负荷性能图见图5-10。图中各曲线所包围的区域即为最适宜工作区，若塔盘上气、液负荷配合得恰当，落在图上几条曲线包围得范围内，塔就可以正常良好的操作，否则就属于不正常操作，塔的效率下降，甚至完全不能工作。,溢流型塔盘: 有溢流堰和降液管，液体在塔盘上平流，经过溢流堰进入降液管，气、液相错流动。 整块式塔盘: 又分为定距管式和重叠式两种，适于塔径DN700mm 分块式塔盘: 适于塔径DN800mm 穿流型塔盘: 塔盘是平面圆形筛板，气、液相均穿过筛孔作逆向流动。,塔板结构,1、塔板的分区,鼓泡区：气液两相传热、传质 降液区：小气泡聚合成大气泡再返回 受液区：接受降液管的液体 安定区：减少降液管气泡夹带量 边缘区：支撑塔板及塔板上液体,2、主要构件 1）气体通道 鼓泡元件：形成气液两相传热传质的主要构件，型式有筛板型、泡罩型、浮阀型等等。 2）液体通道 包括溢流堰、降液管、和受液盘。,降液管,溢流堰,受液盘,降液管 作用：液体通道，让液体在其中停留一段时间，使液体所夹带的气泡有充分的时间得以从液体中溢出。 型式：圆形、弓形。弓形降液管具有较大容积，又能充分利用塔板面积，应用较为普遍。 尺寸:降液管的水平截面尺寸，应使液流速度适中。太慢则液体拥塞；太快则夹带气泡一起流下，不能使气体分离上逸。, 降液管液速取0.030.12m/s； 液体通过降液管的最大压降为250Pa； 液体在降液管内停留时间为35s； 降液管内清液层的最大高度不超过塔板间距的一半； 液体越过溢流堰刚进入降液管时，不能冲射塔壁，一般取降液管截面积占塔盘总面积的5%25%。,受液盘 作用：接受由降液管下来的液体，缓冲液体流下时的冲击作用，稳定塔上液体的流动状态，以确保传质过程的稳定进行。 形式：平形、凹形。,平形,凹形,溢流堰（出口堰） 两个作用：一个是维持塔板上有一定的液面高度，以确保传质过程的顺利进行；另一个是将降液管出口封在液面以下，以免气体短路从降液管中上升，影响传质过程的进行。 形式：平形、齿形,平形,齿形,（一）雾沫夹带 气、液两相在塔盘上以鼓泡形式接触后，气体穿出液层时总不免带有许多细微的液滴，有的来不及分离出来就被带到了上一层的塔盘液体中，这种现象称为雾沫夹带。被带上去的少量液滴所含的重组分比上一层塔盘上液体所含的重组分要多，降低了塔盘的分馏效率。极少量的雾沫夹带是避免不了的，但当气相负荷增加，塔内气速增加，雾沫夹带量就增加。一般认为当气体中夹带液体的质量超过上升气体的10时为严重雾沫夹带，此时的气相负荷定位塔的气相负荷上限，在操作负荷性能图上对应的曲线称为雾沫夹带线。减少雾沫夹带的主要措施是控制气相负荷，使其在允许范围内，另外，增大塔盘间距（一般须在300mm以上），改进塔盘结构也可起到一定的效果。,板式塔常见的不正常操作,（二）气泡夹带 液体横向流过塔盘，与气体接触后由降液管流到下层塔盘。液体流入降液管时常有大量的气泡，在降液管中停留足够的时间，使泡沫分离成气体和清液，气体上升回到上层塔盘。如果液相负荷增加，液体在降液管中流速增加，停留时间很短，液体中夹带的气泡来不及分离就被带入下一层塔盘，这种现象称为气泡夹带。此时的液体负荷定为液相上限，在操作负荷性能图上对应的曲线称为气泡夹带线。防止气泡夹带的主要措施是控制回流量。 （三）漏液 液体在塔盘上横向流动并经降液管流入下一层塔盘。如果气相负荷过小，塔内气速很低，上升的气体通过塔板上开孔的阻力和克服液体表面张力所形成的压降较小，不足以抵消塔板上液层的重力，大量的液体由于重力的作用，从塔板上的开孔处如阀孔，或舌形塔盘的舌孔直接漏到下一层塔盘，这种现象称为漏液。产生漏液时的气体负荷定为气相下限，在操作负荷性能图上对应的曲线称为漏液线。,（四）液泛（淹塔） 若气、液负荷都过大，降液管面积不够用，而气速又大使液体也不能从阀孔或舌孔中漏下，致使液体流动发生堵塞，使几层塔盘上的液体连成一体，这种现象称为液泛。发生液泛时气、液相流速的关系线称为液泛线。液泛严重时，流体可从塔顶冒出。可加大降液管的截面积，控制回流量，改进塔盘结构等来防止液泛的发生。 液泛又包括两种：夹带液泛和溢流液泛。 夹带液泛：当塔板上的液体流量很大、上升气体的速度又很高时，液体被上升的气体夹带到上一层塔板上（雾沫夹带）的量猛增，使相邻的两块塔板间充满了气液混合物，最终使整个塔内空间全部被液体所占据，这种现象称为夹带液泛。 溢流液泛：因降液管设计太小，液体的流动阻力过大，或降液管局部区域堵塞而变窄，液体不能正常地通过降液管向下流动，使得液体在塔板上积累而充满整个塔内空间，称为溢流液泛。,（1）控制气液速度于液泛速度之下；（2）采用较大的板间距；,采取措施：,与板式塔相比，填料塔具有结构简单、压降小、填料易用耐腐蚀性材料制造等优点。填料塔常用于吸收、真空蒸馏等操作，特别是当处理量小、采用小塔径对板式塔在结构上有困难时，或处理的是在板式塔中难以操作的高粘度或易发泡物料时，常采用填料塔。但填料塔清洗、检修都较麻烦，对含固体杂志、易结焦、易聚合的物料适应能力较差。填料塔是一种连续式传质设备。工作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒在填料层上，继而沿填料表面缓慢下流；气体自塔下部进入，穿过栅板沿填料间隙上升。这样气、液两相沿着塔高在填料表面及填料自由空间连续逆流接触，进行传质传热。,第三节 填料塔,一、填料及支承结构 （一）对填料的基本要求 填料是一种固体填充物，作用是为气、液两相提供充分的接触面，为强化其湍流程度创造条件，以利于传质。有如下要求: 空隙率 （也称自由体积）要大。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率，其单位为m3/m3。值大，气液通过能力大，流动阻力小，压降小。 = 0.450.95。 比表面积要大。单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，单位为m2/m3。值大有利于增大传质面积。对同种填料，填料尺寸越小， 越大，但气体流动的阻力也要增加。 填料因子 (/3) 填料因子代表填料的流体力学特性，单位1/m。值小，表明流动阻力小，液泛（夹带液泛）速度较高。 填料表面润湿性能好，结构上有利于两相密切接触，促进湍动。 对所处理的物料具有良好的耐腐蚀性。 填料本身的密度要小，具有足够的机械强度。,（二）填料的总类 填料的总类很多，按其堆砌方式大体可分为散装填料和规整 填料两大类。散装填料由于其结构上的特点，不能按某种规律安放 只能自由堆砌，因此也称为“乱堆”填料。常见的散装填料有拉西 环、鲍尔环、环、十字环、弧形鞍、矩形鞍等，这种填料气、液 两相分布不够均匀，故塔的分离效率不够理想。为此产生了规整填 料，这种填料分离效果好、压降低，适用于在较高的气速或较小的 回流比下操作，目前使用的主要是波纹网填料和波纹板填料。,1）拉西环填料 优点：易于制造，价格低廉。 缺点：由于高径比大，堆积时填料间易形成线接触，因此液体在填料层流动时，液体常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低，因而传质速率也不高。,在拉西环基础上衍生了环、十字环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。,材料：陶瓷、金属、塑料等 特征尺寸：外径d 装填方式：d100mm采用整砌； d75mm采用乱堆（常见） 性能特点：乱堆时相邻填料容易线接触，使 持液量增大，气通量减小，另外乱 堆时易使液体形成偏流、束流等。 应用特点：效果不好，但由于结构简单，价 格便宜，仍在要求不高的场合应用。,2）鲍尔环填料 在 拉西环的基础上发展起来的鲍尔环是在的侧壁上开一层或两层长方形小孔，小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。 同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。比之拉西环，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。可由陶瓷、金属或塑料制成。,塑料鲍尔环,金属鲍尔环,3）阶梯环填料 阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错 45的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。 阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。 阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。,4）弧鞍形、矩鞍形填料 弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料，又称马鞍填料。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道。 优点：与拉西环相比，空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，填料性能优于拉西环。 缺点：相邻弧鞍形填料易相互套叠，从而产生沟流，使填料有效表面降低，从而影响传质速率。,矩鞍是在弧鞍基础上发展起来的一种结构不对称的鞍形填料。矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。,优点：因网丝细密，填料的空隙很高，比表面积很大。由于毛细管作用，填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质速率高。 缺点：造价很高，故多用于实验室中难分离物系的分离。,金属英特洛克斯填料环矩鞍,将环形结构与鞍形结构的特点集于一体而形成的一种独特结构的填料，具有生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大等优良性能，因而获得广泛应用，在减压蒸馏中其优势更为显著。,上述几种形式的填料属实体填料，与之对应的另一类金属丝网制成的填料称为网体填料。网体填料也有多种形式，如网环和鞍型网等。,网体填料,5）规整填料 规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则、整齐堆砌的填料，从而减少偏流与束流现象。 填料的种类按照结构可分为金属丝网波纹填料和多孔板波纹填料重叠而成。使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。 优点：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。 缺点：造价较高，易堵塞、难清洗，工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。, 300脉冲规整填料,填料用材的选择,（1）塑料：设备操作温度较低，除浓硫酸、浓硝酸等强酸外，体系对塑料无溶胀，但塑料表面对水溶液的润湿性差。,（2）陶瓷一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF和高温下的H3PO4与碱不能使用。,（3）金属耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐蚀（含Cl-的酸除外），但价格较昂贵。,（三）填料支承结构 填料支承结构要求其有足够大的自由截面（应大于填料的 空隙截面），有足够强度和刚度，以支承填料的重量，要利于液 体再分布且便于制造、安装和拆卸。常用的填料支承结构是栅板， 如图5-29、图5-30所示。为了限定填料在塔中的相对位置，不致 于在气、液冲击下发生移动、跳跃或撞击，填料塔还应安装填料 压板或床层限制板，一般是对陶瓷填料安装填料压板，对金属或 塑料填料安装床层限制板。对于普通填料，支承装置的自由截面 积应不低于全塔面积的50%，并且要大于填料层的自由截面积。,栅板型支承,优点：结构简单 缺点：乱堆填料容易堵塞栅板的一部分孔隙，减少开孔率 应用：适于规整填料或整彻散装填料。当采用乱堆填料时可先在栅板上放置一层板波纹填料,气、液分流型支承,特点：为气体和液体分别提供不同的通道，避免液体在支承板上积聚，有利于液体的均匀再分配；流体的通量高、压降小。,(1) 波纹式,用68mm钢板冲出菱形孔，长轴150mm、短轴60mm，再沿长轴方向压成波纹状，波高2550mm，波距50mm，然后将波纹板焊在钢圈上。液体在波纹板上形成流膜，多数从波谷处的孔中漏下；气体多数从波峰处的流膜和孔中向上穿过。,开孔波形板,(2) 驼峰式,用46mm钢板冲出条形孔，再压成带折边的槽子，将各槽子倒置并拼成驼峰式圆盘，拼缝为10mm。 气体自下而上多数穿过驼峰处的孔； 液体在驼峰板上形成流膜，多数从驼谷处的孔和拼缝中漏下； 气体多数从驼峰处的流膜和孔中向上穿过。,驼峰式支承装置的特点：,条形孔只有很少的部分被乱堆填料堵塞； 气、液通量大，其中液体负荷可达200m3/(m2h)。,驼峰式支承装置的应用：,应用广泛，特点适于大直径填料塔；塔径3m时，应在垂直驼峰的方向设置工字钢横梁，以增加支承刚度。,(3) 孔管式,液体在升气管的圆柱形壁面上形成流膜，多数从水平板的孔中漏下；气体多数从升气管壁的流膜和长孔中横向穿过，分布效果好。,应用：,特别适于塔体用法兰连接的小直径填料塔,升气管式支承,二、液体分布装置 为了使液体能均匀的分布在填料上，以利于气、液两相的均 匀接触，所以在最上层填料的上部设置液体分布装置。由于气体 填料层上升速度在塔截面上分布是不均匀的，中央气速大，靠近 塔壁气速小，这样对下流的液体的作用也就不一样，使得液体流 经填料层时有向塔壁倾斜流动的现象，这种现象称为“壁流”， 这样在一定高度的填料层内，中心部分填料便不能被润湿，形成 了所谓的“干锥”，使气、液两相不能充分的接触，降低了塔的 效率。为了减少和消除壁流，避免干锥现象发生，所以在经一定 高度填料层时，还应设置液体分布装置，使液体再一次被均匀分 布在整个塔截面的填料上。不同部位设置的液体分布装置作用相 同、结构不同，为区别将最上层填料上部的液体分布装置称为喷 淋装置，而将填料层之间设置的分布装置称为液体再分布装置。,填料塔的液体分布器,安装位置：装在填料塔的上部距填层表面150300mm处 作用：将液相入料及回流液均匀分布到填料层的上表面。 对液体分布器的基本要求：液体呈活塞流在整个塔截面上均匀分布；能处理入料量及入料压力的波动大、易堵塞、有腐蚀、易起泡的液体；便于通过人孔装、卸。,实际中以平均一个喷淋点所占塔截面的面积（喷淋点面积）来表示液体的均布性。常用填料塔的喷淋点面积Si为：,乱堆填料：塔径D400mm时，Si=30cm2 D750mm时，Si=60cm2 D1200mm时，Si=240cm2 规整填料：Si=2050cm2,重力型排管式液体分布器,优点：液位管使液体有一定静压头，故给料量衡定，当分布器的布液管不水平时，给料也能均布。 缺点：液体中含固体颗粒或结晶物时，布液管上的小孔易堵塞。 给料量特点：中等液体负荷。,布液管4的两端堵死，而下面均匀钻出很多通孔，用于布液，对于塔体分段由法兰连接的小直径塔，分布器做成整体结构；对于整体式大直径塔，分布器应做成分体结构，以便从人孔装、卸。,压力型管式液体分布器,给料特点：靠泵的压头或高液位压差给料。,槽式液体分布器,属于重力式给料,主、分槽底板上均开圆通流孔，适于无大颗粒或有小而重颗粒的液体。,主、分槽的侧板上均开三角通孔，适于有大颗粒或无小而重颗粒的液体。,喷洒式液体分布器,属于压力式给料。早期用莲蓬头，现在多用喷嘴。喷嘴朝下，喷射角120，各喷射液锥重叠率30%40%。 喷洒时易产生气泡，需安装除沫器。 适于入料中不含气相及固相的场合。,盘式孔流液体分布器,属于重力式给料,液体从圆形底板上的孔漏下，气体从圆筒升气管上升,液体从分液槽底板上的大孔及圆形底板上的小孔漏下，气体从矩形升气道上升,盘式溢流液体分布器,类似于图723所示的盘式孔流分布器，主要区别是在降液孔中焊接上端斜口的溢流降液管。 对于大直径塔，分布器的上部设置溢流型分液槽。,65,液体分布器的选型,（一）喷淋装置 喷淋装置的类型很多，常用的有喷洒型、溢流型、冲击型等。 喷洒型中又有管式和喷头式两种。 塔径1200mm以下时可采用如图5-31所示的环管多孔式喷洒器， 塔径在600mm以下时多采用图5-32所示的喷头式喷洒器， 塔径在300mm以下时往往用图5-33所示的直管式或弯管式喷洒器。 对于较大直径的塔则采用图5-34所示的多支管喷洒器。,溢流型喷淋装置用在大型填料塔中，其结构如图5-35所示，这 种喷淋装置的优点是适应性强，不易堵塞、操作可靠。冲击型喷 洒器的结构如图5-36所示，它是由中心管和反射板组成。反射板可 是平板、凸形板或锥形板。操作时液体沿中心管流下，靠液体冲击 反射板的反射飞溅作用而分布液体，反射板中央钻有小孔以使液体 流下淋洒到填料层中心部分。,莲蓬头分布器,多孔管式分布器,塔顶液体分布装置,液体收集再分配器,安装位置：装在填料中间，即两层填料之间,作用： 防止液体流过填料层时形成“壁流”，防止填料形成“干堆”，即均布液体； 防止液体和气体流过填料层时出现径向浓度差，即分别混匀并均布液体和气体。,70,(1) 斜板式收集器 各斜板的下部折成导液槽，各斜板在水平方向上的投影必须覆盖整个塔截面并稍有重叠。液体经斜板及其导液槽流进下面的集液槽（图726未画出），再由集液槽流进更下面的再分布器（图726未画出）。 斜板收集器的特点是：气体阻力小，特别适于真空操作。,液体收集器,结构：与盘式孔流分布器（见下图）相似，与孔管式填料支承（见图717）相似。 流体的流动：液体自圆盘中心孔漏下，气体从各升气管侧孔上升。 应用：对气体分布要求均匀的场合，同时可作为填料支承装置,(2) 升气管式收集器,液体再分布器,(1) 组合式液体再分布器,图a：液体经斜板、斜板导液槽流入环形集液槽，再流入下面的再分布器 图b：上部为驼峰式支承装置（长缝孔未画出），下部类似于盘式孔流分布器。,作用：将液体收集后再分布,73,(2) 盘式液体再分布器 结构与孔管式填料支承装置类似（见图717） (3) 壁流收集再分布器 常用型式：分配锥和玫瑰式分配锥 作用：只能消除壁流，不能消除气、液相的径向浓度差。,（二）液体再分布装置 液体再分布装置的设置与所用填料类型和塔径有关，一般来说，金属填料每段高度不超过67.5m，塑料填料不超过34.5m；拉西环有助长液体分布不良分布的倾向，所以取H/D2.53，对比较大的塔一般取为H/D23，但不宜小于1.52（H为每段填料的高度，D为塔的内径），否则会影响气体沿截面的均匀分布。 常见的液体再分布装置有分配锥、槽形再分布器和盘式分布器等。分配锥结构简单，适用于直径小于1000mm的塔，锥壳下端直径为0.70.8倍的塔径；槽形分布器是在塔壁上焊接环形槽，槽上带有34根管子，沿塔壁流下的液体通过管子流到塔的中央；带通气孔的分配锥是在锥壳上设置4个气体通道管，这样增加了气体的通过能力，避免了中心气体流速过大的现象。,液体再分布器,盘式液体再分布器,截锥式液体再分布器,填料的压紧和限位装置,作用：防止上升气流将填料层吹乱、松动 应用：压紧器用于陶瓷、石墨等脆性散装填料（填料层刚性大不会压变形和压薄） 限位器用于金属、塑料等散装填料及规整填料（填料层刚性较小）,填料压紧器（压板） 常见的型式有栅板式（见图714）和网板式（见图731）。 靠自身重量压紧填料，要求具有足够的自重。 填料限位器（定位器） 与压板结构相似，不同处是自重较小，并且用螺栓或耳板将其固定在塔的内壁上。,一般来说，对处理量不大且易起泡的物系、粘性较大的物 系、含有悬浮物的物料、腐蚀性较大的物料、气相负荷较大及塔 径较小（800mm以下）时宜选填料塔，否则选板式塔。,第四节板式塔与填料塔的比较,下列情况优先选用填料塔,a.在分离程度要求高时，新型填料传质效率高，塔的高度低。,c.具有腐蚀性的物料，可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；,b.热敏性物料的蒸馏分离，新型填料的持液量小，压降小。当要求有小的压力降时考虑用填料塔；可优先选择真空操作下的填料塔。,d.容易发泡的物料，宜选用填料塔。, 下列情况优先选用板式塔,b.液相负荷较小。液、气比小的场合（多数精馏及少数吸收）；,a.塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；,c.含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料；,d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件;需要侧线出料时；,e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔.,