填料塔及板式塔的區(qū)別

1、精餾及吸收設備 2 【目錄頁】 板式塔的結構1 塔板的類型 2 填料塔的結構及填料特性 4 3 填料塔與板式塔的比較 3 一、板式塔的結構 1.1.總體結構 4 板式塔 在塔內(nèi)沿塔高裝有若干 層塔板，液體靠重力的作用 由頂部逐板流向塔底，并在 各塊板面上形成流動的液層； 氣體則靠壓強差推動，有塔 底向上依次穿過各塔板上的 液層而流向塔頂。氣液兩相 在塔內(nèi)進行逐級接觸，兩相 組成沿塔高呈梯級式變化。 5 2.塔板結構 6 7 二、塔板的類型 按照塔內(nèi)氣、液流動的方式，可將塔板分為錯流塔板與逆按照塔內(nèi)氣、液流動的方式，可將塔板分為錯流塔板與逆 流塔板兩種。流塔板兩種。 錯流塔板 泡罩塔板泡罩塔板

2、篩板篩板 浮閥塔板浮閥塔板 噴射型塔板噴射型塔板 錯流式塔板(溢流塔板)：塔板間有 專供液體溢流的降液管 (溢流管)， 橫向流過塔板的流體與由下而上穿 過塔板的氣體呈錯流或并流流動。 板上液體的流徑與液層的高度可通 過適當安排降液管的位置及堰的高 度給予控制，從而可獲得較高的板 效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì) 有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。 8 逆流板 柵板 淋降篩板 逆流塔板（穿流式塔板）： 塔板間沒有降液管，氣、液兩相同 時由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流 而過，板上液層高度靠氣體速度維 持。 優(yōu)點：塔板結構簡單，板上無液面 差，板面充分利用，生產(chǎn)能力較大； 缺點：板效率及操作彈性不及溢流 塔板

3、。 9 10 Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 http:/ 1.泡罩塔板（ Bubble-cap Tray ） 在工業(yè)上最早應用的一種塔板， 其主要元件由升氣管和泡罩構成， 泡罩安裝在升氣管頂部，泡罩底 緣開有若干齒縫浸入在板上液層 中，升氣管頂部應高于泡罩齒縫 的上沿，以防止液體從中漏下。 液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入 降液管，氣體沿升氣管上升折流 經(jīng)泡罩齒縫分散進入液層，形成 兩相混合的鼓泡區(qū)。 優(yōu)點：操作穩(wěn)定，升氣管使泡罩 塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴重的 漏液現(xiàn)象，故彈性大。 缺點：結構復雜，造價高，塔板 壓降大，生產(chǎn)強度低。 1

4、1 2.2.篩板（ Sieve Tray ） 塔板上開有許多均布的篩孔， 孔徑一般為38mm，篩孔在塔板 上作正三角形排列。塔板上設 置溢流堰，使板上能維持一定 厚度的液層。 優(yōu)點：結構簡單，造價低廉， 氣體壓降小，板上液面落差也 較小，生產(chǎn)能力及板效率均比 泡罩塔高。 缺點：操作彈性小，篩空小時 容易堵塞。 12 3.浮閥塔板 （ Valve Tray） 以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎基 礎。有多種浮閥形式，但基本結 構特點相似，即在塔板上按一定 的排列開若干孔，孔的上方安置 可以在孔軸線方向上下浮動的閥 片。閥片可隨上升氣量的變化而 自動調(diào)節(jié)開啟度。 在低氣量時，開度?。粴饬看髸r，閥片自動上升

5、，開度增大。因此， 氣量變化時，通過閥片周邊流道進入液體層的氣速較穩(wěn)定。同時，氣 體水平進入液層也強化了氣液接觸傳質(zhì)。 優(yōu)點：結構簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優(yōu) 異。 缺點：不易處理易結焦或粘度大的系統(tǒng)。 13 4.浮舌塔板 一種斜噴射型塔板。結構 簡單，在塔板上沖出若干 按一定排列的舌形孔，舌 片向上張角 以20左右 為宜。 優(yōu)點：氣流由舌片噴出并帶動液體沿同方向流動。氣液并流避免了返混 和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。 氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故 可達較高的生產(chǎn)能力。 缺點：張角固定，在氣量較小時，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔板漏

6、液嚴重， 操作彈性小。 液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時間太短、液層太 薄，板效率降低。 14 5.網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔 的薄板制成，具有舌形塔 板的特點。這種塔板上裝 有傾斜的擋沫板，其作用 是避免液體被直接吹過塔 板，并提供氣液分離和氣 液接觸的表面。 網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大， 壓降低，加工制造容易的 特點。 擋沫板 塔板 A A 降 液 管 A-A剖視圖 受 液 盤 15 幾種常用塔板的比較 16 三、填料塔的結構及填料特性 1.填料塔的結構 填料層填料層：提供氣液接觸的場所。 液體分布器液體分布器：均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。 液體再分布器液體再分布器

7、：避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。 支撐板支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。 除沫器除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。 17 氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑 塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體 呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面 上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。填料塔屬 于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設備，兩相組成沿塔 高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連 續(xù)相，液相為分散相。 7 6 5 3 4 2 1 液體 氣 體 8 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 18 19 2.2.填料塔的附件 1）填料支撐裝置 2）液體分布裝置 3）液體再分布器 4 ) 除沫裝置 5 ) 填料壓緊

8、裝置 20 1）填料支承裝置： 主要用途是支承塔內(nèi) 的填料，同時又能保 證氣液兩相順利通過。 若設計不當，填料塔 的液泛可能首先在填 料支承裝置上發(fā)生。 21 v對填料支承裝置的要求： v對于普通填料，支承裝置的自由截面積應不低于 全塔面積的50%，并且要大于填料層的自由截面積； v具有足夠的機械強度、剛度； v結構要合理，利于氣液兩相均勻分布，阻力小， 便于拆裝。 22 2)2)液體分布裝置液體分布裝置 液體在填料塔內(nèi)均勻分 布，可以增大填料的潤 濕表面積。以提高分離 效率，因此液體的初始 分布十分重要。 常用的液體分布裝置有： 蓮蓬式、盤式、齒槽式及 多孔環(huán)管式分布器等。 23 3) 液體

9、再分裝置 v作用是減小壁流現(xiàn)象。 v壁流現(xiàn)象：在亂堆填料層 內(nèi)存在的液體逐漸流向塔壁 的現(xiàn)象。 v在填料層內(nèi)每隔一定高度 設置液體再分布裝置。 24 4）除沫裝置 當塔內(nèi)操作氣速較大或液沫 夾帶現(xiàn)象嚴重時，可在液體 分布器的上方設置除沫裝置， 主要用途是除去出口氣流中 的液滴。 25 5）填料壓緊裝置 安裝在填料層上端。作用是保持填料層為一高度固定的床層， 從而保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩(wěn)定，防止在高 壓降、瞬時負荷波動等情況下，填料層發(fā)生松動或跳動。 分為： 填料壓板。自由放置于填料上端，靠自身重量將填料壓緊。適 用于陶瓷、石墨材質(zhì)的散裝填料。 床層限制板。固定在填料上端。 26

10、27 3. 填料的類型及性能評價 1 填料（packings）的類型 1).分類 v按填料形狀分： v網(wǎng)體填料 v實體填料 v按填料的裝填方式分： v散裝填料 v規(guī)整填料 v按材質(zhì)分： 金屬填料 塑料填料 陶瓷填料 石墨填料 按裝填方式按裝填方式 分類分類 散堆填料散堆填料 環(huán)形環(huán)形 鞍形鞍形 球形球形 拉西環(huán)拉西環(huán) 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán) 階梯環(huán)階梯環(huán) 弧鞍（貝鞍）弧鞍（貝鞍） 矩鞍（英特洛克斯）矩鞍（英特洛克斯） 金屬環(huán)矩鞍金屬環(huán)矩鞍 規(guī)整填料規(guī)整填料 波紋型波紋型 隔柵型隔柵型 絲網(wǎng)波紋絲網(wǎng)波紋 孔板波紋孔板波紋 格利希隔柵格利希隔柵 29 2.填料的作用 p提供氣液接觸面積； p強化氣體湍動，降

11、低氣相傳質(zhì)阻力； p更新液膜表面，降低液相傳質(zhì)阻力。 30 3.3.填料的特性填料的特性 1.1.填料個數(shù)填料個數(shù)n n：個個/ /m3m3，統(tǒng)計數(shù)字，實測統(tǒng)計數(shù)字，實測 2.2.比表面積比表面積 a a單位體積填料中填料的總表面積，單位體積填料中填料的總表面積，m2/m3m2/m3 3.3.空隙率空隙率干塔狀態(tài)下，單位體積填料所具有的空隙體干塔狀態(tài)下，單位體積填料所具有的空隙體 積，積，m3/m3 m3/m3 空隙率是提供氣體的通道，空隙率越大，氣體流動阻力越小，空隙率是提供氣體的通道，空隙率越大，氣體流動阻力越小， 流通能力（允許氣速）越大。流通能力（允許氣速）越大。 在吸收操作時，填料層

12、上附有一層液體，故實際空隙率應小在吸收操作時，填料層上附有一層液體，故實際空隙率應小 于于。 4.4.填料因子填料因子 =a/=a/ 3 3 （有干、濕填料因子）（有干、濕填料因子） 31 4. 4. 選擇填料的一般原則選擇填料的一般原則 （1 1） 比表面積比表面積a a大大提供氣液接觸面積提供氣液接觸面積 （2 2） 空隙率空隙率大大提供氣體通道，阻力小提供氣體通道，阻力小 （3 3） 填料形狀有利于氣液分布及減少阻力填料形狀有利于氣液分布及減少阻力 （4 4） 填料有足夠的機械強度，不易破碎，重填料有足夠的機械強度，不易破碎，重 量輕，耐磨損，耐腐蝕，價廉，濕潤性能好。量輕，耐磨損，耐腐

13、蝕，價廉，濕潤性能好。 32 拉西環(huán)拉西環(huán)(Rasching ring) 最早使用的一種填料，為高徑比相 等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。 優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它 的研究較為充分，所以在過去較長的 時間內(nèi)得到了廣泛的應用。 缺點：高徑比大，堆積時填料間易形 成線接觸，故液體常存在嚴重的溝流 和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面 潤濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。 在拉西環(huán)基礎上衍生了環(huán)、十字環(huán)及 螺旋環(huán)等，其基本改進是在拉西環(huán)內(nèi) 增加一結構，以增大填料的比表面積。 拉西環(huán)拉西環(huán) 環(huán)環(huán) 33 鮑爾環(huán)(pall ring)： 在環(huán)的側(cè)壁上開一層或兩層長方形 小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而 是形

14、成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長 方形小孔位置交錯。 同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同 的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在 其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使 環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。 比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大 的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離 效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。 鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應用十分廣泛。可由陶瓷、 金屬或塑料制成。 34 階梯環(huán)填料（Stair ring） 階梯環(huán)填料的結構與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán) 壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯 45的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一 半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。 這樣的結構使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾 環(huán)的基礎上又有提高，其

15、生產(chǎn)能力可提高 約10%，壓降則可降低25%，且由于填料 間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了 溝流現(xiàn)象。 階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填 料，因此獲得廣泛的應用。 35 弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形(Intalox saddle)填料 一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷 質(zhì)型填料 (馬鞍填料)?；“疤盍显谒?nèi) 呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道。 優(yōu)點：空隙率高，氣體阻力小，液體分 布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。 缺點：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影 響傳質(zhì)速率。 矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小 不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點

16、， 填料的均勻性得到改善。液體分布均勻， 氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目 前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。 36 球型： 球體為空心，氣體和液體從其內(nèi)部經(jīng)過。由于球體 結構的對稱性，填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴 和架橋，故氣液分散性能好。 常采用塑料材質(zhì)。一般用于特定場合，工程上應用 較少。 37 規(guī)整填料 規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。 使用時根據(jù)填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓 筒形在塔內(nèi)砌裝。 優(yōu)點：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體初始分布 均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應，通常 具有很高的傳質(zhì)效率。 缺點：造價

17、較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分 離要求很高的情況。 38 波紋填料： 波紋填料是由許多層波紋薄片組成， 各片高度相同但長短不等，搭配組合 成圓盤狀，填料波紋與水平方向成45 傾角，相鄰兩片反向重疊使其波紋互 相垂直。圓盤填料塊水平放入塔內(nèi)， 相鄰兩圓盤的波紋薄片方向互成90角。 波紋填料因波紋薄片的材料與形狀不同 分成板波紋填料和網(wǎng)波紋填料。 板波紋填料可由陶瓷、塑料、金屬、玻 璃鋼等材料制成。填料的空隙率大，阻 力小，流體通量大、效率高，而且制造 方便、價格低，正向通用化、大型化方 向發(fā)展。 金屬絲網(wǎng)波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料 金屬孔板波紋填料金屬孔板波紋填料 39 格柵填

18、料： 以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成，其結構隨條狀單元體的 形式和組合規(guī)則而變，具有多種結構形式。特點是比表面積 較低，主要用于低壓降、大負荷、防堵的場合。 木格柵填料木格柵填料 格里奇格柵填料格里奇格柵填料 40 四、填料塔與板式塔的比較 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾操作。 工業(yè)上，評價塔設備的性能指標主要有以下幾個方面： 生產(chǎn)能力； 分離效率； 塔壓降； 操作彈性； 結構、制造及造價等。 現(xiàn)就板式塔與填料塔的性能比較如下。 41 填料塔和板式塔的主要對比 42 塔型選擇 塔徑在0.60.7米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。隨著 低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā)，大塔也開始采用各種新型 填料作為傳質(zhì)構件，顯示了明顯的優(yōu)越性。 對于一個具體的分離過