四氟填料 四氟鮑爾環(huán) 塔器填料.ppt

1、編輯人：嚴(yán)振蘇天氟隆防腐設(shè)備,成功其實(shí) 很 簡(jiǎn) 單 ！,聚四氟乙烯（PTFE）簡(jiǎn)介,1938年美國(guó)科學(xué)家R.SPLunket在研究氟利昂制冷劑的時(shí)合成的。 氟原子的半徑在0.064nm 聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)在0.04-0。1之間。表面張力在0,019N/m，擊穿電壓在25-40KV/MM,PTFE在19和327的時(shí)候分子力變的不規(guī)范，這一時(shí)期加工時(shí)溫度需要緩慢加熱，以免開(kāi)裂。327為其的熔點(diǎn)。,PTFE吸水率極低，一般在0.001%-4.005%之間。 要使PTFE的表面改性，可以通過(guò)以下3種方式： 1，采用高能射線的輻射使PTFE表面脫氧，與其他材料氟化接枝。 2，

2、使用惰性氣體的低溫等離子處理PTFE材料，發(fā)生碳氟或者碳碳鍵的斷裂，生成大量自由基以增加PTFE表面自由能。 3，使用試劑進(jìn)行表面處理，,填料塔（Packed Tower）,主要結(jié)構(gòu)： 塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。 填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場(chǎng)所。 塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。 操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。,填料（Tower packing）,填料性能

3、與填料幾何形狀緊密相關(guān)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有： 比表面積 a：?jiǎn)挝惑w積填料層所具有的表面積（m2/m3）。大的 a 和良好的潤(rùn)濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對(duì)同種填料，填料尺寸越小， a 越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。 空隙率 ：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的空隙體積（m3/m3）。代表的是氣液兩相流動(dòng)的通道， 大，氣液通過(guò)的能力大， = 0.450.95。 堆積密度 p ：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量（kg/m3）。填料的壁要盡量減薄，以降低成本又可增加空隙率。 其他：機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉。 常用填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩類。散裝填料可亂堆，也可以整砌。,優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它

4、的研究較為充分，所以在過(guò)去較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：由于高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動(dòng)時(shí)，常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤(rùn)濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。,拉西環(huán)（Raschig ring）填料,在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。,鮑爾環(huán)（Pall ring）填料,在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的鮑爾環(huán)是在的側(cè)壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。,鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾?、金屬或塑料制成。,同尺寸的鮑爾環(huán)與拉

5、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)內(nèi)壁面充分利用。 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。,我公司主打產(chǎn)品四氟填料,聚四氟乙烯管材（擠出管）,襯氟管道及設(shè)備,這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。,階梯環(huán)填料（Stair ring）,階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開(kāi)有長(zhǎng)方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 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。,階梯環(huán)一般由

6、塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。,弧鞍形（Berl saddle）矩鞍形（Intalox saddle）填料,弧鞍是較早開(kāi)發(fā)的一種表面全部展開(kāi)的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料，又稱馬鞍填料?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道，,優(yōu)點(diǎn)：與拉西環(huán)相比，空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，性能優(yōu)于拉西環(huán)。,矩鞍是在弧鞍基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的鞍形填料。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料的兩面大小不等。這樣的結(jié)構(gòu)使矩鞍克服了弧鞍填料相互重疊的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。因而使液體分布均勻，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。

7、,缺點(diǎn)：相鄰填料易發(fā)生互套疊現(xiàn)象，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率，因此弧鞍填料很快就被矩鞍填料所取代。,優(yōu)點(diǎn)：因網(wǎng)絲細(xì)密，填料的空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤(rùn)濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。 缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。,金屬英特洛克斯（Intalox）填料,將環(huán)形結(jié)構(gòu)與鞍形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)集于一體而形成的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的填料，具有生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能，因而獲得廣泛應(yīng)用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢(shì)更為顯著。,上述幾種形式的填料屬實(shí)體填料，與之對(duì)應(yīng)的另一類金屬絲網(wǎng)制成的填料稱為網(wǎng)體填料。網(wǎng)體填料也有多種

8、形式，如網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。,網(wǎng)體填料（Wire gauze packings）,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(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)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(diǎn)：空隙大，故生產(chǎn)能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以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(wú)放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。 缺點(diǎn)：造價(jià)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。,規(guī)整填料,Corrugated Metal Plates Packings 6400金屬板波紋規(guī)整填料, 300脈沖規(guī)整填料,各種陶瓷規(guī)整填料,當(dāng)填料

9、層有一定持液量時(shí)， pu 關(guān)系將不再為簡(jiǎn)單的直線關(guān)系（噴淋密度為L(zhǎng)1、L2曲線），且存在兩個(gè)較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。,填料的流體力學(xué)性能,壓降,壓降與氣速的關(guān)系：,載液區(qū),高液量,低液量,C,C,B,B,A,A,L=0,L1,L2,lg u,lg p,氣體通過(guò)干填料層（L=0）壓降 p 與空塔氣速 u 的關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上是一直線，斜率在1.82.0之間。,原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了氣體的流通截面，對(duì)相同空塔氣速壓降升高。,載點(diǎn)氣速,液泛氣速,氣速增至P點(diǎn)后，隨氣速增大，液沫夾帶量增大，由此引起的液相返混可導(dǎo)致填料效率降低，使等板高度HETP又開(kāi)始上升。,氣速增大到載點(diǎn)后，持

10、液量開(kāi)始增加，氣液相互作用增強(qiáng)，兩相界面面積增大，湍動(dòng)增強(qiáng)，使傳質(zhì)過(guò)程得到強(qiáng)化，因而填料效率提高（HETP 減?。?載液和液泛對(duì)傳質(zhì)的影響：,壓降,氣速較低時(shí)，氣液兩相間相互影響小，在一定的液體噴淋密度下，填料持液量與氣速無(wú)關(guān)，氣體壓降與氣速的關(guān)系為直線且基本與 L=0 的直線平行。,P,B,泛點(diǎn)C,載液區(qū),空塔氣速 u,等板高度HETP,填料塔的操作一般控制在偏離泛點(diǎn)一定距離的載液區(qū)內(nèi)，這樣，既可得到較高的傳質(zhì)效率，填料層的壓降也不會(huì)過(guò)大。,壓降,壓降與氣速的關(guān)聯(lián)圖：填料的壓降對(duì)填料塔操作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響。易起泡吸收系統(tǒng)和真空蒸餾系統(tǒng)允許的壓降更低，應(yīng)選擇低壓降填料和較低操

11、作氣速。,氣體通過(guò)填料層所產(chǎn)生的壓降由表面摩擦阻力和形體阻力兩部分構(gòu)成，表面摩擦阻力是氣體在空隙中流動(dòng)時(shí)在填料表面和氣液界面上產(chǎn)生的粘性應(yīng)力，形體阻力是由于氣體流道的突然增大或縮小，以及方向的改變等造成的動(dòng)能損失。 填料特性（幾何形狀、比表面積、空隙率等），流體物性（如粘度、表面張力等）以及操作條件（氣液兩相流量、溫度等）對(duì)壓降均有影響，故難以進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算，迄今仍然只能由各種經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行估算。 散裝填料目前應(yīng)用最廣的是?？颂兀‥ckert）壓降通用關(guān)聯(lián)圖,埃克特（Eckert）壓降通用關(guān)聯(lián)圖,橫坐標(biāo)：,其中： GG ,GL 氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/(m2.s)； u 空塔氣

12、速，m/s； V , L 氣體和液體的密度，kg/m3； L 液體的粘度，mPa.s； WG ,WL 氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/s； 填料因子，1/m； Vs ,Ls 氣體和液體的體積流量，m3/s； g 重力加速度 9.81m/s2； 液體密度校正系數(shù)（水與液相密度之比=/L ） 。,縱坐標(biāo)為：,?？颂兀‥ckert）壓降通用關(guān)聯(lián)圖,適用范圍：各種亂堆填料如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)。 與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的空塔氣速為空塔液泛氣速。 利用此圖可根據(jù)選定的空塔氣速求壓降，或根據(jù)規(guī)定的壓降求算相應(yīng)的空塔氣速。,最上方的三條線分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線。其余為亂堆填料的等壓降線。,泛點(diǎn)氣速,

13、泛點(diǎn)氣速：開(kāi)始發(fā)生液泛時(shí)的氣速。,設(shè)計(jì)氣速取泛點(diǎn)氣速的50%80%。 填料的種類，物系的物性以及氣液相負(fù)荷等對(duì)泛點(diǎn)有影響。 采用?？颂兀‥ckert）壓降和氣速通用關(guān)聯(lián)圖求泛點(diǎn)曲線。 根據(jù)兩相流動(dòng)參數(shù)由關(guān)聯(lián)圖泛點(diǎn)線查得縱坐標(biāo)，繼而求泛點(diǎn)氣速。,若塔壁附近空隙率顯著大于填料主體區(qū)，則會(huì)造成液體向壁區(qū)偏流, 造成氣體走短路，使填料塔操作惡化。 改進(jìn)措施：加強(qiáng)液流入塔初始分布均勻性，在塔內(nèi)設(shè)置液體再分布器，以避免壁效應(yīng)等。,壁效應(yīng)：,填料塔塔徑與塔高的計(jì)算,塔徑,填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算,u 操作條件下的空塔氣速，m/s。一般取 u = (0.50.8) uf 。一般填料塔的操作氣

14、速大致在 0.21.0 m/s。,按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為600、800、1000、1200 mm 等。,塔徑,塔內(nèi)液體噴淋密度驗(yàn)算，為確保填料充分潤(rùn)濕。液體最小噴淋密度與填料比表面積 a 有關(guān)，其關(guān)系為：,式中：Umin 最小噴淋密度，m3/(m2s)； (Lw)min 最小潤(rùn)濕速率，m3/(ms)。,最小潤(rùn)濕速率： 塔橫截面上單位長(zhǎng)度填料周邊潤(rùn)濕填料所需最少液體體積。 直徑75mm 的環(huán)形填料，應(yīng)取 (Lw)min= 0.12 m3/(mh)。 填料塔內(nèi)的實(shí)際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若不能滿足，可采用增大回流比或液體再循環(huán)塔內(nèi)液體流量，或提高氣速，減小塔徑等。,塔高,塔高取決于所需的填料層高度及塔內(nèi)附屬構(gòu)件所需的高度。 填料層高度采用傳質(zhì)單元法或等板高度法進(jìn)行計(jì)算。 附屬構(gòu)件高度要由所選的類型和計(jì)算的尺寸來(lái)確定。 若完成一定分離任務(wù)所需的理論板數(shù)為 N，則填料層高度 Z 為,默奇（Murch）等板高度經(jīng)驗(yàn)公式,式中： GG 氣體的空塔質(zhì)量速度，kg/(m2h)； 相對(duì)揮發(fā)度； D 塔徑，m； 液體的粘度，mPas； Z 填料層高