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填料塔的原理和結(jié)構(gòu)介紹

填料塔的原理和結(jié)構(gòu)介紹
 
填料塔是一種塔式設(shè)備。塔內(nèi)填充有適當(dāng)高度的填料,以增加兩種流體之間的接觸面。例如,當(dāng)應(yīng)用于氣體吸收時,液體從塔的上部通過分配器進(jìn)入,并沿著填料表面下降。氣體從塔的下部通過填料孔向上游流動,并與液體緊密接觸。結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便。廣泛用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。
 
一、填料塔結(jié)構(gòu)
 
◆填料層:提供氣液接觸的場所。
 
◆液體分布器:均勻分布液體,避免竄流。
 
◆液體再分布器:避免壁流。
 
◆支撐板:支撐填料層,使氣體均勻分布。
 
◆除霧器:防止塔***氣體出口夾帶液體。
 
氣體從塔的底部進(jìn)料,通過氣體分配裝置分配(小直徑塔通常沒有氣體分配裝置),并與液體逆流連續(xù)通過填料層的間隙。在填料表面,氣體和液體緊密接觸進(jìn)行傳質(zhì)。
 
填料塔屬于連續(xù)接觸氣液傳質(zhì)設(shè)備。兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。在正常操作條件下,氣相是連續(xù)相,液相是分散相。
 
二、填料塔附件
 
填料塔的附件包括填料支撐裝置、液體分布裝置、液體再分布裝置、消泡裝置和填料壓緊裝置。
 
(1)填料支撐裝置
 
主要目的是支撐塔內(nèi)的填料,確保氣相和液相的順利通過。如果設(shè)計不當(dāng),填料塔的溢流可能***先發(fā)生在填料支撐裝置上。
 
填料支撐裝置的要求:
 
◆對于普通填料,支撐裝置的自由截面積應(yīng)不小于整個塔面積的50%,并***于填料層的自由截面積;
填料塔
◆足夠的機械強度和剛度;
 
◆結(jié)構(gòu)要合理,有利于氣液相均勻分布,阻力小,拆裝方便。
 
(2)液體分配裝置
 
填料塔內(nèi)液體的均勻分布可以增加填料的潤濕表面積。所以液體的初始分布非常重要。
 
常用的液體分布裝置有:淋浴式、盤式、齒槽式和多孔環(huán)形管分布器等。
 
液體分布器的性能主要由液體分布點的密度(即單位面積上液體分布點的數(shù)量)、液體分布點的均勻性以及各液體分布點上液體組成的均勻性決定。液體分布器的設(shè)計主要決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。
 
對于液體分布器的選擇和設(shè)計,一般要求是:液體分布均勻;自由截面比較***;操作靈活性***;不易堵塞,不易造成夾帶和起泡等;它可以由各種材料制成,操作安裝方便,水平調(diào)節(jié)容易。
 
(3)液體細(xì)分裝置
 
液體再分配裝置的作用是減少壁流現(xiàn)象。
 
壁流現(xiàn)象:混雜填料層中的液體逐漸流向塔壁的現(xiàn)象。
 
液體再分配裝置以規(guī)則的間隔布置在填料層中。
 
常用的液體細(xì)分裝置有:錐形、槽形、上升形等。
 
在正常情況下,液體收集器和液體分配器通常同時使用,以形成液體收集和再分配裝置。液體收集器的作用是收集從上部填料流下的液體,然后將其送到液體分配器進(jìn)行液體再分配。
 
(4)消泡裝置
 
當(dāng)塔內(nèi)操作氣速較高或液體泡沫夾帶嚴(yán)重時,可在液體分布器上方設(shè)置消泡裝置,主要用于去除出口氣流中的液滴。
 
由于氣體帶著***量的液體泡沫和霧滴離開塔***的填料塔,為了回收這部分液相,往往需要在塔***設(shè)置除霧器。
 
常用的除霧器有以下幾種:
 
擋板除霧器是一種利用慣性分離液滴的裝置,一般用于小型塔中。
 
旋流板除霧器由多個固定旋流板組成。當(dāng)氣體通過時,它會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,從而產(chǎn)生離心力場。在離心力的作用下,液滴向塔壁移動,實現(xiàn)氣液分離。適用于對***塔徑凈化要求高的場合。
 
絲網(wǎng)除霧器,是將金屬絲纏繞成高度為100-150的圓盤使用。安裝方法多種多樣。氣體通過除霧器的壓降約為120-250千帕。絲網(wǎng)除霧器的直徑由通過絲網(wǎng)的氣體的***空氣速度決定。
 
(5)填料壓緊裝置
 
安裝在填料層的上端。作用是保持填料層作為一個高度固定的床層,以保持均勻的間隙結(jié)構(gòu),使運行正常穩(wěn)定,防止填料層在高壓降和瞬時負(fù)荷波動的情況下松動或跳躍。
 
分為:
 
填料壓板:自由放置在填料上端,靠自身重量壓緊填料。適用于陶瓷和石墨的散裝填料。其作用是在氣體速度(高壓降)和載荷突然波動時,防止填料的相對運動,從而避免填料的松動和損壞。
 
由于填料易碎,當(dāng)填料在床層的空隙間沉積碎屑,使填料層的孔隙率降低時,填料壓板會隨填料層一起落下,壓緊填料而不松動填料,降低填料塔的生產(chǎn)能力和分離效率。
 
床限位板:固定在填料上端。
 
三、填料塔的運行方式
 
填料塔的運行是基于物料平衡、熱平衡、相平衡和填料塔的性能。通過控制系統(tǒng)建立和調(diào)整填料塔的操作條件,使填料塔滿足分離要求。
 
(1)填料塔的運行方式:
 
液體通過液體分布器從塔***噴到填料上,沿填料表面向下流動;氣體從塔底送出,由氣體分配裝置分配,與液體逆流連續(xù)通過填料層間隙;填料表面采用氣液兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)。
 
⑵填料塔的運行***點:
 
填料塔屬于微分接觸氣液傳質(zhì)設(shè)備,兩相組成沿塔高連續(xù)變化;在正常操作條件下,氣相是連續(xù)相,液相是分散相。
 
四、氣液兩相流體動力學(xué)***性
 
填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料床持液率、填料床壓降、液泛等。
 
(1)填料層的持液量
 
在一定的操作條件下,由于液膜與填料表面的摩擦和氣體的上升,一些液體停留在填料表面及其間隙上。
 
定義:單位體積內(nèi)堆積在填料層中的液體體積,表示為(m3液體)/(m3填料)。
 
持液率的影響:一般來說,適當(dāng)?shù)某忠郝视欣谔盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì),可以提供較***的氣液接觸面積;但是,如果持液率太***,填料層的間隙和氣體流動的橫截面將減小,這將增加壓降并降低處理能力。
 
結(jié)論:持液率不宜過小或過***。
 
(2)填料層壓降
 
原因:操作過程中,塔***噴出的液體靠重力在填料表面成膜向下流動,上升氣體與下降液膜之間的摩擦阻力形成填料層的壓降。
 
影響因素:壓降與噴液量和氣速有關(guān):在一定的氣速下,噴液量越***,壓降越***;在一定的噴液量下,氣體流速越***,壓降越***。