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模块二 塔设备
塔 设 备
项目三 填料塔
填料塔是一种以连续方式进行气、液传质的设备，它结构简单、压力降小、填料种类多、具有良好的耐腐蚀性能，尤其在处理容易产生泡沫的物料和真空操作时，有其独特的优越性。
知识点一 传质机理
填料塔的内部装有一定高度的填料，气体作为连续相自塔底向上穿过填料的间隙流动，而液体从塔顶进入，沿填料表面向下流动，两相在填料层表面上连续逆流接触进行传质、传热。两相的组分沿塔高呈连续变化。是一种连续型的气液传质设备。
知识点二 填料塔的组成
填料塔主要由塔体、填料、喷淋装置、液体再分布器、填料支承结构、支座等组成。
图2-24填料塔的结构简图
知识点三 填料
填料是填料塔气、液接触的元件，因此填料性能的优劣直接决定着填料塔的操作性能和传质效率。
一、生产对填料提出的要求
1、分离效率方面：填料应具有尽可能大的比表面积；应具有优异的几何结构形状；应具有良好的润湿性能。
2、处理能力方面：即填料的空隙率要大。
3、流动阻力方面：即压降小。
4、力学性能方面：填料应具有较高的机械强度。
5、经济性能方面：填料应制造、维修方便，价格低廉。
二、填料的种类
填料的分类方法也很多 。
根据填料的堆放形式，分为散堆填料和规整填料两大类
根据填料的形状，分为实体填料和网体填料
其他：有的填料既可以乱堆又可以整砌。
1、散堆填料
也称为乱堆填料，是具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，在塔内以散堆的方式堆积。
（1）拉西环
拉西环是最早开发的一种填料。它是一个外径和高度相等的空心圆柱体，可用陶瓷、塑料、金属等制成。
图2-25拉西环
拉西环在塔内既可以散堆又可以整砌。为提高抗压能力，通常是下层采用大尺寸的拉西环整砌，上层采用小尺寸的拉西环乱堆。
拉西环的特点：结构简单，成本低。但传质效
率低，阻力大，处理能力小。目前在生产中已
基本被淘汰。
（2）鲍尔环
鲍尔环是在金属或塑料拉西环的壁上开一排或两排矩形孔，孔的叶片一端与壁相连，另一端弯向环心，在中心处相搭，上、下排矩形孔的位置相错。
图2-26 鲍尔环
鲍尔环与拉西环相比，各方面性能均有大
幅度地提高。
（3）阶梯环
阶梯环的一端为高度减半的鲍尔环，另一端为喇叭口形。
图2-27阶梯环
阶梯环的性能比鲍尔环又有了进一步提高 。
（4）金属环矩鞍填料
金属环矩鞍填料综合了开孔环形填料和矩鞍形填料的结构特点，既保留了鲍尔环处理能力大、压降小、比表面大的特点；又继承了弧形面使液体易于分散，均匀成膜的优点，而且强度更高。是一种开敞结构、综合性能较好的新型填料。
图2-28环矩鞍
2、规整填料
也称为结构填料，是由丝网、薄板或栅格等构件制成的具有一定几何形状的单元体，在塔内规则、整齐地排放。它人为规定了气液流路，克服了散堆填料堆放的随机性，改善了沟流、壁流现象，大大改善了填料层内气液两相的分布状况，从而具有更为优越的流体力学性能和传质性能。
丝网波纹填料是由若干平行直立放置的波网片组成，网片的波纹方向与塔轴线成30°或45°，相邻两片波纹方向相反组装在一起，周围用带状丝网圈箍住，构成一个圆柱形的填料盘。
图2-29 丝网波纹填料
安装要求：填料盘的直径略小于塔内径以便于安装，塔内相邻两填料盘呈90°放置，以利于液体重新分布和气液接触。
特点：丝网波纹填料气通量大，传质效率高，压降小，而且放大效应不明显，因此有利于大型塔的使用，特别适合精密精馏和高真空精馏操作。
知识点四 液体喷淋装置
液体喷淋装置是向填料层均匀分配液体，使填料表面能全部润湿的一种装置。其性能如何直接影响到塔内填料表面的有效利用率，进而影响传质效率。喷淋装置通常安装在塔顶填料层表面以上150-300mm处，以便留出足够的空间，让气体受约束地穿过喷淋装置，以提高分离效果。
分类：按结构分为管式、喷头式、盘式、槽式等，
按操作原理分为喷洒型、溢流型、冲击型等。
一、喷洒型
喷洒型喷淋装置是利用管道静压的作用使液体注入塔内。
分类：喷洒型喷淋装置分为单孔式和多孔式。
1、单孔式喷淋装置
单孔式喷淋装置是利用塔顶进料管的出口或缺口直接喷洒料液，这种方法结构简单、但喷淋面积小，且不均匀，只适用于直径小于300mm的塔。
图2-30 单孔式喷淋装置
图2-30 单孔式喷淋装置
2、多孔式喷淋装置
多孔式喷淋装置液体分布均匀但喷淋孔易堵和冲蚀。因此常用在料液清洁且不含固体颗粒的场合。同时管路中还必须设置管道过滤器。
（1）环管式分布器
环管式分布器是在环管的下部开有3-5排孔径为3-8mm的小孔。其结构简单、喷淋均匀度比单管式好，但易堵。按照塔径及液体均布的要求，环管式分布器可分为单环管分布器和多环管分布器。
图2-32 多环管分布器
（2）排管式分布器
排管式分布器由主管和多列支管组成。主管将液体分流给各支管，每根支管上开有1-3排孔径为3-5mm的小孔。
排管式分布器一般为可拆式，以方便制造
和安装。
排管式分布器的特点：是液体分布均匀，但制造安装复杂，易堵，操作弹性小，应用较广。
图2-33 水平引入的排管式分布器
图2-34 垂直引入的排管式分布器
（3）莲蓬头式分布器
莲蓬头是开有许多小孔的球面，小孔呈同心圆分布，且各孔的轴线汇于一点。
图2-35 莲蓬头式分布器
特点：莲蓬头式分布器在液体静压力稳定时，液体分布较均匀，且结构简单，但易堵。
二、溢流型
常用的溢流型喷淋装置有盘式和槽式两种。
1、盘式分布器
盘式分布器料液经进口管到分布盘上，超过降液管堰高时，沿降液管壁呈膜状流下，淋洒至填料层上；气体由分布盘与塔壁之间的间隙或升气孔通过。
图2-36 盘式分布器
特点：降液管的管口通常加工成凹槽或齿形，有时也将管口斜切，目的是减少降液管上缘不水平造成的液流不均匀。
应用：盘式分布器操作稳定，不易堵。适用于气液负荷较小的场合。
2、槽式分布器
槽式分布器由分配槽和若干个喷淋槽组成。液体由进料管注入分配管再流入喷淋槽内实现液体的均匀分布。
图2-37 槽式分布器
特点：分配槽的两侧开有矩形或三角形堰口，各堰口的下缘位于同一水平面上，其下部可储存固体颗粒；上部为敞开结构，易于检修时清理。
应用：槽式分布器结构复杂，制造较难，但安装方便，操作弹性大，液体分布均匀，不易堵，是应用比较广泛的液体分布器。
三、冲击型
冲击型分布器由中心管和反射板组成。液体沿中心管流下，靠液体冲击反射板的反射分散作用来分布液体。
特点：冲击型分布器不易堵，但喷淋半径随液体静压力的变化而变化，因此适合于操作条件比较稳定的场合。
分类：常用的冲击型分布器有反射板分布器和宝塔式分布器。
1、反射板分布器
反射板有平圆板、凸球板、及锥体等形状，其上钻有一些小孔以便液体喷淋到板下的填料的表面上。
图2-38 反射板分布器
2、宝塔式分布器
宝塔型分布器的反射板由几个半径不同的圆锥形反射板分层叠落而成。液体分布比反射板分布器更均匀。
图2-39宝塔式分布器
知识点五 液体再分布器
液体沿填料向下流动时，由于向上的气流速度不均匀，中心气流速度大，靠近塔壁处流速小，使液体逐渐流向塔壁，形成“壁流”现象，使液体沿塔截面分布不均匀，降低了传质效率。随着填料层的增高，“壁流”现象加剧，严重时会使塔中心的填料不能被润湿而形成“干锥”。因此，为提高塔的传质效率，应将填料层分段，段间安装液体再分布器，使液体流经一段距离后在重新均匀分布。
1、分配锥
结构简单，安装方便。但自由截面积减小，易形成死角。
2、具有通孔的分配锥
增大了自由截面积，但结构较复杂。
分配锥
具有通孔的分配锥
3、槽形分配锥
结构简单，具有较大的自由截面积，可用于较大直径的塔。
槽形分配锥
4、改进分配锥
结构复杂，自由截面积大，无死角，不易堵。
图2-40 改进分配锥
改进分配锥
知识点六 填料的支承装置
填料支承装置不仅要支承填料及其所持液体的全部重量，而且还要使气、液两相能顺利通过。因此填料支承装置不仅要有足够的强度和刚度，还要有足够的自由截面积，同时制造、安装、维修要方便。
分类：常用的填料支承装置有栅板、格栅板、驼峰板式。
1、栅板
栅板由扁钢圈和若干根相互平行的扁钢条焊成。
图2-41 栅板
特点：栅板结构简单，强度较大，但自由截面积较小，分块组装时易卡嵌。
2、格栅板
格栅板由格条、栅条及边圈组成。栅条间距一般为100-200mm，格条间距一般300-400mm。格栅板适用于规整填料的支承。
图2-42格栅板
应用：格栅板适用于规整填料的支承。
3、驼峰板
驼峰板属于梁式气体喷射式支承装置。驼峰板由开有长圆形孔的金属平板冲压为波形而成。上升的气体从侧面的小孔喷出，下降的液体从底部的小孔流下，气液两相在驼峰板上分道逆流。
驼峰板的特点：强度、刚度大，自由截面积大，压降小，是目前用于散装填料的性能最优、应用最广的大型支承装置。
图2-43驼峰板
小结
塔设备作为一种常见的传质、传热设备，已成为现代石油和化工生产中最重要和最关键的设备之一，要求掌握板式塔和填料塔的总体结构、传质机理，主要部件的类型、结构、特点及其应用场合。

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