青海大学吸收课件第二章(填料塔)(自学内容)讲述.ppt

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青海大学吸收课件第二章(填料塔)(自学内容)讲述

第五节 填料塔 一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件 第二章 吸 收 填料塔简介 (1)填料塔最初出现在十九世纪中叶,在1881年用于蒸馏操作,二十世纪初被引入到炼油工业。 (2)填料塔是最常用的气液传质设备之一,它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。 一、填料塔的结构及填料性能 填料塔的结构 填料吸收塔远景图 2、填料塔的操作 (1)填料塔的操作方式 ①液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下; ②气体从塔底送入,经气体分布装置分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙; ③在填料表面上,气液两相接触进行传质。 (2)填料塔的操作特点 ①填料塔属于微分接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化; ②在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。 3、填料的作用 填料在填料塔操作中起着重要作用。主要为: (1)液体润湿填料表面便增大了气液接触面积; (2)延长了气液两相接触的时间; (3)填料层的多孔性不仅促使气流均匀分布,而且促进了气相的湍动。增大了传质过程的总传质系数。 【制造填料的材料】碳钢、不锈钢、陶瓷、高分子材料(如塑料)等。 4、填料类型 (1)散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。 散装填料根据结构特点不同,可分为: 拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形 矩鞍形 金属环矩鞍形 球形 (2)规整填料 【定义】按一定的几何构形排列,整齐堆砌的填料。 规整填料种类很多,据其几何结构,主要有: 格栅填料 波纹填料 脉冲填料 ①拉西环(Rasching ring) 【结构特点】外径与高度相等的圆环。 拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明。 金属拉西环 塑料拉西环 (1)拉西环是最早使用的人造填料(此前的填料为碎石、砖块、焦炭等),制造容易,曾得到极为广泛的应用。 (2)大量的工业实践表明,拉西环由于高径比太大,堆积时相邻之间容易形成线接触,填料层的均匀性差。因此,拉西环填料层中的液体存在着严重的壁流和沟流现象。 (3)目前,拉西环填料在工业上的应用日趋减少。 【拉西环的性能特点】 线接触 【沟流和壁流现象】 【沟流】液体的偏流称为“沟流”(channeling)。产生沟流的原因可从两方面考虑: (1)因操作时液体并不能全部润湿填料表面,于是,液体只沿润湿表面流下,形成沟流。 (2)因为每个填料与相邻填料都有若干个接触点,该填料自某些接触点得到液体,又从某些接触点流走液体。液体来去之间总优先“走近路”。可见,即使填料表面全部润湿,仍存在液流不均匀问题。 【壁流】液体有朝塔壁汇集的趋向,即存在“塔壁效应”。液体自一个填料流至下一个填料的过程中,液体通过填料与塔壁的接触点流至塔壁后,即顺塔壁流下,基本上不再返回填料层中。 液体流过一段填料层后,填料层中心部位液流量明显减小,甚至出现干填料区。 【沟流和壁流的影响】填料塔操作时存在着气、液相在塔横截面上分布不均匀,其结果必减少气、液接触机会,影响传质效果。 【改进原因】当拉西环在塔内是直立状时,填料内、外表面都是气、液传质表面,且气流阻力小,但当其横卧或呈倾斜状时填料部分内表面不仅不能成为有效的气液传质区,而且使气流阻力增大。填料间的线接触会阻碍气、液流过。 【改进方法】 “截短” 拉西环,即高径比为0.5的短管。这种填料保留了原来拉西环的优点,性能稍优于拉西环,但应用并不普遍。 拉西环的改进——“截短”型拉西环 ②鲍尔环(Pall ring) 1948年出现的鲍尔环是对拉西环作出重大改进的一种填料。 【结构特点】在侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶。 金属鲍尔环 陶瓷鲍尔环 【鲍尔环的性能特点】 不论填料在塔内置于什么方位,流体均可通过填料,从而使填料内、外壁面均成为有效传质区域。与拉西环相比,鲍尔环的气体通量可增加50%以上,传质效率提高30%左右。 ③阶梯环(cascade mini rings) 【结构特点】阶梯环是对鲍尔环的改进,与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。 陶瓷阶梯环 【锥形翻边的作用】 (1)增加了填料的机械强度; (2)而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,增加了填料间的空隙,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。 【性能特点】(1)由于高径比

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