化工原理第11章气液传质设备PPT.ppt

填料塔（Packed Tower） 填料塔（Packed Tower） 一种重要的气液传质设备，广泛应用于吸收、蒸馏等分离过程。 主要结构： 塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。 塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。 操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互接触，发生传热和传质。 7 6 5 3 4 2 1 液体 气体 8 填料（Tower packing） 填料（Tower packing） 填料是填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。 填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有： 比表面积 a：单位体积填料层所具有的表面积（m2/m3）。在填料塔中被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的 a 和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小， a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ?：单位体积填料所具有的空隙体积（m3/m3）。代表的是气液两相流 动的通道， ? 大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。 ? = 0.45~0.95。 堆积密度 ?p ：单位体积填料的质量（kg/m3）。在机械强度允许的条件下，填料的壁要尽量减薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。 机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。 注意：一些难以定量表达的因素（几何形状）对填料的流体力学和传质性能也有重要的影响。新型填料的开发一般是由改进填料几何形状入手使之更为合理，从而获得高的填料效率。 常用的填料（Typical tower packing） 常用的填料（Typical tower packing） 常用的填料可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌。 拉西环（Raschig ring）填料 优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。 缺点：由于高径比大，堆积时填料间易形成线接触，因此液体在填料层流动时，常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低，因而传质速率也不高。 拉西环（Raschig ring）填料 工业上最早使用的一种填料，其形状为高径比相等的空心圆环，可由陶瓷和金属等材料制成。 在拉西环基础上衍生了θ环、十字环及螺旋环等，其基本改进是在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。 实践表明这类填料其总体性能和拉西环相比并没有显著的改善，因此一般很少使用。 鲍尔环（Pall ring）填料 鲍尔环（Pall ring）填料 在拉西环的基础上发展起来的鲍尔环是在的侧壁上开一层或两层长方形小孔，小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。上下两层长方形小孔位置交错。 鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视，应用十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。 同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。 比之拉西环，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。 阶梯环填料（Stair ring） 这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。 阶梯环填料（Stair ring） 阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错 45°的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。 阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。 弧鞍形（Berl saddle）矩鞍形（Intalox saddle）填料 弧鞍形（Berl saddle）矩鞍形（Intalox saddle）填料 弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料，又称马鞍填料。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道， 优点：与拉西环相比，空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，因此其填料性能优于拉西环。 矩鞍是在弧鞍基础上发展起来的一种结构不对称的鞍形填料。矩鞍填料的两端为矩形，且填料的两面大小不等。这样的结构使矩鞍克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。因而使液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。 缺点：相邻填料易发生互套叠现象，使填料有效表面降低，从而影响传质速率