第八章 蒸馏和吸收塔设备.ppt

第八章第八章 蒸馏和吸收塔设备蒸馏和吸收塔设备概述概述塔器塔器：高径比很大的设备；：高径比很大的设备；常采用的常采用的气液传输设备气液传输设备：蒸馏塔和吸收塔蒸馏塔和吸收塔；1.塔设备的基本功能和性能评价指标塔设备的基本功能和性能评价指标1）塔设备应满足的）塔设备应满足的基本原则基本原则：使气液两相充分接触，适当湍动，接触后两相及时完善使气液两相充分接触，适当湍动，接触后两相及时完善分离；分离；气液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质气液两相具有最大限度的接近逆流，以提供最大的传质推动力。推动力。塔设备性能的塔设备性能的评价指标评价指标：（1）通量通量单位塔面积的生产能力，表征塔设备的处单位塔面积的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速；理能力和允许空塔气速；（2）分离效率分离效率单位压降塔德分离效果，对板式塔以单位压降塔德分离效果，对板式塔以板效率表示，对填料塔以等板高度表示；板效率表示，对填料塔以等板高度表示；（3）适应能力适应能力操作弹性，对物料的适应性及对负荷操作弹性，对物料的适应性及对负荷波动的适应性。波动的适应性。增强湍动程度良好的接触机会完全分离增大相界面面积操作便利、稳定运转周期长能量消耗小结构简单、紧凑传质要求2.塔设备的类型塔设备的类型根据气液接触构件的结构形式根据气液接触构件的结构形式:板式塔板式塔：气相为分散相，液相为连续相，气相组成：气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化；呈阶梯变化；填料塔填料塔：气相为连续相，液相为分散相，气相组成：气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化。呈连续变化。根据气液接触方式：根据气液接触方式：逐级接触式逐级接触式（板式塔）；（板式塔）；微分（连续）接触式微分（连续）接触式（填料塔）（填料塔）31 板式塔板式塔气液气液流动流动方式方式不同不同塔板上气液两相错流流动，整个塔塔板上气液两相错流流动，整个塔呈逆流流动。呈逆流流动。有降液管；塔板上存在液面落差；有降液管；塔板上存在液面落差；广泛用于蒸馏、吸收操作。广泛用于蒸馏、吸收操作。逆流塔板逆流塔板错流塔板错流塔板逆流塔板（穿流板）；不设降液管；逆流塔板（穿流板）；不设降液管；气液两相同时通过孔道逆向流过；栅气液两相同时通过孔道逆向流过；栅板、淋降筛板；需要较高气速，应用板、淋降筛板；需要较高气速，应用较少。较少。板式塔板式塔的的设计意图设计意图 每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触接触；为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，以减小传质阻力；以减小传质阻力；在塔内应尽量使气液两相呈在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动逆流流动，以提供较大，以提供较大的传质推动力。的传质推动力。一、板式塔的结构一、板式塔的结构逐级接触式气液传质设备逐级接触式气液传质设备（圆（圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件）。液管及受液盘等部件）。板式塔的空塔速度较高（生产板式塔的空塔速度较高（生产能力较大），塔板效率稳定，能力较大），塔板效率稳定，操作弹性大，造价低，检修、操作弹性大，造价低，检修、清洗方便，工业上应用广泛。清洗方便，工业上应用广泛。二、二、塔板的类型塔板的类型降液管式塔板降液管式塔板（溢流式塔板或错流式塔板）（溢流式塔板或错流式塔板）u泡罩塔板泡罩塔板u筛孔塔板筛孔塔板u浮阀塔板浮阀塔板u喷射型塔板喷射型塔板 1泡罩塔板泡罩塔板优点优点：不易漏液，操作弹性较大，塔板不易堵塞；：不易漏液，操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺缺点点：结结构构复复杂杂、造造价价高高，板板上上液液层层厚厚，塔塔板板压压降降大大，生生产能力及板效率较低。产能力及板效率较低。已逐渐被筛板、浮阀塔板取代，新建塔设备中已很少采用已逐渐被筛板、浮阀塔板取代，新建塔设备中已很少采用升气管泡罩2筛孔塔板筛孔塔板结构结构：筛板；筛板；均匀的小孔；正三角形排列均匀的小孔；正三角形排列；溢流堰；溢流堰 优优点点：结结构构简简单单、造造价价低低，板板上上液液面面落落差差小小，气气体体压压降降低低，生产能力大，传质效率高。生产能力大，传质效率高。缺点：缺点：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。小股气流小股气流鼓泡通过液层鼓泡通过液层 近年来，由于设计和控近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，筛板塔的操作非常精确，故应用日趋广泛。故应用日趋广泛。筛孔塔板即筛板出现较早（筛孔塔板即筛板出现较早（1830年），是结构最年），是结构最简单的一种板型。简单的一种板型。3浮阀塔板浮阀塔板结构结构：大孔；阀片；阀腿；定距片大孔；阀片；阀腿；定距片优优点点：结结构构简简单单、造造价价低低，生生产产能能力力大大，操操作作弹弹性性大大，塔塔板效率较高。板效率较高。缺缺点点：处处理理易易结结焦焦、高高粘粘度度的的物物料料时时，阀阀片片易易与与塔塔板板粘粘结结；有有时时会会发发生生阀阀片片脱脱落落或或卡卡死死等等现现象象，使使塔塔板板效效率率和操作弹性下降。和操作弹性下降。三种塔板的比较 筛板筛板 浮阀浮阀 泡罩泡罩压压 降降 生产能力生产能力泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板筛板造造 价价泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板筛板操作弹性操作弹性浮阀浮阀 泡罩泡罩 筛板筛板板效率板效率浮阀、筛板相当浮阀、筛板相当 泡罩泡罩 泡罩塔板；筛孔塔板；浮阀塔板泡罩塔板；筛孔塔板；浮阀塔板上上述述几几种种塔塔板板，气气体体是是以以鼓鼓泡泡或或泡泡沫沫状状态态和和液液体体接接触触，当当气气体体垂垂直直向向上上穿穿过过液液层层时时，使使分分散散形形成成的的液液滴滴或或泡泡沫沫具具有有一一定定向向上上的的初初速速度度。若若气气速速过过高高，会会造造成成较较为为严严重重的的液液沫沫夹夹带带，使使塔塔板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。为为克克服服这这一一缺缺点点，开开发发出出斜斜向向喷喷射射的的喷喷射射型型塔塔板板。(1)舌型塔板舌型塔板 结构结构：舌孔舌孔；小角度夹角；正三角形排列；小角度夹角；正三角形排列；不设溢流堰；不设溢流堰 优点优点：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点缺点：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。（2）浮舌塔板浮舌塔板结构：结构：舌片可上下浮动舌片可上下浮动；兼有浮阀塔板和固定舌型塔板；兼有浮阀塔板和固定舌型塔板 具具有有处处理理能能力力大大、压压降降低低、操操作作弹弹性性大大等等优优点点，特特别别适适宜宜于于热敏性物系的减压分离过程。热敏性物系的减压分离过程。三、板式塔的流体力学性能三、板式塔的流体力学性能气液两相的传热和传质与其在塔板上的流动状况密切相关，气液两相的传热和传质与其在塔板上的流动状况密切相关，板式塔内气液两相的板式塔内气液两相的流动状况流动状况即为板式塔的即为板式塔的流体力学性能流体力学性能。1 1塔板上气液两相的塔板上气液两相的接触状接触状态态塔板上气液两相的接触状塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要学及传质和传热规律的重要因素。因素。鼓泡接触状态鼓泡接触状态蜂窝状接触状态蜂窝状接触状态泡沫状接触状态泡沫状接触状态喷射接触状态喷射接触状态气气速速提提高高（1）鼓泡接触状态鼓泡接触状态当当气速较低气速较低时，气体以时，气体以鼓泡形式鼓泡形式通过液层。由于气泡的通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主以液体为主，气液，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。两相接触的表面积不大，传质效率很低。鼓泡接触状态鼓泡接触状态稳定的气泡表面稳定的气泡表面（2）蜂窝状接触蜂窝状接触状态状态当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积累积。形成各种多面体的。形成各种多面体的大气泡大气泡，板上为，板上为以气体为主以气体为主的气的气液混合物。液混合物。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。于传热和传质。（3）泡沫接触状态泡沫接触状态气速气速继续增加继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和碰撞和破裂破裂，此时板上液体大部分以，此时板上液体大部分以液膜液膜的形式存在于气泡之的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫动态泡沫，在，在板上只能看到较薄的一层液体。板上只能看到较薄的一层液体。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。（4）喷射接触状态喷射接触状态气速气速继续增加继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的成大小不等的液滴液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带液沫夹带。此时。此时塔板上的塔板上的气体为连续相，液体为分散相气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积两相传质的面积是液滴的外表面。是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传集，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。质与传热进行，也是一种较好的接触状态。喷射接触状态喷射接触状态更新的液滴表面更新的液滴表面泡沫接触状态泡沫接触状态和和喷射状态喷射状态均是均是优良优良的塔板接触状的塔板接触状态。态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。结论结论2气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降（塔板的总压降）包括：气体通过塔板的压降（塔板的总压降）包括：塔板的干板塔板的干板阻力阻力（板上各部件所造成的局部阻力），（板上各部件所造成的局部阻力），板上充气液层的板上充气液层的静压力及液体的表面张力静压力及液体的表面张力。塔板压降增大对塔板压降增大对板式塔操作特性板式塔操作特性影响影响气液两相的接触时间随之延长，板效气液两相的接触时间随之延长，板效率升高，完成同样的分离任务所需实际率升高，完成同样的分离任务所需实际塔板数减少，设备费降低塔板数减少，设备费降低 塔釜温度随之升高，能耗增加，操作塔釜温度随之升高，能耗增加，操作费增大，若分离热敏性物系时易造成物费增大，若分离热敏性物系时易造成物料的分解或结焦料的分解或结焦 综合考虑，在保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，综合考虑，在保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。以降低能耗和改善塔的操作。3塔板上的液面落差塔板上的液面落差 克服板面上的摩擦阻力、障碍物的形体阻力和气流阻力的液位差 液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上部件液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需要一定的液位差，则在（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到离开板面的板上形成由液体进入板面到离开板面的液面落差液面落差。液面落差将导致气流分布不均，从而造成液面落差将导致气流分布不均，从而造成漏液现象漏液现象，使塔，使塔板的效率下降。因此，在塔板设计中应尽量减小液面落差。板的效率下降。因此，在塔板设计中应尽量减小液面落差。4塔板上的塔板上的异常操作现象异常操作现象 使塔板效率降低甚至使操作无法进行的重要因素，应尽使塔板效率降低甚至使操作无法进行的重要因素，应尽量避免这些异常操作现象的出现。量避免这些异常操作现象的出现。液泛液泛液沫夹带液沫夹带漏液漏液异常操异常操作现象作现象（1）漏液（Weeping）当气体孔速过小或气体分布不均匀时，当气体孔速过小或气体分布不均匀时，气体通过升气孔道的气体通过升气孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时动压不足以阻止板上液体经孔道流下时 ，从而造成液体，从而造成液体短路短路，大量液体由筛孔漏下。大量液体由筛孔漏下。产生原因：气量过小或产生原因：气量过小或液面落差所引起的气流分布不均匀液面落差所引起的气流分布不均匀 泄漏发生，塔板效率严重下降，正常操作时，泄漏应不大于液体流量的10%。后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。（2）液沫夹带液沫夹带定定义义：上上升升气气流流穿穿过过塔塔板板上上液液层层时时，必必然然将将部部分分液液体体分分散散成成微微小小液液滴滴，气气体体夹夹带带着着这这些些液液滴滴在在板板间间的的空空间间上上升升，如如液液滴滴来来不不及及沉沉降降分分离离，将将随随气气体体进进入入上上层层塔塔板板，这这种种现现象象称为称为液沫夹带液沫夹带。影影响响：液液滴滴的的生生成成虽虽然然可可增增大大气气液液两两相相的的接接触触面面积积，有有利利于于传传质质和和传传热热，但但过过量量的的液液沫沫夹夹带带常常造造成成液液相相在在塔塔板板间间的的返混返混，进而导致板效率严重下降。，进而导致板效率严重下降。需限制液沫夹带需限制液沫夹带。影响液沫夹带量的因素最主要的是影响液沫夹带量的因素最主要的是空塔气速和塔板间距。空塔气速和塔板间距。（3）液泛）液泛定义定义：液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不断：液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不断积液积液，直至塔内充满液体，破坏塔内正常操作，称为直至塔内充满液体，破坏塔内正常操作，称为液泛液泛。a.夹带液泛夹带液泛 现象现象：当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，：当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满气液混合物，最终使整个塔内都充满液体。气液混合物，最终使整个塔内都充满液体。原因原因：由于：由于汽速过大汽速过大（液沫夹带量过大）（液沫夹带量过大）引起的液泛。引起的液泛。b.降液管液泛（溢流液泛）降液管液泛（溢流液泛）现象现象：当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体积：当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体积累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体.原因原因：由于：由于液量过大（降液管内充满液体）液量过大（降液管内充满液体）而引起的液泛。而引起的液泛。5塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图 影响板式塔操作状况和分离效果的主要因素为影响板式塔操作状况和分离效果的主要因素为物料性质、物料性质、塔板结构及气液负荷塔板结构及气液负荷。对一定的分离物系，当设计选定塔板类型后，其操作状况对一定的分离物系，当设计选定塔板类型后，其操作状况和分离效果便只与和分离效果便只与气液负荷气液负荷有关。有关。要维持塔板正常操作和塔板要维持塔板正常操作和塔板效率的基本稳定，必须将塔内效率的基本稳定，必须将塔内的气液负荷限制在一定的范围的气液负荷限制在一定的范围内，该范围即为塔板的内，该范围即为塔板的负荷性负荷性能能。塔板的塔板的负荷性能图负荷性能图序号序号名称名称异常现象异常现象12345塔塔板板的的负负荷荷性性能能图图12345A操作线操作线VL漏液线漏液线(气相负荷下限线气相负荷下限线)低于此线低于此线漏液漏液液沫夹带线液沫夹带线(气相负荷上限线气相负荷上限线)高于此线高于此线液沫夹带液沫夹带 液相负荷下限线液相负荷下限线 此线左侧此线左侧干吹、偏流等干吹、偏流等 液相负荷上限线液相负荷上限线 此线右侧此线右侧气相返混气相返混 液泛线液泛线 高于此线高于此线液泛液泛由上述由上述5 5条线所包围的区域即一定物系在一定的结构尺寸条线所包围的区域即一定物系在一定的结构尺寸的塔板上的的塔板上的正常操作区正常操作区。在此区域内，气、液两相流率的。在此区域内，气、液两相流率的变化对塔板效率的影响不大。变化对塔板效率的影响不大。12345A操作线操作线VL6板式塔的操作分析板式塔的操作分析操作弹性操作弹性 操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作极限，两极限的操作极限，两极限的气体流量之比气体流量之比称为塔板的称为塔板的操作弹性操作弹性。01234VL(m3/h)VG(m3/h)5OP操作线操作线 设计时，应使操作设计时，应使操作点尽可能位于适宜操点尽可能位于适宜操作区的中央，若操作作区的中央，若操作点紧靠某一条边界线，点紧靠某一条边界线，则负荷稍有波动时，则负荷稍有波动时，塔的正常操作即被破塔的正常操作即被破坏。坏。012345VL(m3/h)VG(m3/h)OPOPOPaabbccOP 线线(高气液比高气液比)上限上限 a(过量液沫夹带过量液沫夹带)下限下限 a(低液层低液层)OP 线线(较高气液比较高气液比)上限上限 b(溢流液泛溢流液泛)下限下限 b(漏液漏液)OP 线线(低气液比低气液比):上限上限 c(气泡夹带气泡夹带)下限下限 c(漏液漏液)分离物系和分离任务确定后，分离物系和分离任务确定后，操作点的位置即固定操作点的位置即固定负荷性能图中各条线的相应位置随着塔板的结构尺寸而变负荷性能图中各条线的相应位置随着塔板的结构尺寸而变 设计塔板时，根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整设计塔板时，根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整塔板结构参数，可塔板结构参数，可改进负荷性能图改进负荷性能图，以满足所需的操作弹性。，以满足所需的操作弹性。加大板间距可使液泛线上移，减小塔板开孔率可使漏液线下加大板间距可使液泛线上移，减小塔板开孔率可使漏液线下移，增加降液管面积可使液相负荷上限线右移移，增加降液管面积可使液相负荷上限线右移 3-2 填料塔填料塔 一、一、填料塔填料塔的的结构特点结构特点连续接触式气液传质设备连续接触式气液传质设备塔体塔体：一般取为圆筒形，可由金属、：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。衬以防腐材料。塔内件塔内件：包括：包括填料支承填料支承与压紧装置、与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器液体与气体分布器、液体再分布器(减弱减弱壁流壁流)以及气体除沫器等。以及气体除沫器等。优点优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等。小，操作弹性大等。缺点缺点：填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；：填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。优缺点优缺点二、填料的类型二、填料的类型根据装填方式的不同，可分为根据装填方式的不同，可分为乱堆填料乱堆填料和和整砌填料整砌填料。1 1散装填料（乱堆填料或颗粒填料）散装填料（乱堆填料或颗粒填料）特点：一定几何形状和尺寸的颗粒体；随机堆积；特点：一定几何形状和尺寸的颗粒体；随机堆积；根据根据结结构特点不同，可分构特点不同，可分为为环环形填料、鞍形填料、形填料、鞍形填料、环环鞍形填料及球形填料鞍形填料及球形填料等。等。优点：易于制造，价格低廉。缺点：堆积时填料间易形成线接触，故液体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。(1)拉西环（拉西环（Raschig ring）最最早早使使用用的的一一种种填填料料，为为高高径径比比相相等等的的陶陶瓷瓷和和金金属属等等制制成成的空心圆环。的空心圆环。(2)鲍尔环（鲍尔环（Pall ring）鲍鲍尔尔环环填填料料的的优优良良性性能能使使它它一一直直为为工工业业所所重重视视，应应用用十十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。鲍鲍尔尔环环在在侧侧壁壁上上的的小小孔孔可可供供气气液液流流通通，使使环环的的内内壁壁面面得得以以充充分分利利用用。对对比比拉拉西西环环，鲍鲍尔尔环环不不仅仅具具有有较较大大的的生生产产能能力力和和较较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。性能在鲍尔环的基础上又有提高，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。(3)阶梯环填料（阶梯环填料（Stair ring）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。(4)弧鞍形弧鞍形(Berl saddle)填料填料弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道弧形气体通道。优优点点：空空隙隙率率高高，气气体体阻阻力力小小，液液体体分分布布性性能能较较好好，填填料性能优于拉西环。料性能优于拉西环。缺缺点点：相相邻邻填填料料易易相相互互套套叠叠，使使填填料料有有效效表表面面降降低低，从而影响传质速率。从而影响传质速率。两两端端为为矩矩形形，且且填填料料两两面面大大小小不不等等。克克服服了了弧弧鞍鞍填填料料相相互互重重叠叠的的缺缺点点，填填料料的的均均匀匀性性得得到到改改善善。液液体体分分布布均均匀匀，气气液液传传质质速速率率得得到到提提高高。瓷瓷矩矩鞍鞍填填料料是是目目前前采采用用最最多多的的一一种种瓷质填料。瓷质填料。(5)矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料填料(6)金属鞍环（金属鞍环（Intalox）填料填料有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优势更为显著。2 2规整填料规整填料按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类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，根据其几何结构可分为很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲格栅填料、波纹填料、脉冲填料填料等。等。结构特点：规整填料一般由结构特点：规整填料一般由波纹状的金属网丝波纹状的金属网丝或或多孔板重多孔板重叠叠而成。而成。优点优点：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。缺点缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。难分离或分离要求很高的情况。条状单元体条状单元体 波纹薄板波纹薄板 带缩颈的中空棱柱形个体带缩颈的中空棱柱形个体 三、填料的性能评价三、填料的性能评价1填料的填料的几何特性几何特性主要包括主要包括比表面积、空隙率、填料因子比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性等，是评价填料性能的基本参数。能的基本参数。比表面积比表面积：单位体积填料层所具有的表面积单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液。被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的比表面积大的比表面积和良好的润湿性能有利于传质速率的提高和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。空隙率空隙率：单位体积填料所具有的空隙体积单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)，代表的，代表的是气液两相流动的通道。是气液两相流动的通道。填料因子填料因子：/3填料比表面积与空隙率三次方的比值填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m)，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。2填料的性能评价填料的性能评价填料性能的优劣通常根据填料性能的优劣通常根据效率、效率、通量通量及及压降压降三要素衡量。三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。敞，则通量越大，压降亦越低。丝网波纹填料综合性能最好，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差拉西环最差。填料名称填料名称评估值评估值语言值语言值排序排序丝网波纹填料丝网波纹填料0.86很好很好1孔板波纹填料孔板波纹填料0.61相当好相当好2金属金属Intalox0.59相当好相当好3金属鞍形环金属鞍形环0.57相当好相当好4金属阶梯环金属阶梯环0.53一般好一般好5金属鲍尔环金属鲍尔环0.51一般好一般好6瓷瓷Intalox0.41较好较好7瓷鞍形环瓷鞍形环0.38略好略好8瓷拉西环瓷拉西环0.36略好略好9四、填料塔的流体力学性能四、填料塔的流体力学性能填料塔的流填料塔的流体力学性能体力学性能填料层填料层持液量持液量压降压降液泛液泛填料表面的润湿及返混填料表面的润湿及返混1 1填料层的填料层的持液量持液量定义定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。总持液量总持液量 （静持液量与动持液量之和（静持液量与动持液量之和 ）Ht=Hs+Hc静持液量静持液量：填料层静止接受喷淋液体并经过规定的滴：填料层静止接受喷淋液体并经过规定的滴 液时间后，仍然停留在填料层中的液体量。液时间后，仍然停留在填料层中的液体量。动持液量动持液量：一定喷淋条件下持于填料层中的液体总量：一定喷淋条件下持于填料层中的液体总量 与静持液量之差。与静持液量之差。适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质有益，但持液适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质有益，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。处理能力下降。2填料层的压降填料层的压降u m/sp/ZkPa/mL=0（干填料），气（干填料），气体在填料层呈湍流，体在填料层呈湍流，斜率斜率1.81.8.0.0A A点称为载点点称为载点拦液拦液;载点气速载点气速B点称为泛点点称为泛点液泛液泛;泛点气速泛点气速载液区载液区高液量低液量L=0干塔干塔L1L3 L2AB恒持液恒持液量区量区液泛区液泛区3液泛液泛泛点气速下，持液量的增多使泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相液相由分散相变为连续相，而，而气相则由连续相变为分散相气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现气流出现脉动脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛淹塔或液泛。u 影响液泛的因素：填料的特性、流体影响液泛的因素：填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。的物性及操作的液气比等。u 气体密度越小，液体的密度越大、粘气体密度越小，液体的密度越大、粘度越小，则泛点气速越大。度越小，则泛点气速越大。u 操作的液气比愈大，泛点气速愈小。操作的液气比愈大，泛点气速愈小。u m/sp/ZkPa/mL3 L2ABL1umax4液体喷淋密度和填料表面的润湿液体喷淋密度和填料表面的润湿 填料塔中气液两相间的传质主要在填料塔中气液两相间的传质主要在填料表面流动的液膜填料表面流动的液膜上上进行。要形成液膜，填料表面必须被液体进行。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿充分润湿，而填，而填料表面的润湿状况取决于塔内的料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度液体喷淋密度及及填料材质填料材质的表面润湿性能的表面润湿性能。液体喷淋密度液体喷淋密度单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以体体积，以U表示，单位为表示，单位为m3/（m2h）。最小喷淋密度，。最小喷淋密度，以以Umin表示。表示。填料表面润湿性能填料表面润湿性能与填料的材质有关，常用的陶瓷、金属、与填料的材质有关，常用的陶瓷、金属、塑料三种材质中，以陶瓷填料的润湿性能最好，塑料填料塑料三种材质中，以陶瓷填料的润湿性能最好，塑料填料的润湿性能最差。的润湿性能最差。五、填料的选择五、填料的选择 包括包括确定填料的种类、规格及材质确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。1.1.填料种类的选择填料种类的选择传质效率要高传质效率要高，一般，规整填料的传质效率高于散装填料。，一般，规整填料的传质效率高于散装填料。通量要大通量要大，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。较高泛点气速或气相动能因子的填料。填料层的填料层的压降要低压降要低。填料填料抗污堵性能强抗污堵性能强，拆装、检修方便。，拆装、检修方便。材质材质优点优点造价造价缺点缺点适用场合适用场合陶瓷填料陶瓷填料 耐腐蚀耐腐蚀耐热耐热便宜便宜 质脆、易碎质脆、易碎 气体吸收、气体气体吸收、气体洗涤、液体萃取洗涤、液体萃取 金金属属填填料料 碳钢填料碳钢填料表面润湿性表面润湿性能能 低低无腐蚀或低腐蚀无腐蚀或低腐蚀性物系性物系 不锈钢填料不锈钢填料 耐腐蚀性耐腐蚀性 高高表面润湿性能表面润湿性能较差较差 应用范围广泛应用范围广泛 钛材、特种合钛材、特种合金钢金钢 耐腐蚀性耐腐蚀性很高很高腐蚀性极强的物腐蚀性极强的物系系 塑料填料塑料填料 耐腐蚀性能耐腐蚀性能 质轻价质轻价廉廉 表面润湿性能表面润湿性能差差 无机酸、碱和有无机酸、碱和有机溶剂机溶剂2填料规格的选择填料规格的选择填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。3.3.填料材质的选择填料材质的选择六、填料塔的内件六、填料塔的内件填料支承装置填料支承装置填料压紧装置填料压紧装置液体分布装置液体分布装置液体收集再分布装置液体收集再分布装置除沫装置除沫装置1填料支承装置填料支承装置-支承塔内的填料支承塔内的填料 作用作用：支承塔内填料及其所持有的液体质量；：支承塔内填料及其所持有的液体质量；要求要求：具有足够的力学强度；自由截面积大于填料层的；有利于：具有足够的力学强度；自由截面积大于填料层的；有利于气液两相均匀分布。气液两相均匀分布。栅板栅板孔管型孔管型 气体喷射式气体喷射式2填料压紧装置填料压紧装置作用作用-防止在气流的作用下填料床层防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动发生松动和跳动。填料压板填料压板-适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。填料。床层限制板床层限制板-用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。装填料及所有规整填料。3液体分布装置液体分布装置作用作用：将液体均匀分布于填料层顶部。：将液体均匀分布于填料层顶部。种种类类多多样样，有有喷喷头头式式、盘盘式式、管管式式、槽槽式式及及槽盘式等。槽盘式等。4液体收集及再分布装置液体收集及再分布装置起因起因：随液体流经的填料层厚度的增加，：随液体流经的填料层厚度的增加，偏流程度增偏流程度增加加，液体的大尺度不良分布越严重。，液体的大尺度不良分布越严重。解决方法解决方法：每隔一定高度设置一液体再分布器。：每隔一定高度设置一液体再分布器。再分布器的形式再分布器的形式：有盘式、槽式及截锥式等。：有盘式、槽式及截锥式等。5.除沫装置除沫装置位置：液体分布器上方；位置：液体分布器上方；作用：除去出口气流中的液滴；作用：除去出口气流中的液滴；类型：折流板除沫器、旋流板除沫器及丝网除沫器等。类型：折流板除沫器、旋流板除沫器及丝网除沫器等。适用适用塔径较大塔径较大所需传质单元数或所需传质单元数或理论板数较多理论板数较多热量需从塔内移除热量需从塔内移除适于较小液量适于较小液量适于处理适于处理有悬浮物有悬浮物的液体的液体便于便于侧线采出侧线采出适用于处理适用于处理有腐蚀性有腐蚀性的物料的物料适用于适用于真空蒸馏（真空蒸馏（填料塔压力降较小）填料塔压力降较小）适用于适用于间歇蒸馏间歇蒸馏或或热敏性物料热敏性物料的蒸馏的蒸馏适用于处理适用于处理易发泡易发泡的液体的液体板式塔板式塔填料塔填料塔板式塔与填料塔比较【本章小结本章小结】本章介绍了本章介绍了板式塔和填料塔的结构板式塔和填料塔的结构，各种塔板和填料的，各种塔板和填料的结结构特点及流体力学特性构特点及流体力学特性。新型塔板和填料开发的指导思想即结构改进的目的就是要新型塔板和填料开发的指导思想即结构改进的目的就是要改善其传质特性及流体力学特性改善其传质特性及流体力学特性，要注意各种塔板及填料，要注意各种塔板及填料的应用场合。要掌握塔板性能及填料性能的各种评价指标，的应用场合。要掌握塔板性能及填料性能的各种评价指标，掌握塔板的各种不正常操作现象及其成因，会用塔板的负掌握塔板的各种不正常操作现象及其成因，会用塔板的负荷性能图分析塔板的操作特性，会用填料的压降速度图分荷性能图分析塔板的操作特性，会用填料的压降速度图分析填料塔的操作特性。析填料塔的操作特性。