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  填料塔的结构及填料特性 1、填料塔的结构典型填料塔的结构如图所示,主要部件有塔体、填料及支承、流体分布器及再分布器、除沫器等。操作时,液体自塔上部进入,并通过液体分布气均匀喷洒于塔截面上,并在填料表面呈膜状流下;气体自塔下部进入,通过填料层中的空隙由塔顶排出。气液两相在液膜表面进行传质。 2、填料特性的评价 填料不仅提供了气液两相的接触表面,而且促使气液两相分散,液膜不断更新。填料性能可以由以下三方面予以评价。 ⑴ 比表面积a:填料应提供尽可能多的表面积,以单位填充体积所具有的填料表面来表示填料的这一特性,称为比表面积a,单位为m2/m3。 ⑵ 空隙率ε:单位体积填料所具有的空隙体积,称为空隙率。气体是在填料间的空隙内流动的,为减少气体的流动阻力,提高填料塔的允许气速,填料层应有尽可能大的空隙率。 ⑶ 填料的几何形状:比表面积、空隙率大致相同而形状不同的两种填料,在流体力学和传质性能上可有显著的差别,但目前对填料的几何形状还没有定量的表达。 3、几种常用填料 常用填料有散装填料和规整填料,材质有实体材料和网体材料。 10.2.2气液两相在填料层内的流动 1、液体 理想的流动状态是自上而下,沿填料表面成膜状流动,液膜从一个填料到另一个填料不断更新。要求液体在填料表面铺展成膜、液体在塔内的分布要均匀、液膜厚度要合适。 液体在乱堆填料中有一定的自分布能力。因此,对于小塔,可利用自分布能力,预分布要求校低;对于大塔,很难利用填料的自分布能力达到全塔截面的分布均匀,对初始分布要求校高;另外,填料层内可能出现沟流现象或壁流现象,需对液体进行再分布。 液体在塔内的液膜厚度与持液量有关,持液量是单位填充体积所具有的液体量。喷淋量大,持液量也大,液膜厚度增加;在正常操作的气速范围内,气速的增加,对液膜厚度的影响不大。 2、气体 气体在填料塔内在压强差的推动下自下而上穿过填料空隙上升,并与液膜接触进行传质。气体通过填料层的压降与气速及液体流量等因素有关。 当液体量为零时,干填料的压降Δp随气速u的增大而增大。 当有液体喷淋时,液体量一定,气速u增大,压降Δp增大,相同气速下压降Δp较干填料的压降高。在气速u较小时,气速u增大,液膜厚度变化不大。当气速u增大到某一值时,液膜厚度开始增大,持液量也增大,出现拦液现象,此时,填料层压降与空塔速度关系曲线的斜率增大,此点称为载点。自载点以后,气速u继续增大到某一值时,持液量大增,液体积累出现液泛现象,此气速值称为液泛气速。 液体量增大,泛点气速下降,在相同气速下,液体量大,压降也大。 3、液泛: 液泛是填料塔的非正常操作。发生液泛时,液体不能顺利流下,气液传质不能正常进行。在泛点之前,气体为连续相,液体为分散相;泛点之后,气体为分散相,液体为连续相。泛点又称为转相点,此时,压降Δp剧增,液体返混和气体液沫夹带的现象严重,传质效果极差。 设计时,操作气速=50%~80%的泛点气速。泛点气速可根据泛点关联图估计。 4、填料塔的操作范围 当液体量一定时,若气体量很小,传质过程主要靠扩散进行,传质效果不好;气体量很大,将会导致液泛发生。 当气体量一定时,若液体量很小,会有部分填料得不到润湿,传质效果不好;若液体量很大,将会导致液泛发生。 最大气体量或最大液体量,可以根据泛点气速来估计;最小气体量和最小液体量必须根据经验来确定。 10.2.3填料塔的传质 填料层内的传质速率是一个极为复杂的问题,至今尚未搞清。有效接触面积是真正参与传质的面积。有效接触面积,包括填料的有效润湿表面和可能存在的液滴、气泡表面积,有效接触表面<填料的接触表面<干填料表面。关于填料的润湿表面,恩田等人提出了如下的经验关联式: 同时,他们还提出了一些传质系数的经验关联式: 10.2.4 填料塔的附属结构 ⑴ 支撑板:主要是支撑塔内的填料,同时又能气液两相的顺利通过。 ⑵ 液体分布器:对进入塔内的液体进行分布,使得液体在塔截面上分布均匀。 ⑶ 液体再分布器:为改善向壁偏流效应造成的液体分布不均,在填料层内部每隔一定高度设置的装置。 ⑷ 除沫器:用来除去由填料层顶部逸出的气体中的液滴,安装在液体分布器上方。 10.2.5板式塔与填料塔的比较 对许多逆流接触的过程,填料塔和板式塔都可以使用。各种塔型各有优劣,应根据物系综合考虑选择。 ⑴ 填料塔操作范围较小,特别是对于液体负荷的变化更为。 ⑵ 填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料。 ⑶ 当气液接触过程中需要冷却以移出反应热或溶解热时,不适宜用填料塔。另外,当有侧线出料时,填料塔也不如板式塔方便。 ⑷ 填料塔的塔径可以很小,但板式塔的塔径一般不小于0.6m。 ⑸ 板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠,安全系数可以取得更小。 ⑹ 当塔径不很大时,填料塔的造价便宜。 ⑺ 对于易起泡的物系,填料塔更合适。 ⑻ 对于腐蚀性物系,填料塔更合适。 ⑼ 对于热敏性物系,采用填料塔较好。 ⑽ 填料塔的压降比板式塔小,更适于真空操作。

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