填料塔的原理及結構

填料塔的原理及結構填料塔（PackingColumn）是塔設備的一種。塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應用于氣體吸收時，液體由塔的上部通過分布器進入，沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結構較簡單，檢修較方便。廣泛應用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。1、填料塔的結構填料層：提供氣液接觸的場所。液體分布器：均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。液體再分布器：避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。2、填料塔的附件填料塔的附件有填料支撐裝置、液體分布裝置、液體再分布器、除沫裝置、填料壓緊裝置這五種。（1）填料支撐裝置主要用途是支撐塔內的填料，同時又能保證氣液兩相順利通過。若設計不當，填料塔的液泛可能首先在填料支撐裝置上發(fā)生。對填料支撐裝置的要求：對于普通填料，支撐裝置的自由截面積應不低于全塔面積的50%，并且要大于填料層的自由截面積；具有足夠的機械強度、剛度；結構要合理，利于氣液兩相均勻分布，阻力小，便于拆裝。（2）液體分布裝置液體在填料塔內均勻分布，可以增大填料的潤濕表面積。以提高分離效率，因此液體的初始分布十分重要。常用的液體分布裝置有：蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔環(huán)管式分布器等。液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結構尺寸。對液體分布器的選型和設計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調整水平。（3）液體再分裝置液體再分裝置作用是減小壁流現(xiàn)象。壁流現(xiàn)象：在亂堆填料層內存在的液體逐漸流向塔壁的現(xiàn)象。在填料層內每隔一定高度設置液體再分布裝置。常用的液體再分裝置有：椎體形、槽形、升氣管形等。在通常情況下，一般將液體收集器與液體分布器同時使用，構成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進行液體再分布。（4）除沫裝置當塔內操作氣速較大或液沫夾帶現(xiàn)象嚴重時，可在液體分布器的上方設置除沫裝置，主要用途是除去出口氣流中的液滴。由于氣體在塔頂離開填料塔時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過時，產(chǎn)生旋轉運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速決定。（5）填料壓緊裝置安裝在填料層上端。作用是保持填料層為一高度固定的床層，從而保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩(wěn)定，防止在高壓降、瞬時負荷波動等情況下，填料層發(fā)生松動或跳動。分為：填料壓板：自由放置于填料上端，靠自身重量將填料壓緊。適用于陶瓷、石墨材質的散裝填料。它的作用是在高氣速（高壓降）和負荷突然波動時，阻止填料產(chǎn)生相對運動，從而避免填料松動、破損。由于填料易碎，當碎屑淤積在床層填料的空隙間，使填料層的空隙率下降時，填料壓板可隨填料層一起下落，緊緊壓住填料而不會形成填料的松動、降低填料塔的生產(chǎn)能力及分離效率。床層限制板：固定在填料上端。3、填料塔的操作方式填料塔的操作是從物料平衡、熱量平衡、相平衡及填料塔性能等幾個方面考慮，通過控制系統(tǒng)建立并調節(jié)塔的操作條件，使填料塔滿足分離要求。（1）填料塔的操作方式：液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下；氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙；在填料表面上，氣液兩相接觸進行傳質。（2）填料塔的操作特點：填料塔屬于微分接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化；在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。4、氣液兩相的流體力學特性填料塔的流體力學性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛等。（1）填料層的持液量在一定操作條件下，由于液膜與填料表面的摩擦以及液膜與上升氣體的摩擦，有部分液體停留在填料表面及其縫隙中。定義：單位體積填料層內所積存的液體體積，以（m3液體）/（m3填料）表示。持液量的影響：一般來說，適當?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質是有益的，可以提供更大的氣液相接觸面積；但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。結論：持液量不宜太小，也不宜太大。（2）填料層的壓降產(chǎn)生原因：在操作過程中，從塔