填料塔常用填料

填料塔常用填料填料塔

圖4.3填料塔結構

1-塔體；2-液體分布器；3-填料壓緊裝置；4-填料層；5-液體收集與再分配裝置；6-支撐柵板

填料塔結構如右圖所示，它由塔體、液體分布器、填料壓緊裝置、填料層、液體收集與再分配裝置和支撐柵板組成。第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔

（二）塔體支座塔設備常采用裙式支座（見圖4.4），它應當具有足夠的強度和剛度，來承受塔體操作重量、風力等引起的載荷。

圖4.4裙式支座

1-裙座圈；2-支撐板；3-角牽板；

4-壓板；5-人孔；6-有保溫時排氣管；

7-無保溫時排氣管；8-排液孔第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔

（三）人孔人孔是安裝和檢修人員進出塔器的唯一通道。人孔的設置應便于人員進入任一層塔板。對直徑大于Φ800mm的填料塔，人孔可設在每段填料層的上、下方，同時兼作填料裝卸孔用。設在框架內或室內的塔，人孔的位置可按具體情況考慮。人孔在設置時，一般在氣液進出口等需要經常維修和清理的部位要設置人孔，另外在塔頂和塔釜，也各設置一個人孔。塔徑小于Φ800mm時，在塔頂設置法蘭（塔徑小于Φ450mm的塔，采用分段法蘭連接），不在塔體上開設人孔。在設置操作平臺的地方，人孔中心高度一般比操作平臺高0.7-1m，最大不宜超過1.2m，最小為600mm，人孔開在立面時，在塔釜內部應設置手柄（但人孔和底封頭切線之間距離小于1米或手柄有礙內件時，可不設置）。裝有填料的塔，應設填料擋板，借以保護人孔，并能在不卸出填料的情況下更換人孔墊片。

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（四）手孔手孔是指手和手提燈能伸入的設備孔口，用于不便進入或不必進入設備即能清理、檢查或修理的場合。手孔又常用作小直徑填料塔裝卸填料之用，在每段填料層的上下方各設置一個手孔，卸填料的手孔有時附帶擋板，以免反應生成物積聚在手孔內。（五）塔內件填料塔的內件有填料、填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置和液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設計塔內件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質性能十分重要。（1）除沫器當空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程不允許出塔氣體夾帶霧滴的情況下，設置除沫裝置，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設備的正常操作。常用的除沫裝置有折板除沫器（見圖4.5）絲網除沫器（見圖4.6）以及旋流板除沫器。此外還有鏈條型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纖維除沫器等。在分離要求不嚴格的場合，還將干填料層作除沫器用。第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔

常用的折板除沫器是角鋼除沫器，它的壓力降一般為50-100Pa。增加折流的次數(shù)，能提高其對氣液的分離效率。這種除沫器結構比較簡單，但耗用金屬多，造價高，在大塔尤為明顯，因而逐漸為絲網除沫器所取代。

圖4.5折板除沫器

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絲網除沫器具有比表面大、重量輕、孔隙率大及使用方便等優(yōu)點，尤其是它具有除沫效率高、壓降小的特點，從而成為一種廣泛使用的除沫裝置。小型除沫器的絲網厚度根據工藝條件決定，一般為50-150mm，絲網應鋪平，相鄰每層絲網之間的波紋方向應相錯一個角度，上面用支撐板加以固定，絲網支撐柵板的自由截面積應大于90%，安裝時柵板應保持水平。

圖4.6絲網除沫器第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔

填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為提高其湍動程度(主要是氣相)創(chuàng)造條件，以利于傳質(包括傳熱)。它們應能使氣、液接觸面大、傳質系數(shù)高，同時通量大而阻力小，所以要求填料層空隙率高、比表面積大、表面濕潤性能好，并在結構上還要有利于兩相密切接觸，促進湍流。制造材料又要對所處理的物料有耐腐蝕性，并具有一定的機械強度，使填料層底部不致因受壓而碎裂、變形。

常用的塔填料可分為兩大類：散裝填料與規(guī)整填料。

（3）填料支撐裝置填料支撐裝置的作用是支撐塔內填料層，對其要求是：第一，應具有足夠的強度和剛度，能支撐填料的重量、填料層的持液量及操作中的附加壓力等；第二，應具有大于填料層孔隙率的開孔率，以防止在此處首先發(fā)生液泛；第三，結構合理，有利于氣液二相的均勻分布，阻力小，便于拆裝。

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常用的填料支撐裝置有柵板型、孔管型和駝峰型。如圖4.8所示。選擇哪種支撐裝置，主要根據塔徑、使用的填料種類和型號、塔體及填料的材質、氣液流速而定。

(a)柵板型(b)孔管型(c)駝峰型

圖4.8填料支撐裝置第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔-填料壓緊裝置

（4）填料壓緊裝置為保持操作中填料床層為一高度恒定的固定床，從而保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩(wěn)定，在填料填裝后于其上方安裝填料壓緊裝置。這樣，可以防止在高壓降、瞬時負荷波動等情況下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。圖4.9列出了幾種常用的填料壓緊裝置，填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重力將填料壓緊，它適用于陶瓷、石墨制的散裝填料，因其易碎，當填料層發(fā)生破碎時，填料層孔隙率下降，此時填料壓板可隨填料層一起下落，仍能緊緊壓住填料而不會引起填料松動。床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。因金屬及塑料填料不易破碎，且有彈性，在填裝正確時不會使填料下沉。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對于小塔可用螺絲固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。

(a)填料壓緊網板(b)填料壓緊柵板(c)金屬壓板圖4.9填料壓緊裝置第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔-液體分布裝置

（5）液體分布裝置為了實現(xiàn)填料內氣液二相密切接觸、高效傳質，填料塔的傳質過程要求塔內任一截面上氣液兩相流體能均勻分布，特別是液體的初始分布至關重要，理想的液體分布器應具備以下條件：①與填料相匹配的液體均勻分布點。填料比表面積越大，分離要求越精密，則液體分布器分布點密度也應越大。②操作彈性較大，適應性好。③為氣體提供盡可能大的自由截面，實現(xiàn)氣體的均勻分布，且阻力小。④結構合理，便于制造、安裝、調整和檢修。液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔-液體分布裝置

噴頭式分布器如圖4.10（a）所示。液體由半球形噴頭的小孔噴出，小孔直徑為3-10mm,同心圓排列，噴灑角小于80°，噴灑直徑1/5-1/3D。這種分布器結構簡單，只適用于直徑小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般應用較少。

盤式分布器有盤式篩孔型分布器、盤式溢流管式分布器等形式。如圖4.10（b）、（c）所示。液體加至分布盤上，經篩孔或溢流管流下。分布盤直徑為塔徑的0.6-0.8倍，此種分布器用于D＜800mm的塔中。(a)噴頭式

(b)盤式篩孔式

(c)盤式溢流管式第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天填料塔-液體分布裝置

管式分布器由不同結構形式的開孔管制成。其突出的特點是結構簡單，供氣流流過的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞、彈性一般較小，管式液體分布器多用于中等以下液體負荷的填料塔中，在減壓精餾及絲網波紋填料中，由于液體負荷較小故常用之。管式分布器有排管式、環(huán)管式等不同形狀，如圖片4.10（d）、（e）所示。(d)排管式

(e)環(huán)管式

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填料塔-液體分布裝置

槽式液體分布器通常是由分流槽（又稱主槽或一級槽）、分布槽（又稱副槽或二級槽）構成的。一級槽通過槽底開孔將液體初分為若干流股，分別加入其下方的液體分布槽，分布槽的槽底（或槽壁）上設有孔道，將液體均勻分布于填料層上，如圖片4.10（f）所示。槽式分布器具有較大的操作彈性和較好的抗污性，特別適合于氣液負荷大及含有固體懸浮物、粘度大的分離場合。由于槽式分布器具有優(yōu)良的分布性能和抗污垢性能，應用范圍非常廣泛。

(f)槽式

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填料塔-液體分布裝置

槽盤式分布器是近年來開發(fā)的新型液體分布器，它將槽式及盤式分布器的優(yōu)點有機地結合一體，兼有集液、分液及分氣三種作用，結構緊湊，操作彈性高達10：1，氣流分布均勻，阻力小，特別適用于易發(fā)生夾帶、易堵塞的場合。槽盤式液體分布器的結構如圖4.10(g)所示。

(g)槽盤式圖4.10液體分布器第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

填料塔

（6）液體收集及再分布裝置當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層分布不均勻，從而使反應效率下降。為此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布裝置，液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經液體收集器收集后送到液體再分布器，經重新分布后噴淋到下層填料的上方。

最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器，如圖4.11(a)所示，截錐式再分布器結構簡單，安裝方便，但它只起到將壁流向中心匯集的作用，無液體再分布的功能，一般用于直徑小于0.6m

的塔中。

(a)截錐式再分布器

圖4.11液體收集再分布裝置第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

填料塔

在通常情況下，一般將液體收集器及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。常用的液體收集器為斜板式液體收集器，如圖4.11(b)所示。(b)斜板式液體再收集器

圖4.11液體收集再分布裝置第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

填料塔-填料的類型和性能評價(1)拉西環(huán)填料

拉西環(huán)(RashingRing)填料是1914年發(fā)現(xiàn)的，是使用最早的一種填料，為高度與直徑相等的圓環(huán)，常用的直徑為25～75mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷環(huán)壁厚2.5～9.5mm，金屬環(huán)壁厚0.8～1.6mm。填料多亂堆在塔內，直徑大的亦可整砌，以降低阻力及減少液體流向塔壁的趨勢。在拉西環(huán)內部空間的直徑位置上加一隔板，即成為列辛環(huán)；環(huán)內加螺旋形隔板則成為螺旋環(huán)。隔板有提高填料能力與增大表面的作用。

由于拉西環(huán)在填裝時容易產生架橋、空穴等現(xiàn)象，液體不易流入圓環(huán)的內部，所以極易產生液體的偏流、溝流和壁流，氣液分布較差，傳質效率低，又由于填料層持液量大，氣體通過填料層折返的路徑長，氣體通過填料層的阻力大、通量小。故近年來使用較少。第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天(b)弧鞍填料弧鞍又稱貝爾鞍(Berl

saddle)，是出現(xiàn)較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自25mm至50mm的較常用。弧鞍填料的特點是表面不分內外全部敞開，液體在表面兩側均勻流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。它的另一特點是堆放在塔內時，對塔壁側壓力比環(huán)形填料小。其缺點是由于兩側表面構形相同，堆放時填料容易疊合，因而減少暴露的表面，不能被液體潤濕，使傳質效率降低。最近已漸為構形改善了的矩鞍填料所代替?；“疤盍隙嘤锰沾芍圃?。

填料塔-填料的類型和性能評價第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

填料塔-填料的類型和性能評價

(c)矩鞍(Intalox

saddle)為克服弧鞍填料容易套疊的缺點，將弧鞍填料兩端的弧形改為矩形，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會疊合，液體分布較均勻，且較耐壓力，構形簡單。一般采用陶瓷材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國內大多數(shù)應用瓷質拉西環(huán)的場合均以被瓷質矩鞍填料所取代。

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填料塔-填料的類型和性能評價

(d)鮑爾環(huán)(Pall

ring)

鮑爾環(huán)的構造，相當于在拉西環(huán)的壁面上開一排或兩排正方形或長方形孔，開孔時只斷開四條邊中的三條邊，另一邊保留，向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，，這些舌片在環(huán)內幾乎對接起來。填料的空隙率與比表面并未因而增加。但由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內空間及環(huán)內表面的利用率，氣體流動阻力降低，液體分布比較均勻。因此，鮑爾環(huán)比拉西環(huán)氣體通量增大50&以上，傳質效率增加30%左右。鮑爾環(huán)填料以其優(yōu)良性能得到廣泛應用。

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填料塔-填料的類型和性能評價(e)階梯環(huán)(Cascade

miniring)

是在鮑爾環(huán)基礎上加以改造而得出的一種新型填料，階梯環(huán)與鮑爾環(huán)相似之處是環(huán)壁上也開有窗孔。但其高度是鮑爾環(huán)的二分之一，由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。階梯環(huán)填料的一端增加了一個翻邊，不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主，變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。階梯環(huán)成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種，第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

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(f)金屬環(huán)矩鞍填料(Metal

Intalox

saddle)

這是一種兼有環(huán)形填料和鞍形填料結構特點的新型填料，該填料一般用金屬材料制作。在鞍的背部沖出兩條狹帶，彎成環(huán)形筋，筋上又沖出四個小爪彎入環(huán)內。它在構形上是鞍與環(huán)的結合，敞開的側壁有利于氣體和液體通過，減少了填料層內滯液死區(qū)，填料層內流通孔道增多，使氣液分布更加均勻，傳質效率得以提高。金屬環(huán)矩鞍填料的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是散裝填料中應用較多、性能優(yōu)良的一種填料。第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

填料塔-填料的類型和性能評價

（g）球形填料是散裝填料的另一種形式，一般采用塑料材質注塑而成，其結構有多種。有許多板片構成的多面球形填料；也有許多枝條的格柵組成的球形填料。它們的特點是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內部通過。由于球體結構的對稱性，填料填裝密度均勻，不易產生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定場合，工程應用較少。

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填料塔-填料的類型和性能評價

(a)格柵填料是以條狀單元經一定規(guī)則組合而成，其結構隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變，因而具有多種結構形式。工業(yè)上應用最早的格柵填料為木格柵填料，如下圖所示。

木格柵塑料格柵目前應用比較普遍的有格里奇格柵填料、網孔格柵填料和蜂窩格柵填料。其中格里奇格柵填料最具代表性，如下圖

格柵填料的比表面積較小，因此主要用于要求低壓降、大負荷及防堵等場合。第25頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

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(b)波紋填料

是一種通用型規(guī)整填料，目前工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分屬于此類。波紋填料是由許多波紋簿板組成的圓盤狀填料。波紋填料的優(yōu)點是結構緊湊，具有大的比表面積。相鄰兩盤填料相互垂直，使上升氣流不斷改變方向，下降的液體也不斷重新分布，故傳質效率也高。波紋填料的缺點是不適用于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，此外，填料裝卸、