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填料塔的工作原理及结构

2020-05-23 09:20:13 东莞市中科新蓝科技有限公司 阅读

填料塔(Packing Column)是废气处理设备中塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料,以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时,液体由塔的上部通过分布器进入,沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上,与液体密切接触而相互作用。结构较简单,检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。

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填料塔的结构

◆填料层:提供气液接触的场所。

◆液体分布器:均匀分布液体,以避免发生沟流现象。

◆液体再分布器:避免壁流现象发生。

◆支撑板:支撑填料层,使气体均匀分布。

◆除沫器:防止塔顶气体出口处夹带液体。

气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

填料塔的附件

填料塔的附件有填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、除沫装置、填料压紧装置这五种。

⑴填料支撑装置
主要用途是支撑塔内的填料,同时又能保证气液两相顺利通过。若设计不当,填料塔的液泛可能首先在填料支撑装置上发生。

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对填料支撑装置的要求:

◆对于普通填料,支撑装置的自由截面积应不低于全塔面积的50%,并且要大于填料层的自由截面积;

◆具有足够的机械强度、刚度;

◆结构要合理,利于气液两相均匀分布,阻力小,便于拆装。

⑵液体分布装置
液体在填料塔内均匀分布,可以增大填料的润湿表面积。以提高分离效率,因此液体的初始分布十分重要。

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常用的液体分布装置有:莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。

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液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度(即单位面积上的布液点数),各布液点均匀性,各布液点上液相组成的均匀性决定,设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。

对液体分布器的选型和设计,一般要求:液体分布要均匀;自由截面率要大;操作弹性大;不易堵塞,不易引起雾沫夹带及起泡等;可用多种材料制作,且操作安装方便,容易调整水平。
⑶液体再分装置
液体再分装置作用是减小壁流现象。
壁流现象:在乱堆填料层内存在的液体逐渐流向塔壁的现象。在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置。

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常用的液体再分装置有:椎体形、槽形、升气管形等。

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在通常情况下,一般将液体收集器与液体分布器同时使用,构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集,然后送至液体分布器进行液体再分布。

⑷除沫装置
当塔内操作气速较大或液沫夹带现象严重时,可在液体分布器的上方设置除沫装置,主要用途是除去出口气流中的液滴。

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由于气体在塔顶离开填料塔时,带有大量的液沫和雾滴,为回收这部分液相,经常需要在顶设置除沫器。

常用的除沫器有以下几种:
✦折流板式除沫器,它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置,一般在小塔中使用。
✦旋流板式除沫器,由几块固定的旋流板片组成,气体通过时,产生旋转运动,造成一个离心力场,液滴在离心力作用下,向塔壁运动实现了气液分离。适用于大塔径净化要求高的场合。
✦丝网除沫器,它由金属丝卷成高度为100-150的盘状使用。安装方式多种多样,气体通过除雾沫器的压强降约为120-250Kp,丝网除沫器的直径由气体通过丝网的最大气速决定。
⑸填料压紧装置
安装在填料层上端。作用是保持填料层为一高度固定的床层,从而保持均匀一致的空隙结构,使操作正常、稳定,防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下,填料层发生松动或跳动。
分为:
填料压板:自由放置于填料上端,靠自身重量将填料压紧。适用于陶瓷、石墨材质的散装填料。它的作用是在高气速(高压降)和负荷突然波动时,阻止填料产生相对运动,从而避免填料松动、破损。
由于填料易碎,当碎屑淤积在床层填料的空隙间,使填料层的空隙率下降时,填料压板可随填料层一起下落,紧紧压住填料而不会形成填料的松动、降低填料塔的生产能力及分离效率。
床层限制板:固定在填料上端。

填料塔的操作方式

填料塔的操作是从物料平衡、热量平衡、相平衡及填料塔性能等几个方面考虑,通过控制系统建立并调节塔的操作条件,使填料塔满足分离要求。

⑴填料塔的操作方式:
液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下;气体从塔底送入,经气体分布装置分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙;在填料表面上,气液两相接触进行传质。
⑵填料塔的操作特点:
填料塔属于微分接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化;在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

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气液两相的流体力学特性

填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。 

⑴填料层的持液量
在一定操作条件下,由于液膜与填料表面的摩擦以及液膜与上升气体的摩擦,有部分液体停留在填料表面及其缝隙中。

✦定义:单位体积填料层内所积存的液体体积,以(m3液体)/(m3填料)表示。

✦持液量的影响:一般来说,适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的,可以提供更大的气液相接触面积;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,处理能力下降。
✦结论:持液量不宜太小,也不宜太大。
⑵填料层的压降
✦产生原因:在操作过程中,从塔顶喷淋下来的液体,依靠重力在填料表面成膜状向下流动,上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。

✦影响因素:压降与液体喷淋量及气速有关:一定的气速下,液体喷淋量越大,压降越大;在一定的液体喷淋量下,气速越大,压降也越大。

来源:化工707



标签:   填料塔


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