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填料塔是指流体阻力小,适用于气体处理量大而液体量小的过程。液体沿填料表面自上向下流动,气体与液体成逆流或并流,视具体反应而定。填料塔内存液量较小。无论气相或液相,其在塔内的流动型式均接近于活塞流。若反应过程中有固相生成,不宜采用填料塔。

填料塔在塔内充填各种形状的填充物(称为填料),使液体沿填料表面流动形成液膜,分散在连续流动的气体之中,气液两相接触面在填料的液膜表面上。它属膜状接触设备 。

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基本信息

  • 中文名

    填料塔

  • 外文名

    packed tower

  • 拼音

    tian liao ta

  • 属性

    塔设备的一种

  • 用途

    气体吸收、蒸馏、萃取

  • 结构原理

    塔身、塔底、支承板等

折叠 编辑本段 基本介绍

填料塔以填料作为气、液接触和传质的基本构件,液体在填料表面呈膜状自上而下流动,气体呈连续相自下而上与液体作递向流动,并进行气、液两相间的传质和传热。两相的组分浓度和温度沿塔高连续变化。填料塔属于微分接触型的气、液传质设备。

填料塔又称填充塔。化工生产中常用的一类传质设备。主要由圆柱形的塔体和堆放在塔内的填料(各种形状的固体物,用于增加两相流体间的面积,增强两相间的传质)等组成。用于吸收、蒸馏、萃取等 。

折叠 编辑本段 结构原理

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备

填料塔的塔身填料塔结构示意图填料塔结构示意图是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。

填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。

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(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。

当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。

壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。

因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。

液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。

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。

折叠 编辑本段 塔内装置

塔内件和填料及塔体共同构成了一个完整的填料塔,塔内件是填料塔的组成部分。

塔内件的作用是为了使气液在塔内有更好地接触,以便于发挥填料塔的最大生产能力和最大效率,所以说塔内件设计的好坏直接影响到整个填料塔的操作运行和填料性能的发挥。

此外,填料塔的"放大效应"除了填料本身固有的因素之外,塔内件对它的影响也很大。

塔内件主要包括以下几个部分:

一、液体分布装置;

二、填料压紧装置;

三、填料支撑装置;

四、液体收集再分布及进出料装置;

五、气体进料及分布装置;

六、除沫装置。

折叠 编辑本段 填料塔填料

填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。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。

1.填料种类的选择:填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,通常考虑以下几个方面:

(1)传质效率要高一般而言,规整填料的传质效率高于散装填料;

(2)通量要大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;

(3)填料层的压降要低;

(4)填料抗污堵性能强,拆装、检修方便。

2.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。

(1)散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料,尺寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定,一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。

(2)规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多,国内习惯用比表面积表示,主要有125、150、250、350、500、700等几种规格,同种类型的规整填料,其比表面积越大,传质效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑,使所选填料既能满足技术要求,又具有经济合理性。应予指出,一座填料塔可以选用同种类型,同一规格的填料,也可选用同种类型不同规格的填料;可以选用同种类型的填料,也可以选用不同类型的填料;有的塔段可选用规整填料,而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握,根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。

3.填料材质的选择填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。

(1)陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性,陶瓷填料价格便宜,具有很好的表面润湿性能,质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。

(2)金属填料金属填料可用多种材质制成,选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用;不锈钢填料耐腐蚀性强,一般能耐除Cl–以外常见物系的腐蚀,但其造价较高,且表面润湿性能较差,在某些特殊场合(如极低喷淋密度下的减压精馏过程),需对其表面进行处理,才能取得良好的使用效果;钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。一般来说,金属填料可制成薄壁结构,它的通量大、气体阻力小,且具有很高的抗冲击性能,能在高温、高压、高冲击强度下使用,应用范围最为广泛。

(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100°C以下使用。塑料填料质轻、价廉,具有良好的韧性,耐冲击、不易碎,可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差,但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。

折叠 编辑本段 发展历史

填料塔70年代以前,在大型塔器中,板式塔占有绝对优势,出现过许多新型填料塔填料塔塔板。

70年代初能源危机的出现,突出了节能问题。

随着石油化工的发展,填料塔日益受到人们的重视,此后的20多年间,填料塔技术有了长足的进步,涌现出不少高效填料与新型塔内件,特别是新型高效规整填料的不断开发与应用,冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面,且大有取代板式塔的趋势。

最大直径规整填料塔已达14~20m,结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。

这标志着填料塔的塔填料、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。

纵观填料塔的发展,可以看出,直至80年代末,新型填料的研究始终十分活跃,尤其是新型规整填料不断涌现,所以当时有人说是规整填料的世界。

但就其整体来说,塔填料结构的研究又始终是沿着两个方面进行的,即同步开发散堆填料与规整填料。

另一个研究方向是进行填料材质的更换,以适应不同工艺要求,提高塔内气液两相间的传质效果,以及对填料表面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点,在板片上粘接石英砂,表面化学改性等),以改变液相在填料表面的润湿性。

填料塔从ACHEMA'94和ACHEMA'97两届展览会展出情况来看,进入90年代后,填料的发展较慢,仿佛进入一个相对稳定期,或者说是处于巩固阶段。

如1994年展出的最具代表性的产品仍是Sulzer公司1991年展出的Optiflow规整填料,而1997年也只展出了一种新型填料的几何形状,即Raschig公司的Supekpak300型板式规整填料,其余都是一些老填料的新改进(如Rombopak改进型填料)。

填料领域最多的发展还是在气液分布器方面。

国外大公司对液体分布装置的研究较成熟,但对气体分布器的研究是几年前才起步的。与此相反的是,近五六年来,塔器中板式塔技术却又有了明显的进步。

尽管如此,新型填料的开发与应用仍将会有发展,其重点亦仍是规整填料。

预计今后填料塔的发展仍应归结到以下三个方面:

①新型填料及塔内件的开发。

②填料塔的性能研究。

③填料塔的工业应用。

折叠 编辑本段 基本分类

80年代后期和90年代初期,国外还是推出了一些高效新型填料,数量上虽不是很多,但也还有特色。

折叠 散堆填料

Envicon公司的新型Mc-Pac环金属填料,有30mm×15mm和65mm×30mm填料塔填料塔这2种尺寸。据制造商介绍,与50mm鲍尔环相比,其较大型号的效率提高40%,压降减小60%。Raschig公司的Raschig-Super-Ring塑料环,按照该公司的介绍,与50mm塑料鲍尔环相比,它的压力损失减少了70%,负荷能力提高了50%。Lantc公司的Q-pacMetalHybridPacking(混合填料),具有规整填料的效率和能力,又有散堆填料的经济性和通用性,能降低HETP(理论塔板等效高度)30%以上,压力损失减少40%。Lantc公司的IMPAC工艺塔填料,其传质效率比Intalox高出30%以上,其优良的综合性能在现代散堆填料领域内一枝独秀,对于精密分离、热敏物系和节能改造十分有利。Lantc公司的IMPAC冷却塔填料,具有良好的水滴分散性能和自分布性能,每m3有多达5万个的水滴。与现有填料相比,效率可提高40%以上,具有长达10年的使用寿命,有效地降低了操作成本。Lantc公司的LANPAC环保塔填料,与其他尺寸相同的填料相比,它可更有效地降低压降,提高传质效率,且现场作业证明不堵塞。Koch公司的K4GTM高效填料,自称是从拉西环算起,鲍尔环是第二代,从前的其他各种散堆高效填料是第三代,它是第四代第一个散堆填料,具有更低的压降和非常高的分离能力,经美国得克萨斯州大学能量研究中心试验证明,其能力可比鲍尔环提高15%,该公司称其是目前最先进的散堆填料之一。此外,还有日本的M-pak环和Koch公司的K-pak环。

折叠 规整填料

Sulzer公司的Katapak化学反应器用填料,是以双层丝网制成的波纹填料,在丝网的夹层内装有催化剂[5]。Sulzer公司的Optiflow规整填料,具有独特的结构,由薄板片冲压折叠和组填料塔填料塔装而成,它改变了液相在Mellapak板渡填料表面上稳定流过较长距离的传统模式,通过曲折而不断改变方向的板片,促进液相的分散-聚合-再分散循环,保证与气相的良好接触,并使传质表面不断更新。它综合了规整填料和散堆填料的优点,既具有很高的效率,又具有极大的通量。据称,与常规塔板和填料相比,在相同的分离效率条件下,处理能力可提高20%~25%,而在相同的处理能力情况下,传质效率可提高50%。Raschig公司的Supekpak300型板式规整填料的比表面积为300m/m。根据制造商提供的数据,与迄今在比表面上可相比拟的填料相比,它的负荷能力提高26%,压力损耗降低33%。日本三菱商事(株)的Mc-pak规整填料,分为丝网和板材2类,丝网500目,比表面积为1000m/m。板材类有250S、350S、500S和500SL共4种,比表面积分别为250m/m、350m/m、500m/m,其中500SL为高液负荷和低压降型。总的特点是压力损耗小,操作范围宽,HETP小,操作弹性大。Schott公司的Durapack玻璃纤维规整填料,是该公司的专利产品,为高抗腐产品,具有高通量、低压降及良好的分离性能。比表面积为280m/m和400m/m。空隙率分别为80%和72%,网纹表面分为粗糙表面和光滑表面,装入DN100~DN1000mm的塔内。此外,瑞土Kühni公司还将Rombopak系列扩展到12M型。它的比表面积为450m/m。制造商在一个内径为DN50mm的实验塔内用氯苯/乙苯试验体系在6600Pa压力下测得:当F因子为0.5Pa时,为10块理论塔板;当F因子为2Pa时,为7块理论塔板。Montz公司提供了他们的钽质Montz-PakA300型填料,它的板厚为0.05mm。Nutter公司生产的BSH规整镇料是介于网、板填料之间的新型高效填料,它独特的可膨胀金属织物结构弥补了金属丝网和片状金属规整填料间的差距。BSH织物结构的毛细管作用,使填料在任何操作工况下都具有最高的传质效率。填料的开口处可保证填料有效表面不断更新和填料两边液体的交换,达到最佳的气液接触和分离效果,其比表面积高达500m/m,可满足任何分离工艺需要。它典型应用在炼油厂的粗馏塔、反应蒸馏、空气分离和制药化学塔。BSH填料配用Nutter公司专利液体分布器等全部塔内件,理论塔板数高、HETP低、压降小。

折叠 毛细管填料

近年来发展起来的新技术,该填料利用毛细管来影响长程相互作用力,可使原需要共沸精馏等的物料在一个塔内完成且再也无需共沸剂等中间物料,大大提高精馏效率,有效降低塔高。

折叠 编辑本段 历史事记

自从1914年出现拉西环填料以后,填料塔的发展进入了科学的轨道。

1914年瓷质拉西环的问世,标志着填料塔进入了科学发展的年代。

1914年第一代有规填料拉西环(Raschingring)的出现,使填料填料塔填料塔塔的发展进入了科学轨道。

1914年Rachig环问世,标志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到汽液分布性能对填料塔操作的重要性。

1937年斯特曼填料的出现,使填料和填料塔又进入了现代发展时期。

1950年后,填料塔进入了缓慢发展时期,在这个时期内,人们注意了对塔内件的研究,力图解决填料塔的放大问题,但由于各种板式塔的出现及其成功应用,使填料塔倍受冷落。

1951年Danckwerts侧针对渗透理论假定旋涡在界面上停留一个固定的时间的不合理性,特别对搅拌槽、乱堆填料塔、鼓泡塔、喷雾塔,其中的气泡和液滴有较宽的尺度分布,对渗透理论进行改进,提出了表面更新理论。

1964年国际蒸馏会议认为是填料塔放大以后液体分布不均所致。

1966年用于分离水和重水的第一个苏尔寿填料塔在法国投产。

自1966年世界上建立起莽一批网波填料塔以来,十多年的实践证明,风波填料具有效率高、负荷大、压降低、滞液星小、几乎无放大效应以及易于机械化加工等优点,因此其应用得到了迅速发展。

1969年,Viviantl将一个填料塔固定在大离心机的旋转臂上,首次测定了离心加速度对传质效率的影响。

1970年,我国建成第一座金属丝网波纹填料塔,20多年来估计有数百座金填料塔填料塔属丝网波纹填料塔投人生产。

1971年SPAAY等采用不同材质、不同尺寸的拉西环较为详尽地研究了脉冲填料塔的两相流动、轴向混合和传质特性,给出了特性速度、液滴直径的经验关联式。

1972年苏尔寿公司已建造了12个CY型填料塔,并且已成功地运转着。

1972年以来,以欧美为中心的世界硫酸制造所用的填料塔逐渐改换成陶瓷阶梯环,包括新建在内其总数可达100座。

故于1973年5月提出在石灰石填料塔内用水冼涤尾气的方案。

湍球塔不仅可用于乙炔冷却、清净和中和,而且也可用于水洗塔,这在国聚氯乙烯生产上也是首创,对防腐力量薄弱的地区也有很强的适应性。

1977年Simonsl介绍了脉冲填料塔在己内酚胺生产中的应用,并提出脉冲填料塔的传质效率与塔径和塔中是否存在反应无关,因而具有易于放大的优点。

1980年5月开始进行了阶梯环填料塔的试验,获得成功。

1980年,Merchu曾将填料塔作为氧合器,对几种较小尺寸的填料进行了传质性能的测定,并进行了血液氧合过程的尝。

1982年4月在直径5.3米的油洗塔及直径5.1米的水洗塔中,将上段的浮阀塔板改为充填英塔洛克斯金属填料的填料塔。

在推广新技术过程中,天津大学填料塔新技术公司也得到了迅速发展,从1985年资金为零,发展到拥有3000多万元资产的中型企业,成立研究推广中心后的1990年-1995年共创利税3500万元。

填料塔填料塔1986年底大检修时,对部分设备进行了改造,用填料塔取代了浮阀塔

1987年元旦试车成功后,投产运行一年证明填料塔确有许多优点,但也存在一些问题。"官、产、学"结合促进科技成果转化天津大学"新型填料塔及高效填料研究推广中心"天津大学填料塔新技术公司天津大学研究开发的"具有新型塔内件的高效填料塔"技术,1987年获国家科技进步三等奖,1989年列为国家科委第一批全国重点推广项目。

1988年将酚精制抽提塔改成新型填料后取得的经验,也将转盘塔改成了阶梯环填料塔。

1989年对苹取塔进行技术改造,由原内驱动转盘塔改为短距阶梯环填料塔。后经论证,1989年大修期间将板式塔改造为高效填料塔。

1990年经中国国家科委和国家教委批准,在天津大学成立了国家级行业性研究推广中心"新型填料塔和高效填料研究推广中心"

1990年的年产8万吨合成氨节能技术改造时,将脱碳的两塔改为填料塔,改后脱碳的生产状况大大改善。

1990年国家科委将国家填料塔及内件技术研究推广中心设在天津大学填料新技术公司,并被列为国家"八五"九五"科技成果重点推广项目依托单位。

1990年,国家科委将国家级化工填料塔及内件技术推广中心设在了天津大学填料新技术公司。

1991年初,填料塔都由于此种原因而发生"液泛"

1991年采用高效填料塔技术改造以后,排放水质达到标准,而且回收了甲醇,保护了环境,降低了甲醇的消耗。

天津大学填料塔新技术公司1991年引进了苏尔寿公司的MELLAPAK自动生产线,并自已开发了碳钢渗铝板波纹填料;清华大学和上海化工研究院分别开发了压延板网波纹填料;中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料。

早在1991年,天津大学依靠化学工程学科在填料技术方面的优势,建立了天津大学填料塔新技术有限公司,在全国改造各类塔器近万个,取得了巨大的经济效益。

1993年三季度末主体设备由制造厂运抵本厂,同时联苯炉,波型截止阀、减速器传动装置、变频器、电器控制箱,铸带槽、工艺管道、计量泵、填料塔等辅助装置也相继到厂。但随着植物油精炼工艺的发展和进步,FH公司自1993年起在植物油脱臭工艺上采用了最新研制的结构填料塔。

1994年后我们又将原填料塔进行改造设计,设计时总结了原老系统设备浮阀,筛板复合塔板的改造和运行情况,并进行了改进,增设了一旋流除雾板。

1996年,经过考察研究,决定采用石家庄正元塔器开发公司的专利技术,利用大修机会,将变换工段饱和热水塔由原来的填料塔改造为新型高效垂直板塔。

1996年初,虽用一台金属孔板我们在粗苯装置的操作上采取了以下措施,取得了波纹填料塔代替了4台木格塔,但由于蒸汽压力低,较好的效果。

1997年9月,天津大学校办企业天财资讯系统工程公司、天津大学填料塔新技术公司、天津华通高新技术公司整体改制,再由天津大学、中国船舶工业总公司707研究所、天津大学事业发展总公司、天津经济建设投资集团、海南琼海农贸产品交易批发中心等7家机构共同筹组发起天大天财公司。

1997年,该公司对此作了改进:尾气经冷却后,经两级缓冲和两级填料塔过滤后进合成炉。

1997年天津大学作为主发起人,将天津大学填料塔新技术公司等公司的经营性净资产6500万元作为出资发起设立了天大天财,其中填料塔新技术公司净资产2780万元,占总投入的42.7%

1997年随天大天财在深交所上市改制成为天津天大天财股份有限公司填料塔新技术分公司,2000年6月改制为天津天大天久科技股份有限公司

1998年7月对填料塔进行改造,取得了明显的效果。填料塔填料塔1998年7月,将脱甲烷塔改为填料塔。

1998年8月,由天大天财公司填料塔新技术分公司和天大化工所、茂名石化公司设计院共同设计的我国最大的500万吨/年原油常减压装置,在广东茂名一次开车成功,使茂名石化公司的炼油能力达到每年1350万吨,成为我国第一个千万吨级的炼油基地。

1999年,填料塔中的三相精馏过程在特定的条件下不会显著降低传质效率。

1999年,后洗苯塔阻力逐渐上升特别是花环填料塔阻力最高达到3000Pa使煤气鼓风机负荷增大鼓风机后煤气压升多次超出额定值须频繁停塔清扫等强化操作。

2000年,生产乙苯的填料塔开车成本偏高,分离效率低,原因在于塔体内盘式分离器通透率低,每小时处理量只有4.25吨,没有达到6吨的处理标准,其原因是塔壁流没能得到利用。

2000年,南京炼油厂采用填料塔技术对偏三甲苯精馏塔进行了技术改造,扩大了装置的生产能力,装置处理量得到大幅度的提高。

2000年检修时,对净化系统的循环酸增加一级沉淀,溢流进人另一循环槽,通过泵打人板式冷却器再进入填料塔。

遂于2000年4月对解吸塔进行了全面改造,将原浮阀塔改为填料塔。

2001年首次发现草甘膦生产过程中产生氯甲烷,提出了正确的反应机理,开发了DCS自动补气平衡系统和以新型波纹填料塔为核心的多级水洗、碱洗、吸附、干燥技术,净化回收率达95%以上,成功地解决了回收氯甲烷产气点多、产气不稳定以及含有大量杂质等问题。

2001年杭氧、开空、川空和中国空分设备公司等主要企业以填料塔、全精馏制氩、内压缩流程为代表的新一代大型空分设备占据了国内2万m~3/h以下空分设备市场。

折叠 编辑本段 应用领域

聚炳烯槽填料塔随着新型塔填料的相继开发和应用,填料塔的优点更显突出,应用范围日益扩大。在炼油、石油化工、精细化工、化肥、制药和原子能工业部门,以及环保领域的应用已趋于成熟。填料塔尤其适用于真空蒸馏、常压及中压下的蒸馏,当然还有大气量的两相接触过程(如气体的吸收、冷却等),但在高压精馏塔中应用时要特别谨慎。人们正在对高压精馏填料塔进行研究,企图从填料塔的结构和操作方法上予以解决,例如有人提出填料层分段乳化操作或采用超重力场分离等。在突破高压精馏塔应用填料的局限性方面已取得了一些进展,其关键是彻底弄清高压(高液相负荷)对塔的处理能力和效率的影响,可利用浅床层和高性能塔构件(如气体分布器、液体分布器及再分布器)。也有人建议开发适用于高压蒸馏的组合式填料。

填料塔应用的另一个新领域是空气分离装置。30年代以前的空分设备,主要是满足焊接、切割用氧及化工用氮。由于现代钢铁、氮肥、化工及火箭等技术的发展,氧、氮及稀有气体的用量迅速增加。国外一些大公司,如德国的Linde公司,美国的APCI公司(空气制品与化学品公司)、英国的BOC公司(氧气公司)和法国的空气液化公司等,均已开始把填料塔应用于空分方面的研究,瑞士Sulzer公司作为填料生产厂商与上述公司积极合作,已取得可喜成绩。

空分装置中规整填料的另一个用途是在粗氩塔中使用。过去的粗氩塔为筛板塔,无法得到氧含量小于2×10-6的纯氩。改用填料塔,便可取消过去生产纯氩产品时使用的下游工艺。

折叠 编辑本段 发展状况

折叠 复合填料塔

人们发现,为了满足塔器技术改造和高压蒸馏的需要,应根据塔内各段的不同分离要求和两相负荷沿塔高的分布,选用不同类型的最合适的填料,并优选其结构参数,组成复合填料塔,再匹配以高效塔内件(气/液分布器、填料支承和液体再分布器等),以强化气液两相间的传质过程,提高塔的处理能力和分离效率。同时,人们也着眼开发适用于高压蒸馏用的组合式填料,即分布填料、传质填料和隔离填料的组合,从而用尽可能少的塔内件,在提高效率与通量的基础上,降低塔的造价。

折叠 流化床填料塔

在一些环境工程工艺中,悬浮于气相和液相中的固体颗粒有时会堵塞填料床,解决的办法是采用流态化填料床。尽管流态化能实现更高的气流速率和传质速率,但因为缺少设计关联式,且底部的格栅有时会伴随产生高压力降,故要使填料床均匀流化有不少困难,因而过去人们在将其应用于工业规模的填料塔方面,一直徘徊不前。

国外推出一种EUROMATIC填料,为塑料椭球形空心薄壁填料,尺寸为30mm、50mm、110mm,它的开发促使人们对流态化填料床的研究更加深入。由于这种填料的性能特点,预计其在工业中的应用前景光明。

流态化床层的设计,是将空心椭球填料搁置在支撑格栅上,上方安置压环、液体分布器和除沫器。液相由除沫器下方送入,由塔底排出,而气相由支撑搁栅下方进入,由塔顶排出。流化状态在压环与支撑搁栅之间进行。作用于气体、液体和填料间的剪切力使流经空隙的气流产生压降,当压降与单位横截面积上的填料和液体的质量平衡时,填料床就开始膨胀,这就是初始流态化。当气流速率高于平衡态速率时,填料床松散且填料元件自由流动,可使传质的界面面积随之更新。

实践证明,由于填料床随着气体流速的增加继续膨胀,因此避免了高的局部流速,并且压降几乎保持恒定。而当气相负荷高于初始流态化的气相负荷时,床层由于在较高气相负荷时填料元件的运动,在气流速率增加的条件下,传质效率几乎保持恒定。

折叠 编辑本段 工业应用

为解决废气中有机胺类物质的恶臭污染问题,采用自制生物填料塔处理三甲胺废气,考察了生物填料塔运行的主要影响因素及对三甲胺废气的净化效果。实验结果表明,在进气中三甲胺质量浓度为80.00mg/m、气体流量为0.3m/h(停留时间不小于30s)、循环液喷淋密度为0.5m/(m/h)的条件下,三甲胺去除率达99.9%,净化后气体能达到国家二级排放标准;生物填料塔对三甲胺的总去除与容积负荷呈直线关系,相关系数达0.9949,表明三甲胺废气的生物净化效果显著。

塔设备有许多种类型,塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。

折叠 编辑本段 与板式塔比较

对于许多逆流气液接触过程,填料塔和板式塔都是可以适用的,设计者必须根据具体情况进行选用。填料塔和板式塔有许多不同点,了解这些不同点对于合理选用塔设备是有帮助的。

①填料塔操作范围较小,特别是对于液体负荷变化更为敏感。当液体负荷较小时,填料表面不能很好地润湿,传质就效果急剧下降;当液体负荷过大时,则容易产生液泛。设计良好的板式塔,则具有大得多的操作范围。

②填料塔不宜于处理易聚合或含有固体悬浮物的物料,而某些类型的板式塔(如大孔径筛板、泡罩塔等)则可以有效地处理这种物质。另外,板式塔的清洗亦比填料塔方便。

③当气液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时,填料塔因涉及液体均不问题而使结构复杂化。板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理,当有侧线出料时,填料塔也不如板式塔方便。

④以前乱堆填料塔直径很少大于0.5m,后来又认为不宜超过1.5m,根据近10年来填料塔的发展状况,这一限制似乎不再成立。板式塔直径一般不小于0.6m。

⑤关于板式塔的设计资料更容易得到而且更为可靠,因此板式塔的设计比较准确,安全系数可取得更小。

⑥当塔径不很大时,填料塔因结构简单而造价便宜

⑦对于易起泡物系,填料塔更适合,因填料对泡沫有限制和破碎的作用。

⑧对于腐蚀性物系,填料塔更适合,因可采用瓷质填料。

⑨对热敏性物系宜采用填料塔。

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