4精細(xì)化工過(guò)程與設(shè)備 塔式反應(yīng)器

1、精細(xì)化工過(guò)程與設(shè)備授課教師 張大德代第四章 塔式反應(yīng)器 4.1 概述 塔式反應(yīng)器基本類型 塔設(shè)備除了廣泛應(yīng)用于精餾、吸收、解吸和萃取等方面外，它也可以作為反應(yīng)器應(yīng)用于氣液相反應(yīng)，例如，加氫、磺化、鹵化、氧化等化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 常見的塔式反應(yīng)器按氣液相接觸形態(tài)可分為： 氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的鼓泡塔反應(yīng)器和板式反應(yīng)器； 液體以液滴狀分散在氣相中的噴淋塔反應(yīng)器； 液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料塔反應(yīng)器。4.1 概述 幾種主要塔式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.1所示： （a）填料塔反應(yīng)器 (b)板式塔反應(yīng)器 (c)噴淋塔反應(yīng)器 (d)鼓泡塔反應(yīng)器 圖4.1幾種主要塔式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖4.1 概述

2、二，塔式反應(yīng)器的特點(diǎn) 1，填料塔 填料塔反應(yīng)器主要用于氣液相反應(yīng)，由于液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而與氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少，適用于快速和瞬間反應(yīng)過(guò)程，能獲得較大的液相轉(zhuǎn)化率。例如，水吸收NO2生成硝酸、水吸收HCI生成鹽酸、吸收SO3生成硫酸等。 填料塔反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降小、能適應(yīng)各種腐蝕介質(zhì)和不易造成溶液氣泡的優(yōu)點(diǎn)。特別是在常壓和低壓下，當(dāng)壓降成為主要矛盾和反應(yīng)溶劑易與起泡時(shí)采用填料塔反應(yīng)器是合適的。 缺點(diǎn)是：其一，液體在填料床層停留時(shí)間短，不能滿足慢反應(yīng)的要求，同時(shí)存在壁流和液體分布不均等問題；其二，它較難從塔體中直接移去熱量，當(dāng)反應(yīng)熱較高時(shí)，必須增加液體噴淋

3、量帶出熱量。 填料塔中使用填料，對(duì)填料要求是：比表面大、空隙率高、耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度和潤(rùn)濕性能優(yōu)良。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍等，材質(zhì)有陶瓷、不銹鋼、石墨和塑料。 4.1 概述 2，板式塔 其液體是連續(xù)相而氣體是分散相，借助于氣體通過(guò)塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。板式塔反應(yīng)器適用于快速和中速反應(yīng)過(guò)程，具有逐板操作的特點(diǎn)。由于采用多板，可將軸向返混降到最低，并可采用最小的液體流速進(jìn)行操作，從而獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。氣液劇烈接觸，氣液相界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱系數(shù)大，是強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程的塔型。因此適用于傳質(zhì)過(guò)程控制的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。板間可設(shè)置傳熱構(gòu)件，以移出和移入熱量。 缺點(diǎn)是：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)

4、雜，氣相流動(dòng)壓降大，且塔板需要用耐腐蝕材料制作。 因此，板式塔大多用于加壓操作過(guò)程。 3，噴霧塔 噴霧塔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，液體以細(xì)小液滴的方式分散于氣體之中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)。是氣膜控制的反應(yīng)系統(tǒng)，適于瞬間、界面和快速反應(yīng)過(guò)程。也適用于生成固體產(chǎn)物的體系。但儲(chǔ)液量低，液相傳質(zhì)系數(shù)小，且霧滴在氣流中浮動(dòng)和有氣流溝流存在，氣液二相返混嚴(yán)重。 4.1 概述 4，鼓泡塔 鼓泡塔反應(yīng)器適用于液相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。例如：各種有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)、各種石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)、各種生物化學(xué)反應(yīng)、污水處理曝氣氧化和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應(yīng)。

5、 在實(shí)際使用中它具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）氣體以小的氣泡形式均勻分布，連續(xù)不斷地通過(guò)氣液反應(yīng)層，保證了氣液充分混合，反應(yīng)良好。 （2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易清理，操作穩(wěn)定，投資和維修費(fèi)用低。 （3）反應(yīng)器具有極高的儲(chǔ)液量和相際接觸面積，傳質(zhì)和傳熱效率高。適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和高度放熱的情況。 （4）在塔的內(nèi)外都可以安裝換熱裝置。 （5）和填料塔比較，鼓泡塔能處理懸浮液體。 鼓泡塔也有一些難以克服的缺點(diǎn)： （1）為了保證氣體沿截面均勻分布，鼓泡塔的直徑不宜過(guò)大，一般在2-3米以內(nèi)。 （2）鼓泡塔內(nèi)液相軸向返混很嚴(yán)重，在不太大的高徑比情況下，可認(rèn)為液相處于理想混合狀態(tài)，因此較難在單一連續(xù)反應(yīng)器中達(dá)到較高的

6、液相轉(zhuǎn)化率。 （3）鼓泡塔反應(yīng)器在鼓泡時(shí)所耗壓降較大。4.1 概述 四，塔式反應(yīng)器選型 塔式反應(yīng)器選型時(shí)一般應(yīng)考慮以下因素：(一)、具備較高的生產(chǎn)能力 反應(yīng)器形式應(yīng)適合反應(yīng)系統(tǒng)特性的要求，使之達(dá)到較高的宏觀反應(yīng)速率。在一般情況下，當(dāng)氣液相反應(yīng)過(guò)程的目的是用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)考慮選用填料塔；如果 反應(yīng)速率極快可以選用填料塔和噴淋塔；如果反應(yīng)速率極快，同時(shí)熱效應(yīng)又很大，可以考慮選用膜式塔；如果反應(yīng)速率為快速或中速時(shí)，宜選用板式塔；對(duì)于要求在 反應(yīng)器內(nèi)能處理大量液體而不要求較大相界面積的動(dòng)力學(xué)控制過(guò)程，宜選用鼓泡塔。(二)、有利于反應(yīng)選擇性的提高 反應(yīng)器的選型應(yīng)有利于抑制副反應(yīng)的發(fā)生。如平行反應(yīng)中

7、副反應(yīng)較主反應(yīng)為慢，則可采用持液量較少的設(shè)備，以抑制液相主體進(jìn)行緩慢的副反應(yīng)；如副反應(yīng)為連串反應(yīng)，則應(yīng)采用液相返混較少的設(shè)備（如填料塔）進(jìn)行反應(yīng)，或采用半間歇（液體間歇加入和取出）反應(yīng)器。 4.1 概述 (三)、有利于降低能量消耗 反應(yīng)器的選型應(yīng)考慮能量綜合利用并盡可能降低能耗。若反應(yīng)在高于室溫下進(jìn)行，則應(yīng)考慮反應(yīng)熱量的回收。如反應(yīng)在加壓條件下進(jìn)行，則應(yīng)考慮壓力能量的綜合利用。除此之外，為了造成氣、液兩相分散接觸，需要消耗一定的動(dòng)力。 (四)、有利于反應(yīng)溫度的控制 氣液相反應(yīng)絕大部分是放熱的，因而如何移熱，防止溫度過(guò)高是經(jīng)常碰到的實(shí)際問題。當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)很大而又需要綜合利用時(shí)，降膜塔反應(yīng)器是比較

8、合適的。除此之 外，板式塔和鼓泡塔反應(yīng)器可借助于安置冷卻盤管來(lái)移熱。但在填料塔中，移熱比較困難，通常只能提高液體噴淋量，以液體顯熱的形式移除。 (五)、能在較少液體流率下操作 為了得到較高的液相轉(zhuǎn)化率，液體流率一般較低，此時(shí)可選用鼓泡塔和板式塔反應(yīng)器，但不宜選用填料塔、降膜塔反應(yīng)器。例如，當(dāng)噴淋密度低于3m/(mh)時(shí)，填料就不會(huì)全部潤(rùn)濕，降膜塔反應(yīng)器也有類似情況。 4.1 概述 盡管在每一種塔式反應(yīng)器都不可能同時(shí)滿足上述五個(gè)要求，但可根據(jù)反應(yīng)本身的特點(diǎn)及生產(chǎn)要求選用不同的反應(yīng)器。鼓泡塔反應(yīng)器和填料塔反應(yīng)器均適用于氣液相反 應(yīng)，鼓泡塔反應(yīng)器在操作時(shí)液相是連續(xù)相，氣相是分散相；而填料塔反應(yīng)器在正

9、常操作時(shí)氣相是連續(xù)相，液相是分散相。正因?yàn)槿绱耍鼈兊奶攸c(diǎn)具有互補(bǔ)性。和其 它塔式反應(yīng)器相比，這兩種反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因而在氣液相塔式反應(yīng)器中應(yīng)用最廣。 4.2 填料塔 一，填料塔反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) 填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，如圖4.3所示。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上，在填料的上方安裝填料壓板，以限制填料隨上升氣流的運(yùn)動(dòng)。 （一）塔體 塔體是塔設(shè)備的主要部件，大多數(shù)塔體是等直徑、等壁厚的圓筒體，頂蓋以橢圓形封頭為多。但隨著裝置大型化，不等直徑、不等壁厚的塔體已逐漸增多。塔體

10、除滿足工藝條件對(duì)它提出的強(qiáng)度和剛度要求外，還應(yīng)考慮風(fēng)力、地震、偏心載荷所帶來(lái)的影響，以及吊裝、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、開停工等情況。 塔體的材質(zhì)常采用的有：非金屬材料（如高分子材料、陶瓷等），碳鋼（復(fù)層、襯里），不銹耐酸鋼等。 圖4.3 填料塔結(jié)構(gòu) 4.2 填料塔 圖4.3 填料塔結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)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。4.2 填料塔 （二）塔體支座 塔設(shè)備常采用裙式支座（見圖4.4），它應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，來(lái)承受塔體操作重量、風(fēng)

11、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(shí)排氣管； 7-無(wú)保溫時(shí)排氣管；8-排液孔4.2 填料塔 （三）人孔 人孔是安裝和檢修人員進(jìn)出塔器的唯一通道。人孔的設(shè)置應(yīng)便于人員進(jìn)入任一層塔板。對(duì)直徑大于800mm的填料塔，人孔可設(shè)在每段填料層的上、下方，同時(shí)兼作填料裝卸孔用。設(shè)在框架內(nèi)或室內(nèi)的塔，人孔的位置可按具體情況考慮。 人孔在設(shè)置時(shí)，一般在氣液進(jìn)出口等需要經(jīng)常維修和清理的部位要設(shè)置人孔，另外在塔頂和塔釜，也各設(shè)置一個(gè)人孔。 塔徑小于800mm時(shí)，在塔頂設(shè)置法蘭（塔徑小于450mm的塔，采用分段法蘭連接），不在塔體上開設(shè)人孔。 在

12、設(shè)置操作平臺(tái)的地方，人孔中心高度一般比操作平臺(tái)高0.7-1m，最大不宜超過(guò)1.2m，最小為600mm，人孔開在立面時(shí)，在塔釜內(nèi)部應(yīng)設(shè)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(nèi)件時(shí)，可不設(shè)置）。 裝有填料的塔，應(yīng)設(shè)填料擋板，借以保護(hù)人孔，并能在不卸出填料的情況下更換人孔墊片。 4.2 填料塔 （四）手孔 手孔是指手和手提燈能伸入的設(shè)備孔口，用于不便進(jìn)入或不必進(jìn)入設(shè)備即能清理、檢查或修理的場(chǎng)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(shè)置一個(gè)手孔，卸填料的手孔有時(shí)附帶擋板，以免反應(yīng)生成物積聚在手孔內(nèi)。 （五）塔內(nèi)件 填料塔的內(nèi)件有填料、填料支撐裝置、填料壓緊裝置、

13、液體分布裝置和液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。 （1）除沫器 當(dāng)空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程不允許出塔氣體夾帶霧滴的情況下，設(shè)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(shè)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(wǎng)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(yán)格的場(chǎng)合，還將干填料層作除沫器用。4.2 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(duì)氣液的分離效率。這種除沫器

14、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但耗用金屬多，造價(jià)高，在大塔尤為明顯，因而逐漸為絲網(wǎng)除沫器所取代。 圖4.5 折板除沫器 4.2 填料塔 絲網(wǎng)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(diǎn)，尤其是它具有除沫效率高、壓降小的特點(diǎn)，從而成為一種廣泛使用的除沫裝置。 小型除沫器的絲網(wǎng)厚度根據(jù)工藝條件決定，一般為50-150mm，絲網(wǎng)應(yīng)鋪平，相鄰每層絲網(wǎng)之間的波紋方向應(yīng)相錯(cuò)一個(gè)角度，上面用支撐板加以固定，絲網(wǎng)支撐柵板的自由截面積應(yīng)大于90%，安裝時(shí)柵板應(yīng)保持水平。 圖4.6 絲網(wǎng)除沫器4.2 填料塔-幾種常見填料 （2）填料 填料的種類很多，如圖4.7所示。 (a)拉西環(huán) （b）鮑爾環(huán) (c)階梯環(huán) （d）弧鞍

15、(e)矩鞍 (f)金屬環(huán)矩鞍 (g)多面球形 (h)TRI球形 (i)共軛環(huán) (j)海爾環(huán) (k)納特環(huán)4.2 填料塔-幾種常見填料 (l)木格柵填料 (m)格里奇格柵填料 (n)金屬絲網(wǎng)波紋填料 (o)金屬板波紋填料 (p)脈沖填料 圖4.7 幾種常見填料 4.2 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(dòng)程度(主要是氣相)創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)(包括傳熱)。它們應(yīng)能使氣、液接觸面大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時(shí)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(rùn)性能好，并在結(jié)構(gòu)上還要有利于兩相密切接觸，促進(jìn)湍流。制造材料又要對(duì)所處理的物料有耐腐蝕性，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，使

16、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(nèi)填料層，對(duì)其要求是：第一，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(yīng)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(jié)構(gòu)合理，有利于氣液二相的均勻分布，阻力小，便于拆裝。 4.2 填料塔 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(jù)塔徑、使用的填料種類和型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、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4.2 填

17、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(jié)構(gòu)，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(shí)負(fù)荷波動(dòng)等情況下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。 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(dāng)填料層發(fā)生破碎時(shí)，填料層孔隙率下降，此時(shí)填料壓板可隨填料層一起下落，仍能緊緊壓住填料而不會(huì)引起填料松動(dòng)。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，

18、且有彈性，在填裝正確時(shí)不會(huì)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(duì)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(wǎng)板 (b)填料壓緊柵板 (c)金屬壓板 圖4.9 填料壓緊裝置4.2 填料塔-液體分布裝置 （5）液體分布裝置 為了實(shí)現(xiàn)填料內(nèi)氣液二相密切接觸、高效傳質(zhì)，填料塔的傳質(zhì)過(guò)程要求塔內(nèi)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(guān)重要，理想的液體分布器應(yīng)具備以下條件： 與填料相匹配的液體均勻分布點(diǎn)。填料比表面積越大，分離要求越精密，則液體分布器分布點(diǎn)密度也應(yīng)越大。 操作彈性較大，適應(yīng)性好。 為氣體提供盡可

19、能大的自由截面，實(shí)現(xiàn)氣體的均勻分布，且阻力小。 結(jié)構(gòu)合理，便于制造、安裝、調(diào)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。4.2 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1/5-1/3 D。這種分布器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只適用于直徑小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般應(yīng)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(jīng)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D800mm的

20、塔中。(a)噴頭式 (b)盤式篩孔式 (c)盤式溢流管式4.2 填料塔-液體分布裝置 管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其突出的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供氣流流過(guò)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(fù)荷的填料塔中，在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋填料中，由于液體負(fù)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 4.2 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(jí)槽）、分布槽（又稱副槽或二級(jí)槽）構(gòu)成的。一級(jí)槽通過(guò)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

21、槽底（或槽壁）上設(shè)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(fù)荷大及含有固體懸浮物、粘度大的分離場(chǎng)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(yīng)用范圍非常廣泛。 (f)槽式 4.2 填料塔-液體分布裝置 槽盤式分布器是近年來(lái)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(diǎn)有機(jī)地結(jié)合一體，兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性高達(dá)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(chǎng)合。槽盤式液體分布器的結(jié)構(gòu)如圖4.10(g)所示。 (g)槽盤式 圖4.10 液體分布器4.2 填料塔 （6）液體

22、收集及再分布裝置 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，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(yīng)造成氣液兩相在填料層分布不均勻，從而使反應(yīng)效率下降。為此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)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(jīng)液體收集器收集后送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料的上方。 最簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 安裝方便，但它只起到將壁流向 中心匯集的作用，無(wú)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.

23、11 液體收集再分布裝置4.2 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(shí)使用，構(gòu)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(jìn)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4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) 二，填料的類型和性能評(píng)價(jià) 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的界面，是決定填料塔性能的主要因素。 （一）填料的類型 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。 1，散裝填料 散裝填料是一粒粒具有一定幾何形狀和

24、尺村的顆粒體，一般以散裝方式堆在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。常用的構(gòu)造材料包括陶瓷、金屬、玻璃、石墨等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料。 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (1)拉西環(huán)填料 拉西環(huán)(Rashing Ring)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2575mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷環(huán)壁厚2.59.5mm，金屬環(huán)壁厚 0.81.6mm。填料多亂堆在塔內(nèi)，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(shì)。在拉西環(huán)內(nèi)部空間的直徑位置上

25、加一隔板，即成為列辛環(huán)；環(huán)內(nèi)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(shí)容易產(chǎn)生架橋、空穴等現(xiàn)象，液體不易流入圓環(huán)的內(nèi)部，所以極易產(chǎn)生液體的偏流、溝流和壁流，氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，又由于填料層持液量大，氣體通過(guò)填料層折返的路徑長(zhǎng)，氣體通過(guò)填料層的阻力大、通量小。故近年來(lái)使用較少。 (b)弧鞍填料 弧鞍又稱貝爾鞍(Berlsaddle)，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?；“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面不分內(nèi)外全部敞開，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。它的另一特點(diǎn)是堆放在塔內(nèi)時(shí)，對(duì)塔壁側(cè)壓力比環(huán)形填料小。其

26、缺點(diǎn)是由于兩側(cè)表面構(gòu)形相同，堆放時(shí)填料容易疊合，因而減少暴露的表面，不能被液體潤(rùn)濕，使傳質(zhì)效率降低。最近已漸為構(gòu)形改善了的矩鞍填料所代替?；“疤盍隙嘤锰沾芍圃臁?4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià)4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (c)矩鞍(Intaloxsaddle) 為克服弧鞍填料容易套疊的缺點(diǎn)，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(shí)不會(huì)疊合，液體分布較均勻，且較耐壓力，構(gòu)形簡(jiǎn)單。一般采用陶瓷材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)應(yīng)用瓷質(zhì)拉西環(huán)的場(chǎng)合均以被瓷質(zhì)矩鞍填料所取代。 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (d)鮑爾環(huán)(Pallrin

27、g) 鮑爾環(huán)的構(gòu)造，相當(dāng)于在拉西環(huán)的壁面上開一排或兩排正方形或長(zhǎng)方形孔，開孔時(shí)只斷開四條邊中的三條邊，另一邊保留，向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，這些舌片在環(huán)內(nèi)幾乎對(duì)接起來(lái)。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(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣體流動(dòng)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(zhì)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(yīng)用。 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (e)階梯環(huán)(Cascademiniring) 是在鮑爾環(huán)基礎(chǔ)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

28、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(guò)填料層的阻力。階梯環(huán)填料的一端增加了一個(gè)翻邊，不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主，變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)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， 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (f)金屬環(huán)矩鞍填料(MetalIntaloxsaddle) 這是一種兼有環(huán)形填料和鞍 形填料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)小爪彎入環(huán) 內(nèi)

29、。它在構(gòu)形上是鞍與環(huán)的結(jié)合， 敞開的側(cè)壁有利于氣體和液體通 過(guò)，減少了填料層內(nèi)滯液死區(qū)， 填料層內(nèi)流通孔道增多，使氣液 分布更加均勻，傳質(zhì)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(yīng)用較多、性能優(yōu)良的一種 填料。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) （g）球形填料 是散裝填料的另一種形式，一般采用塑料材質(zhì)注塑而成，其結(jié)構(gòu)有多種。有許多板片構(gòu)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(diǎn)是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內(nèi)部通過(guò)。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，填料填裝密度均勻，不易產(chǎn)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(chǎng)合，工

30、程應(yīng)用較少。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) 規(guī)整填料 規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排列、整齊堆砌的填料。該填料的特點(diǎn)是規(guī)定了氣液流徑，改善了填料層內(nèi)氣液分布狀況，可以在很低的壓降下，提供更多的比表面積，使得處理能力和傳質(zhì)性能均得到較大程度的提高。 規(guī)整填料種類很多，按幾何結(jié)構(gòu)大致可分為格柵填料、波紋填料和脈沖填料。 20世紀(jì)60年代以后開發(fā)出來(lái)的絲網(wǎng)波紋填料和板波紋填料，是目前使用比較廣泛的規(guī)整填料?，F(xiàn)將它們的構(gòu)形和特點(diǎn)分述如下： 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (a)格柵填料 是以條狀單元經(jīng)一定規(guī)則組合而成，其結(jié)構(gòu)隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變，因而具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)

31、上應(yīng)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(yīng)用比較普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)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(fù)荷及防堵等場(chǎng)合。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) (b)波紋填料 是一種通用型規(guī)整填料，目前工業(yè)上應(yīng)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)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(zhì)效率也高。波紋填料的缺點(diǎn)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

32、卸、清理比較困難，造價(jià)也比較高。 波紋填料按材質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩類。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) 金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬網(wǎng)制成的，如圖所示： 將金屬絲網(wǎng)切成寬 50100mm的矩形條，并壓出波紋，波紋與長(zhǎng)邊的斜角為30，45或60，網(wǎng)條上打出小孔以利氣體穿過(guò)。然后將若干網(wǎng)條并排成較塔內(nèi)截面略小的一圓盤，盤高與條寬相等，許多盤在塔內(nèi)疊成所需的高度。若塔徑大，則將一盤分成幾份，安裝時(shí)再并合。一盤之內(nèi)，左右相鄰兩盤的網(wǎng)條又互成90交叉。 因絲網(wǎng)細(xì)密，故其孔隙率較高，填料層壓降低。由于絲網(wǎng)獨(dú)具的毛細(xì)作用，使表面具有很好的潤(rùn)濕性能，所以盡管其造價(jià)高，

33、因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) 板波紋填料 為了克服絲網(wǎng)波紋填料價(jià)格高及安裝要求高的缺點(diǎn)，將絲網(wǎng)條改為板條，填料的構(gòu)形相同，構(gòu)造材料除金屬外，還可用塑料。 金屬板波紋填料是板波紋填料的一種形式，如圖所示 該填料的波紋板上鉆有許多5mm左右的小孔，可起到加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板上軋成細(xì)小的紋，可起到增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。 板波填料的傳質(zhì)性能雖低于絲網(wǎng)波紋填料，但仍屬高效填料之列。這類填料的商品名有麥勒派克(Mellapak)、弗里西派克(Flexipac)等4.2 填料塔-填料的

34、類型和性能評(píng)價(jià) (c)脈沖填料 脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形 個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整 填料。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸 的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮 和擴(kuò)大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍 動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。 脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。 4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) （二）填料的性能評(píng)價(jià) 1，填料的幾何特性 填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因

35、子等，是評(píng)價(jià)填料性能的基本參數(shù)。 （1）比表面積 單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。 （2）空隙率 單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過(guò)的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) （3）填料因子 填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤(rùn)濕時(shí)的a

36、/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤(rùn)濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)的a/e 3 稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動(dòng)阻力越小。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)價(jià) 2填料的性能評(píng)價(jià) 填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤(rùn)濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出如表所示的結(jié)論。可看出，絲網(wǎng)波紋填料綜合性能最好，拉西環(huán)最差。4.2 填料塔-填料的類型和性能評(píng)

37、價(jià) 填 料 名 稱 評(píng) 估 值 語(yǔ) 言 值 排 序 絲網(wǎng)波紋填料 0.86 很好 1 孔板波紋填料 0.61 相當(dāng)好 2 金屬環(huán)矩鞍 0.59 相當(dāng)好 3 金屬鞍形環(huán) 0.57 相當(dāng)好 4 金屬階梯環(huán) 0.53 一般好 5 金屬鮑爾環(huán) 0.51 一般好 6 瓷環(huán)矩鞍 0.41 較好 7 瓷鞍形環(huán) 0.38 略好 8 瓷拉西環(huán) 0.36 略好 9 9種填料綜合性能評(píng)價(jià)4.2 填料塔 三，填料的選擇 填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。1. 填料種類的選擇： 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個(gè)方面： (1)傳質(zhì)

38、效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料 (2)通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料 (3)填料層的壓降要低 (4)填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便4.2 填料塔 2填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。 （1）散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔

39、徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。 （2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用

40、散裝填料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。4.2 填料塔 3. 填料材質(zhì)的選擇 填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。 (1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能，質(zhì)脆、易碎是其最大缺點(diǎn)。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)程中應(yīng)用較為普遍。 (2)金屬填料 金屬填料可用多種材質(zhì)制成，選擇時(shí)主要考慮腐蝕問題。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl 以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高，且表面潤(rùn)濕性能較差，在某些特殊場(chǎng)合（如極低噴淋密度下的減壓精餾

41、過(guò)程），需對(duì)其表面進(jìn)行處理，才能取得良好的使用效果；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)很高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。 一般來(lái)說(shuō)，金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，應(yīng)用范圍最為廣泛。4.2 填料塔 (3)塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100C以下使用。 塑料填料質(zhì)輕、價(jià)廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。它的通量大、壓降低，多用

42、于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，但可通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥?lái)改善其表面潤(rùn)濕性能。4.2 填料塔 四，填料塔反應(yīng)器的流體力學(xué)特性 正常操作時(shí)，流體從塔頂加入，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（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布器）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層孔隙，在填料表面氣液兩相密切接觸進(jìn)行反應(yīng)。 填料塔中，液體在填料表面呈液膜狀向下流動(dòng)，液相主體量較少，液體在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間短，因此填料塔氣液相反應(yīng)器適用于瞬間快速、所需接觸界面大的反應(yīng)。氣液兩相在填料塔內(nèi)的流動(dòng)狀況直接影響填料塔反應(yīng)器的應(yīng)用，因此有必要了解氣液兩相在填料層內(nèi)

43、的流動(dòng)狀況。4.2 填料塔 1，液體的成膜 液體能否在填料鋪展成膜與填料的潤(rùn)濕性有關(guān)，填料表面越容易被液體所潤(rùn)濕，即液體在填料表面上的鋪展能力越強(qiáng)，則液體越容易在填料表面成膜，因此對(duì)不同的液體選擇適當(dāng)?shù)奶盍喜馁|(zhì)和表面性質(zhì)，將使液體在填料表面具有較大的鋪展能力，可使用較少的液體獲得較大的潤(rùn)濕表面。如填料的材質(zhì)選用不當(dāng)，液體將不成膜而成細(xì)流下降，使氣液傳質(zhì)表面大為減少。 2，填料塔內(nèi)液膜表面的更新 在填料塔內(nèi)液膜所流經(jīng)的填料表面是許多填料堆積而成的，形狀極不規(guī)則。這種不規(guī)則的填料表面有助于液膜的湍動(dòng)，特別是當(dāng)液體自一個(gè)填料通過(guò)接觸點(diǎn)流至下一個(gè)填料時(shí)，原來(lái)在液膜內(nèi)層的液體可能轉(zhuǎn)而處于表層，而原來(lái)處于

44、表層的液體可能轉(zhuǎn)入內(nèi)層，由此產(chǎn)生表面更新現(xiàn)象。這種表面更新現(xiàn)象有力地加快液相內(nèi)部的物質(zhì)傳遞，是填料塔內(nèi)氣液傳質(zhì)中的有利因素。 但是，也應(yīng)該看到，在亂堆填料層中可能存在某些液流所不及的死角。這些死角雖然濕潤(rùn)的，但液體基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)兩相傳質(zhì)貢獻(xiàn)不大。4.2 填料塔 3，填料塔內(nèi)的液體分布 液體在亂堆填料層內(nèi)流動(dòng)所經(jīng)歷的路徑是隨機(jī)的，當(dāng)液體集中在某點(diǎn)進(jìn)入填料層并沿填料流下，液體將呈錐形逐漸散開。這表明亂堆填料具有一定的分散液體的能力，因此，亂堆填料對(duì)液體予分布沒有過(guò)于苛刻的要求。 另一方面，在填料表面流動(dòng)的液體會(huì)部分地匯集形成溝流，使部分填料表面未能潤(rùn)濕，綜合上述兩方面的因素，液體在流經(jīng)足夠

45、高的一段填料之后，將形成一個(gè)發(fā)展了的液體分布，稱為填料的特征分布。它是有填料的特性決定的。規(guī)整填料的特性分布優(yōu)于散裝填料。在同一填料塔中，噴液量越大，特征分布越均勻。 液體在填料塔中流下時(shí)，由于以下原因造成較大尺度上的分布不均勻，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施。 初始分布不均勻性 對(duì)于小塔，液體在亂堆填料層中雖有一定的自分布能力，但若液體初始分布不良，總體上填料的潤(rùn)濕表面積減少。對(duì)于大塔，初始分布不良很難利用填料的自分布能力達(dá)到全塔截面液體的分布均勻。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇好液體分布器。4.2 填料塔 填料層內(nèi)液流的不均勻性 沿填料流下的液流可能向內(nèi)、也可能向外流向塔壁，導(dǎo)致較多液體沿塔壁流下形成壁

46、流，減少了填料層的潤(rùn)濕率，這種現(xiàn)象稱為填料層內(nèi)液流的不均勻性。尤其當(dāng)填料較大時(shí)（塔徑與填料之比D/d8），壁流現(xiàn)象顯著。工業(yè)大型填料塔以取D/d30為宜。此外，由于塔體傾斜、填充不均勻及局部填料破損等均會(huì)造成填料層內(nèi)液體分布不均勻，液流不均勻性是大型填料塔傳質(zhì)性能下降的主要原因。4.2 填料塔 4填料塔中的持液量 在填料塔中流動(dòng)的液體占有一定的體積，填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示。持液量可分為靜持液量Hs、動(dòng)持液量Ho和總持液量Ht。 靜持液量是指當(dāng)填料被充分潤(rùn)濕后，停止氣液兩相進(jìn)料，并經(jīng)排液至無(wú)滴液流出時(shí)存留于填料層中

47、的液體量，其取決于填料和流體的特性，與氣液負(fù)荷無(wú)關(guān)。動(dòng)持液量是指填料塔停止氣液兩相進(jìn)料時(shí)流出的液體量，它與填料、液體特性及氣液負(fù)荷有關(guān)?？偝忠毫渴侵冈谝欢ú僮鳁l件下存留于填料層中的液體總量。顯然，總持液 量為靜持液量和動(dòng)持液量之和，即 填料層的持液量可由實(shí)驗(yàn)測(cè)出，也可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 持液量與填料表面的液膜厚度有關(guān)，液體噴淋量大，液膜增厚，持液量也加大。在一般填料塔操作的氣速范圍內(nèi)，由于氣體上升對(duì)液膜流下造成的的阻力可以忽略，氣體流量對(duì)液膜厚度及持液量的影響不大。 一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)某忠毫繉?duì)填料塔操作的穩(wěn)定性和傳質(zhì)傳質(zhì)是有益的，但持液量過(guò)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

48、下降。4.2 填料塔 5填料層的壓降 在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來(lái)的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，液膜與填料表面的摩擦及液膜與上升氣體的摩擦構(gòu)成了液膜流動(dòng)的阻力，形成了填料層的壓降。顯然，填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降P/Z與空塔氣速u的關(guān)系標(biāo)繪在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，可得到如下圖4.12所示的曲線簇。4.2 填料塔 在圖中，直線0表示無(wú)液體噴淋（L=0）時(shí)， 干填料的P/Zu關(guān)系，稱為干填料壓降線。 曲線1、2、3表示不同液體噴淋量下，填料層的 P/Zu關(guān)系

49、，稱為填料操作壓降線。 從圖中可看出，在一定的噴淋量下，壓降隨空塔 氣速的變化曲線大致可分為三段：當(dāng)氣速低于A點(diǎn)時(shí)， 氣體流動(dòng)對(duì)液膜的曳力很小，液體流動(dòng)不受氣流的影 響，填料表面上覆蓋的液膜厚度基本不變，因而填 料層的持液量不變，該區(qū)域稱為恒持液量區(qū)。 此時(shí)P/Zu為一直線，位于干填料壓降線的左側(cè)， 且基本上與干填料壓降線平行。當(dāng)氣速超過(guò)A點(diǎn)時(shí)， 氣體對(duì)液膜的曳力較大，對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用， 使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現(xiàn)象稱為攔液。 開始發(fā)生攔液現(xiàn)象時(shí)的空塔氣速稱為載點(diǎn)氣速，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A，稱 為載點(diǎn)。 圖4.12 單位填料層的壓降P/Z 與空塔氣速u的關(guān)系4.2 填料塔 若氣速繼續(xù)增大，到達(dá)圖中