填料塔的結(jié)構(gòu)和填料***性

 

1.填料塔簡介

 

單元操作是化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)中一系列基本操作的總稱，如粉碎、輸送、加熱、冷卻、混合和分離物料，使它們經(jīng)歷預(yù)期的物理變化。這些操作的研究是化學(xué)工程的一個(gè)重要分支。各種單元操作基于不同的物理和化學(xué)原理，并使用相應(yīng)的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各自的技術(shù)目的。例如，根據(jù)液體混合物中各組分揮發(fā)能力的不同，可以實(shí)現(xiàn)液體混合物中組分分離或某一組分純化的目的。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品和環(huán)保等行業(yè)，塔式設(shè)備是重要的單元操作設(shè)備。可以實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相之間的充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)相之間的傳質(zhì)和傳熱過程。廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、萃取等單元操作。隨著石油和化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，塔設(shè)備的合理設(shè)計(jì)將越來越受到重視。塔式設(shè)備有兩種:板式塔和填料塔。我們將在下面描述填料塔。

 

填料塔的基本***點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、壓降小、傳質(zhì)效率高、耐腐蝕材料使用方便等。這表明它對(duì)于熱敏性和易發(fā)泡材料的***越性。以往填料塔多推薦直徑在0.6 ~ 0.7m以下的塔，近年來，隨著高效新型填料等高性能內(nèi)件的開發(fā)，以及對(duì)填料流體力學(xué)、放***效應(yīng)和傳質(zhì)機(jī)理的深入研究，填料塔技術(shù)發(fā)展迅速。

 

氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常見的混合氣分離操作。其基本原理是利用各組分在***定液體吸收劑中的不同溶解度，實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作。吸收過程可以采用板式塔和填料塔，本設(shè)計(jì)采用填料塔作為主要吸收設(shè)備。塔內(nèi)填充瓷環(huán)等填料，液體從塔***均勻滴下，沿瓷環(huán)表面向下流動(dòng)，氣體通過填料之間的間隙上升，與液體連續(xù)逆流接觸。在這種設(shè)備中，氣體中的可溶性成分被不斷吸收，其濃度自下而上不斷降低；另一方面，在液體中，可溶性成分的濃度從上到下連續(xù)增加。

 

2.填料塔結(jié)構(gòu)

 

塔體為圓柱體，內(nèi)部堆放一定高度的填料。在操作過程中，液體從塔的上部進(jìn)入，通過液體分配器均勻地噴灑在塔的橫截面上，并作為填料表面的薄膜向下流動(dòng)。填料高度高的填料塔可以將填料分層，在每層填料之間設(shè)置液體再分布器，以收集從上層流下的液體，并將液體重新分布在塔的截面上。氣體從塔的下部進(jìn)入，并通過填料層中的間隙從塔***排出。離開填充層的氣體可能攜帶少量液體泡沫。如有必要，可在塔***安裝除霧器。

 

3.填料***性

 

氣液兩相在填料表面逆流接觸。填料不僅為氣液兩相接觸提供傳質(zhì)表面，而且促進(jìn)氣液兩相分散，保持液膜更新。填料的性能可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià):

 

(1)比表面積a

 

填料應(yīng)具有盡可能***的表面積，以提供液體擴(kuò)散并形成更多的氣液接觸界面。單位填充體積的填料表面積稱為比表面積a，單位為m2/m3。對(duì)于同類填料，小尺寸填料比表面積較***，但過小的填料不僅成本較高，而且對(duì)氣體流動(dòng)的阻力也較***。

 

(2)孔隙率ε

 

在填料塔中，氣體通過填料之間的間隙。流體通過顆粒層的阻力與孔隙率密切相關(guān)。為了降低氣體的流動(dòng)阻力，提高填料塔的允許氣體速度(處理能力)，填料床的孔隙率應(yīng)盡可能***。對(duì)于各向同性填料床，空隙率等于填料塔自由截面的百分比。

 

(3)填料的幾何形狀

 

雖然目前填料的形狀難以定量表達(dá)，但兩種比表面積和孔隙率相近但形狀不同的填料在流體力學(xué)和傳質(zhì)性能上存在顯著差異。理想形狀的填料為氣液兩相提供了合適的通道。氣流壓力降低，流量***，液流容易擴(kuò)散成液膜，液膜表面更新快。因此，開發(fā)新的填料主要是為了改善填料的形狀。