填料塔的基本特点
精馏塔之填料塔
二. 填料的类型及性能评价
• 流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。 • 特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏，大塔径场合。
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二. 填料的类型及性能评价
• 2. 填料的几何特性 • （1）比表面积α：单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质
• 填料因子值小表示流动阻力小，液泛速度可以提高。
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二. 填料的类型及性能评价
• （4）堆积密度ρp：单位体积填料的质量，以表示，kg/m3。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄 以减小堆积密度，这样既增大了空隙率又降低成本。
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二. 填料的类型及性能评价
• （5）个数n：单位体积填料层具有的填料个数。根据计算出的 塔径与填料层高度，再根据所选填料的n值，即可确定塔内需要 的填料数量。一般要求塔径与填料尺寸之比D/d<8（此比值在 8～15之间为宜），以便气、液分布均匀。若D/d>8 ，在近塔 壁处填料层空隙率比填料层中心部位的空隙率明显偏高，会影 响气液的均匀分布。若D/d值过大，即填料尺寸偏小，气流阻 力增大。
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பைடு நூலகம்
二. 填料的类型及性能评价
• （2）空隙率ε：单位体积填料层具有的空隙体积，m3/m3。 值大则气体通过填料层的阻力小，故ε值以高 为宜。重要指标。
• 对于乱堆填料，当塔径与填料尺寸之比大于8时，因每个填料在塔内的方位是随机的，填料层的均匀性较好， 这时填料层可视为各向同性，填料层的空隙率就是填料层内任一横截面的空隙截面分率。
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三. 填料塔的流体力学性能
• ②载液区 • 气速增大，气体对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称
塔式反应器
直径不超过75mm的散装填料，可取最小
润湿速率 (LW)min=0.08 m3/（m·h）；
对于直径大于 75mm的散装填料，
(LW)min =0.12 m3/（m·h）。
填料表面润湿性能与填料的材质有关。 常用的陶瓷、金属、塑料三种材质而言，
以陶瓷填料的润湿性能最好，塑料填料的润湿 性能最差。
反应在液相内进行，为液相控制。
化学吸收可以大大降低塔的高度， 而物理吸收塔过高，不能够实现。
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5.1 概述
一、塔式反应器特点及应用
1．填料塔---快速和瞬间反应过程，特别适合与低压和介质 具有腐蚀性的操作。
2．板式塔---中速和快速反应过程。大多采用加压操作，适 用于传质过程控制的加压反应过程。
3．喷雾塔---瞬间反应过程，适合于有污泥，沉淀和生成固体 产物的体系，气膜控制的反应系统，气液两相返混严重。
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液体再分布器
作用: 减轻液体流动时， 逐渐增大的壁流现象。
如令每段填料层的高度为Z， 塔径为D，对乱堆拉西环， 取
随着填料性能的改进， 之值可增大， 该值一般在3至10之间。
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气体入口布气结构
作用：防止气体直接冲刷填料层。 当塔径小时,将进气管做成向下45º的切口, 以免气
体直接冲刷填料层。对大塔，气体入塔向下 方做成喇叭形以扩大或多空管气体分布器。
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液体喷淋密度: 指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积， 以U表示，单位为m3/m2·h）。
Umi n (Lw)mian
式中 U min ——最小喷淋密度，m3/（m2·h）； (LW) min ——最小润湿速率，m3/（m·h）； a ——填料的比表面积，m2/m3。
最小润湿速率:在塔的截面上，单位长度的 填料周边的最小液体体积流量。
填料塔结构示意图
填料塔结构示意图Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点：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。
填料的分类填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。
1．散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料（1）拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。
填料塔流体力学特性解读
，位于干填料压降线的左侧，且
基本上与干填料压降线平行。
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（4）载液区
当气速超过载点时，气体
【有关规律】载点气速随喷
对液膜的曳力较大，对液膜流 淋量增大而减小。
动产生阻滞作用，使液膜增厚
，填料层的持液量随气速的增 加而增大，此现象称为拦液。 开始发生拦液现象时的空塔气 速称为载点气速，曲线上的转
吸收设备——填料塔
吸 收
一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件
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二、填料层内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。 1、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
填料层内的气液分布不均 气体和液体在填料层内的沟流 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致
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5、液体喷淋密度和填料表面的润湿
填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度 及填料材质的表面润湿性能。 •喷淋密度U
——指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以 U表示，单位为m3/（m2· h）。 为保证填料层的充分润湿，喷淋密度大于最小喷淋密度
【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、
流体的物性及操作的液气比等。
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【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
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填 料 塔 的 液 泛 现 象
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3、填料塔的液泛
液泛时的空塔气速
(2)影响液泛的因素 填料特性 影响液泛 的因素
浅谈填料塔的结构、性能及安装注意点
浅谈填料塔的结构、性能及安装注意点——南京市金陵石化烷基苯厂烷一平涛210046 关键字：填料塔安装注意点引言烷基苯联合装置400#的主要任务是：在催化剂氟化氢存在的条件下，使苯和来自脱氢装置的C10～C13直链烷烯烃混合物中的烯烃进行烷基化反应，生成直链烷基苯。
并经过脱苯、脱烷烃、烷基苯精馏等过程，制取高质量的洗涤剂用直链烷基苯。
C-405与C-406作为其中最重要的一环，分别肩负着将烷烃（返回300#循环以及部分作为机泵的冲洗液）与烷基化物分离以及将烷基苯（主要产品）与重烷苯分离。
这两个在整个联合装置内都处于比较重要的地位的塔，采用的却同样是填料塔的结构。
1.填料塔的主要内件填料塔的主要内件主要由以下组成1.1 填料填料作为填料塔的重要组成部分，其作用相当于板式塔中的塔盘，是塔中物料进行温度交换和传质的主要场所。
填料主要分为散装填料与规整填料两种。
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。
规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。
1.2 液体分布器液体分布器是保证传质顺利进行的重要塔内件之一。
分散相得到良好的分散和液滴群沿塔截面均匀分布是塔内传质过程得以顺利进行的必要条件。
大中型填料塔塔顶回流分布器在无脏堵情况下应优先选择带管式预分布器的二级槽式液体分布器(见图1)，以便于安装、检修，且不易形成液沫夹带。
槽盘式气液分布器（见图2）是一种重力式液体分布器，由于该分布器的喷淋孔开在升气管的中上部，重脏物沉于盘底，小孔以下的空间内可以贮存大量的重脏物；轻脏物浮在液层上面；液层中的小孔难以被堵塞。
管式液体分布器一般都属于压力型分布器，目前应用十分广泛，其优点在于不仅适用于整砌填料，而且适用于乱堆填料。
填料塔的优点及适用场合
填料塔的优点及适用场合
填料塔是化工设备中常见的一种装置，用于气体与液体之间的传质、传热和反应过程。
它主要通过填料将气体和液体进行充分接触，以实现质量传递和反应的目的。
填料塔具有以下优点和适用场合：优点：
1.提高传质效率：填料塔内的填料能够增加气液接触面积，提高传质效率，促进物质传递和反应。
2.良好的均质性：填料塔内填料的设计和布置可使气液充分混合，提供更均匀的反应条件。
3.灵活性强：可根据需要选择不同种类的填料，适应不同的工艺需求。
4.节省空间：填料塔结构紧凑，适合在有限空间内进行气液传质和反应。
5.操作和维护方便：填料塔结构简单，操作和维护相对容易。
适用场合：
1.化工工艺中的气液传质：用于气体和液体之间的传质操作，例如吸收、提取、冷却、净化等过程。
2.化工反应设备：在化工反应中用于促进气体和液体的混合和反应，如酸碱中和、氧化、还原等反应。
3.环保设备：用于污染物的处理和净化，如烟气脱硫、脱硝等环保工艺中的气液处理。
4.石油化工、化肥、精细化工等工业领域：用于催化反应、分馏、萃取、蒸馏等操作。
填料塔的应用范围广泛，可以在化工、环保、石油化工等多个领
域中发挥作用。
它是一种有效的气液传质和反应设备，能够满足不同工艺流程的需要，提高生产效率和产品质量。
填料塔
L2＞ L1
C’ C
L=0
填料层──Δp∝u1.8~2.0 L≠0，有液体喷淋，填料为湿 填料层
Δp
载点
B’
B A’
载液 区
低气速下：交互作用不明显 随u↑：交互作用开始显著 ──载点气速 u↑↑：至一定值，形成恶性 循环──泛点气速
A u
正常工作
液泛
（2） 液泛气速关联图 压降对填料塔操作的可靠性和经济性有着决定性的影响。 选择填料和确定塔径时，不同系统应控制的压降范围不同。 压降影响因素：填料特性(几何形状、比表面积、ε 等)，流 体物性(μ、σ 等)以及操作条件(气液流量、T 等)。 难以进行准确的理论计算，迄今仍然只能由各种经验关联式 或关联图进行估算。
二、 填料塔
1. 填料塔结构、特点与工业要求 （1）总体结构 填料层：气液两相接触传质场所 液体分布器：使入塔液体均匀分布 液体再分布器：汇集近壁液体于中 央区域 除雾器：防止液滴带出（通常为填 料层或丝网层) 支承板：支承填料层，使进气均匀 分布
气体 液体再分布器 填料压网 填料 支承栅板 液体分布装置 液体
（2）工业要求 • 单位体积传质界面大,即a大； • 单位填料高度压降小，即ε大； • 效率高； • 机械强度高； • 耐腐蚀； • 造价低 • 重量轻；
（3）特点（与板式塔相比） • 生产能力大 • 分离效率高 •压降（流动阻力）小 • 持液量小（持液量指塔在正常操作时填料表面、内件或塔板上 所持有的液量。） • 操作弹性大 缺点 • 填料造价高 •液相负荷小时传质效率降低 •不能直接用于悬浮物或易聚合物料 • 对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合
§3.2传质设备简介
一.概述
1.传质设备的功能 为气液相传质提供场所。因此它应提供充分的气液接触，足够 大的传质接触面，强化湍流强度以提高传质系数，以最大的传 质推动力改善传质效果。 它不仅广泛应用于分离过程，还可用于非均相反应系统。气-液 相传质设备一般称为塔设备。 2.气-液传质设备分类 按气-液接触的方式分类 • 连续接触式设备（填料塔、湍球塔） •分级接触式设备（主要是板式塔）
填料塔的结构及其工作原理
创作编号：GB8878185555334563BT9125XW创作者：凤呜大王*填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点：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。
填料的分类填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。
1．散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料（1）拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。
板式塔主要类型得结构与特点
板式塔主要类型得结构与特点工业上常用得板式塔有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔浮阀塔具有得优点：生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。
二、板式塔得流体力学特性1、塔内气、液两相得流动A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀得错流接触，以获得较大得传质推动力。
2、气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层板上面得气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。
3、液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。
4、液面落差液体从降液管流出得横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧得液面将比出口这一侧得高。
此高度差称为液面落差。
液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。
5、气体通过塔板得压力降压力降得影响：A 气体通过塔板得压力降直接影响到塔低得操作压力，故此压力降数据就是决定蒸馏塔塔底温度得主要依据。
B 压力降过大，会使塔得操作压力改变很大。
C 压力降过大，对塔内气液两相得正常流动有影响。
压力降：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身得干板阻力ΔPC板上充气液层得静压力ΔPL液体得表面张力ΔPδ折合成塔内液体得液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ浮阀塔得压力降一般比泡罩塔板得小，比筛板塔得大。
在正常操作情况，塔板得压力降以290—490 N/m2、在减压塔中为了减少塔得真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率得前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔得操作性能。
6、液泛（淹塔）汽液量相中之一得流量增大到某一数值，上、下两层板间得压力降便会增大到使降液管内得液体不能畅顺地下流。
当降液管内得液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。
填料吸收塔的特点
填料吸收塔的特点
填料塔的特点主要包括以下几点：
1. 结构简单：填料塔由塔体、填料、液体分布器等部分组成，结构简单，易于设计和制作。
2. 处理能力较大：填料塔的传质面积较大，可以适应较大的流量和负荷，因此具有较大的处理能力。
3. 分离效率高：填料塔内的填料具有较大的表面积，可以提供更好的传质和扩散条件，因此具有较高的分离效率。
4. 阻力较小：填料塔内的填料可以减少流动阻力，降低能耗，同时减少设备的磨损和维护成本。
5. 适用范围广：填料塔适用于各种不同的气体和液体混合物的分离，包括高湿度、高粘度、易聚合等特殊物料的处理。
6. 易于控制：填料塔内的填料可以方便地更换或清洗，因此可以方便地调整和优化设备的性能，同时也可以控制和减少环境污染。
总的来说，填料塔是一种高效、稳定、可靠的分离设备，在化工、石油、环保等领域得到了广泛应用。
新型化工塔填料概述 天津大学传质作业
一、前言塔器作为汽-液及液-液之间进行传质与传热的重要设备，广泛应用于炼油、石化、精细化工、化肥、农药、医药、环保等行业的物系分离，涉及蒸(精)馏、吸收、解吸、汽提及萃取等化工单元操作。
塔器分为板式塔和填料塔两种。
板式塔通常结构较为简单，易于放大，造价较低；但板式塔普遍存在效率较低，压降较高，持液量大等缺点。
为了解决这种问题，填料塔应运而生，填料塔近年来发展很快，尤其是随着各种新型填料及其它新型塔内件开发成功，应用填料塔似乎成了一种潮流。
与传统的板式塔相比，填料塔具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、持液量小等优点，而且新型填料、新型塔内件的开发应用和基础理论研究的不断深入，使填料塔的放大效应取得了实质性的突破，填料塔在化工企业得到了很好的应用，使其与板式塔的竞争变得更为激烈。
二、适用范围填料塔应用范围极广，相对于板式塔更适用于以下工况：①传质速率受气膜控制的系统以及要求持液量小、停留时间短、压降小的物系；②有腐蚀性、热敏性、易起泡沫及粘性物料的条件；③难分离物系及产品纯度要求很高的场合；④与高效液体分布器相匹配，还可适用于10：1以上的高操作弹性条件。
主要应用领域有：①炼油厂常减压塔，气体分离塔，催化裂化吸收稳定系统、脱硫塔、烷基苯分馏塔等；②乙烯装置汽油分离塔、乙烯／苯乙烯精馏塔的改造及其他石油化工产品的加工；③化肥行业脱硫、脱碳、再生塔、热水饱和塔、尿素除尘塔等；④天然气分离装置、空气分离装置；⑤制药、食品、环保、精细化工等行业。
近几年来，蒸馏装置发展趋势是现代填料塔逐步取代传统填料塔，并部分取代大型板式塔，国外有专家预言，不就的将来采用规整填料将成为蒸馏操作唯一可取的途径。
三、新型散装填料介绍散装填料是具有一定几何尺寸的颗粒体，在塔内以散堆方式堆积。
近年一些新型高效散装填料的出现以及在一些行业的成功应用，如环保行业从烟气中除去HC1和S02等，说明散装填料将在某些领域得到新的发展。
化工原理下册第三章-填料塔-本科
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力 ～ 流动阻力 ～ 传质效率
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二、填料的性能及其评价
(3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。
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二、填料塔工艺尺寸的计算
2.填料层高度的计算 (1)传质单元高度法
Z H OG NOG
(2)等板高度法
Z NT HETP
注意问题： ①填料层的分段； ②设计填料层高度 Z 1.3 ~ 1.5 Z。
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三、填料层压降的计算
1.散装填料压降的计算
计算方法：由埃克特通用关联图计算。 2.规整填料压降的计算 计算方法： ①由压降关联式计算； ②由实验曲线计算。
2.填料规格的选择 (1)散装填料规格的选择 散装填料常用的规格（公称直径）有 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 填料规格
～ 传质效率 ～ 填料层压降
填料 公称 直径
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选择原则：D/d ≥ 8
塔 径
一、填料的选择
(2)规整填料规格的选择 规整填料常用的规格（比表面积）有 125 150 250 350 500 700 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。故选用时，应从分离要求、通量要 求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费 用等方面综合考虑。
经验值
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第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.2 填料塔 3.2.4 填料塔的内件
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一、填料支承装置
板式塔和填料塔对比
1.1.1.1填料塔与板式塔的比较表8-2 精馏塔的主要类型及特点类型板式塔填料塔结构特点每层板上装配有不同型式的气液接触元件或特殊结构,如筛板、泡罩、浮阀等；塔内设置有多层塔板,进行气液接触塔内设置有多层整砌或乱堆的填料,如拉西环、鲍尔环、鞍型填料等散装填料,格栅、波纹板、脉冲等规整填料；填料为气液接触的基本元件操作特点气液逆流逐级接触微分式接触,可采用逆流操作,也可采用并流操作设备性能空塔速度亦即生产能力高,效率高且稳定；压降大,液气比的适应范围大,持液量大,操作弹性小大尺寸空塔气速较大,小尺寸空塔气速较小；低压时分离效率高,高压时分离效率低,传统填料效率较低,新型乱堆及规整填料效率较高；大尺寸压力降小,小尺寸压力降大；要求液相喷淋量较大,持液量小,操作弹性大续表制造与维修直径在600mm以下的塔安装困难,安装程序较简单,检修清理容易,金属材料耗量大新型填料制备复杂,造价高,检修清理困难,可采用非金属材料制造,但安装过程较为困难适用场合处理量大,操作弹性大,带有污垢的物料处理强腐蚀性,液气比大,真空操作要求压力降小的物料1.1.1.2板式塔塔型选择一般原则：选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等;1下列情况优先选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下,因某些新型填料具有很高的传质效率,故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸馏分离,因新型填料的持液量较小,压降小,故可优先选择真空操作下的填料塔；c.具有腐蚀性的物料,可选用填料塔;因为填料塔可采用非金属材料,如陶瓷、塑料等；d.容易发泡的物料,宜选用填料塔;2下列情况优先选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大,操作负荷变化范围较宽,对进料浓度变化要求不敏感,操作易于稳定；b.液相负荷较小；c.含固体颗粒,容易结垢,有结晶的物料,因为板式塔可选用液流通道较大的塔板,堵塞的危险较小；d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料,需要在塔内设置内部换热组件,如加热盘管,需要多个进料口或多个侧线出料口;这是因为一方面板式塔的结构上容易实现,此外,塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔;1.1.1.3板式塔塔盘的类型与选择1塔板种类根据塔板上气、液两相的相对流动状态,板式塔分为穿流式和溢流式;目前板式塔大多采用溢流式塔板;穿流式塔板操作不稳定,很少使用;2各种塔盘性能比较工业上需分离的物料及其操作条件多种多样,为了适应各种不同的操作要求,迄今已开发和使用的塔板类型繁多;这些塔板各有各的特点和使用体系,现将几种主要塔板的性能比较;表8-3 塔板性能的比较塔盘类型优点缺点适用场合泡罩板浮阀板较成熟、操作稳定结构复杂、造价高、塔板阻力大、处理能力小特别容易堵塞的物系效率高、操作范围宽浮阀易脱落分离要求高、负荷变化大筛板结构简单、造价低、塔板效率高易堵塞、操作弹性较小分离要求高、塔板数较多舌型板结构简单且阻力小操作弹性窄、效率低分离要求较低的闪蒸塔表8-4 主要塔板性能的量化比较塔板类型生产能力塔板效率操作弹性压降结构成本泡罩板 5 1 复杂 1浮阀板一般筛板简单塔填料是填料塔的核心构件,它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面,只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件,才有望构成技术上先进的填料塔;因此,人们对塔填料的研究十分活跃;对塔填料的发展、改进与更新,其目的在于改善流体的均匀分布,提高传递效率,减少流动阻力,增大流体的流动通量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要;填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等,是评价填料性能的基本参数;1 比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积,以a表示,其单位为m2/m3;填料的比表面积愈大,所提供的气液传质面积愈大;因此,比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标;2 空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率,以ε 表示,其单位为m3/m3,或以%表示;填料的空隙率越大,气体通过的能力越大且压降低;因此,空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标;3填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值,即a/ε3,称为填料因子,以表示,其单位为1/m;它表示填料的流体力学性能, 值越小,表明流动阻力越小;填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量;在相同的操作条件下,填料的比表面积越大,气液分布越均匀,表面的润湿性能越好,则传质效率越高；填料的空隙率越大,结构越开敞,则通量越大,压降亦越低;国内学者采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价如表所示：表8-5 九种常用填料的性能对比丝网波纹填料 很好 1 孔板波纹填料 金属Intalox 金属鞍形环 相当好 2 相当好 3 相当好 4 金属阶梯环 金属鲍尔环 一般好 5 一般好 6 瓷Intalox 较好 7 瓷鞍形环 略好 8 9 要求,又要使设备投资和操作费用最低;1.1.2 塔型的结构与选择塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件;塔体是典型的高大直立容器,多由筒节、封头组成;当塔体直径大于800mm 时,各塔节焊接成一个整体；直径小的塔多分段制造,然后再用法兰连接起来;内件是物料进行工艺过程的地方,由塔盘或填料支承等件组成; 支座常用裙式支座;附件包括人、手孔,各种接管、平台、扶梯、吊柱等;图8-1 板式塔11—吊柱；2—排气口；3—回流液入口；4—精馏段塔盘；5—壳体；6—进料口；7—人孔； 8—提馏段塔盘；9—进气口；10—裙座； 11—排液口；12—裙座人孔图8-2 填料塔1—吊柱；2—排气口；3—喷淋装置；4—壳体；5—液体再分配器；6—填料；7—卸填料人孔； 8—支撑装置；9—进气口；10—排液口； 11—裙座； 12—裙座人孔综合塔型的选择原则,考虑到各塔的操作压力、操作温度、处理负荷、物料性质、前后设备的具体情况以及工业上的经验等,最终确定各塔的类型如表所示：表8-6 塔型确定塔设备编号塔设备名称 设备类型 备注 C101 裂解油预分塔 填料塔 填料类型选择M250Y 型规整填料；C102 隔壁塔 填料塔 C103 抽提塔 填料塔 C104 溶剂回收塔 填料塔 C201 BT 塔 填料塔 C202二甲苯塔 筛板塔续表C401 平流双段反应耦合精馏塔 筛板塔C501 抽取液塔 填料塔 C502抽余液塔填料塔1.1.3 填料塔的设计对抽提塔T0103进行设计：抽提塔T0103是萃取精馏塔,操作压力2bar,塔顶温度℃,塔底温度℃,理论塔板数40块,两股进料,萃取剂环丁砜从塔顶进入,原料C5~C7从第36块理论版,即第35块塔板进料,T0103的详细计算过程如下文所述;1.1.3.1 水力学参数获得采用Aspen Plus 对C103添加Pack Sizing,选用MELLAPAK 250Y 型塔板,查询填料手册可知,该类型塔板的特性总结如表所示：表8-7 M250Y 规整填料的特性数据填料型号 填料规格 填料表面 材质 比表面积 波纹倾角 Mellapak 250Y 金属薄片 不锈钢 250m2/m3 45° 水力直径 15mm 空隙率峰高金属板片厚度密度 每米填料理论板数95% 200m3/kg 填料因子等板高度 持液量参数 载点因子泛点因子到水力学参数表后,从中选择流量最大的塔板,作为设计的计算依据：表8-8 Aspen Plus 模拟的T0103工艺要求StageTemperature liquid from/℃Temperature vapor to/℃ Mass flow liquidfrom /kg/hr Mass flow vaporto /kg/hr 37V olume flow liquid from /m3/hr V olume flow vapor to /m3/hr Molecular wt liquid from Molecular wt vapor to Density liquid from /kg/m3Density vapor to /kg/m3 Viscosity liquid from/cPViscosity vapor to/cP Surface tension liquid frommN/m Foaming index1.1.3.2 工艺尺寸概算1泛点气速与空塔气速采用Bain-Hougen 关联式,可以计算填料的泛点气速lg [u F 2g (a ε3)(ρV ρL )μL 0.2]=A −K(W L W V )0.25(ρV ρL)0.125液相质量流量W L =521927.4kg/hr 气相质量流量W V =310904.7kg/hr气相密度ρV =5.4kg/m3 液相密度ρL =864.8kg/m3 液相黏度μL =0.37cP 空隙率ε=0.95 填料因子=3.2808m −1 比表面积a =250m2/m3 重力加速度g =9.81m/s 2对金属孔板波纹填料,常数A=,K=,得泛点气速：u F =1.062m/s泛点率的选择主要考虑一下两方面的因素,一是物性的发泡情况,对于易起泡沫的物系,泛点率应取低限值,而无泡沫的物系,可以取较高的泛点率；二是填料塔的操作压力,对于加压操作的塔,应取较高的泛点率,对于减压操作的塔,应取较低的泛点率;考虑到石油组分可近似看做无泡沫物系,且为加压操作,取泛点率：uu F =0.8 故空塔气速u =0.850m/s ; 2气相动能因子F 与气相负荷因子C SF =u √ρV =1.98在工业设计中推荐的~的范围之内;C S =u √ρVρL −ρV=0.00673塔径计算D =√4V sπu=4.89m ≈5000mm （圆整）塔横截面积S =πD 24=19.635m 24填料装填计算等板高度取HETP =0.4m ；理论板数N T =40,则填料层高度：Z =HETP ·（N T −2）=15.2m填料堆积设计高度：Z ′=1.5Z =22.8m填料装填体积：V =Z ′ S =447.6m 3填料装填质量：M =ρZ ′ S =4.560t5喷淋密度液体喷淋密度是指单位塔截面积上,单位时间内喷淋的液体体积,单位是m 3/m 2·h;填料塔中汽液两相的相间传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的;要形成液膜,填料表面必须被液体充分润湿,而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度以及填料材质的表面润湿性能;U=Q LS=30.74m3/(m2·h)查询工业塔新型规整填料应用手册刘乃鸿主编,在0~60m3/m2·h的范围之内,设计是合理的;可以保证填料的充分润湿,和一定的操作余量;实际操作时,采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度;若喷淋密度过小,可用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量,以保证填料表面的充分润湿；也可采用减小塔径予以补偿；可采用表面处理方法,改善其表面的润湿性能;6塔板压降查询现代塔器技术,可得干填料压降：P/Z=802(u G√ρG）1.72=2586Pa/m湿填料压降：P/Z=948×104.46×10−3×U(u G√ρG）1.72+3.8×10−3×U=3057Pa/m工作状态下,填料层总压降：P=3057×22.8Pa=69.7kPa工业上推荐的250Y孔板波纹填料的压降范围在~m之间,计算结果符合这一要求;7持液量填料层的持液量是指在一定操作条件下,在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,持液量可分为静持液量、动持液量和总持液量,总持液量是指在一定操作条件下存留于填料层中的液体的总量,即总持液量为动静持液量之和;关于持液量的计算既可由实验测定,也有相关的经验公式,通常金属板波纹如本设计使用的Mellapak 250Y,材质304不锈钢的操作符合低于75%极限负荷时,其持液量为3~5%;通常持液量的经验关联式主要关联了雷诺数Re,弗劳德数Fr和填料的特性尺寸等;如持液量计算公式和Billet-Schultes关联式;H动=1.295Re0.675(d3ρL2Fr)−0.44H总=(12FrRe)13(aℎa)138接管原料进料质量流量：W=75290.4kg/h,密度ρ=116.0kg/m3,为气液混合进料,取流速u=8m/s,管径为：d=18.81W0.5u−0.5ρ−0.5=391mm圆整取公称直径DN = 400mm,同理,可以计算得到萃取剂进料管直径为200mm、塔顶出料管直径为300mm、塔底出料管直径为350mm、塔顶回流管直径为250mm、塔底回流管的直径为1000mm可能过大;1.1.3.3设计水力学校核利用Cuptower,对设计进行水力学校核：图8-3 T0103的Cuptower校核输入界面结果如下页表中所示,塔顶和塔顶的操作条件都在填料塔全负荷的80%左右,气体动能因子在经济适宜的F范围内,喷淋密度符合范围之内,填料层总压降为,持液量5%;软件计算结果与手动计算结果相似,进一步验证了计算过程与结果的正确性,设计是合理的;T0103的流体力学校核结果如表所示：表8-9 T0103的Cuptower核算详单基本信息1 项目名称2 客户名称7 塔板名称3 项目号8 计算人4 装置名称9 校核人5 塔的名称10 日期9/20/20226 塔段号11续表T103操作压力2bar,属于低压容器~1,6MPa,塔顶温度℃,塔底温度℃,属于常温容器,因其设备体积庞大,负荷高,介质微毒易燃,因此为第一类压力容器;由计算和校核的结果,可取填料塔公称直径DN=5000mm公称压力PN=2bar=0.2MPa在该温度和压力范围内,钢材选用16MnRQ345R,据经验,大型化工容器采用16MnR制造,质量可比用碳钢减轻1/3;运用SW6-2011进行塔体强度校核图8-4 T0103的SW6-2011校核输入界面之一计算报告简略如下,详细塔校核报告见附带源文件;表8-10 内压圆筒校核报告表填料塔内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等;合理地选用和设计塔内件,对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要;1.1.4.1液体分布装置不良的流体初始分布难以达到填料层的自然流分布,会导致传递效率急剧下降,实践证明,没有良好的液体分布器,填料塔甚至不可能正常操作,新型高效填料的优越性难以发挥;性质优良的液体分布器除了常规的技术经济要求外,还必须满足操作的可行性、分布的均匀性、合适的操作,弹性和足够的气流通道;表8-11 常用液体分布器的特点多孔型布液装置溢流型布液装置工作原理借助孔口以上液层产生的静压或管路的泵送压力,迫使液体从小孔流出,注入塔内;进入布液装置的液体超过堰口高度时,依靠液体的自重通过堰口流出,并沿着溢流管槽壁呈膜状留下,淋洒至填料层上;优点能够提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道自由截面一般在70%以上,便于分块安装; 操作弹性大,不易堵塞,操作可靠和便于分块安装;缺点分布器的小孔易被冲蚀或堵塞;分类 1. 多孔直管式喷淋器；2. 多管式喷淋器；3. 排管式喷淋器；4. 环管式喷淋器；5. 筛孔盘式分布器；6. 可拆型槽盘气液分布器；7. 莲蓬头喷洒器; 1. 溢流盘式布液器；2. 溢流槽式布液器;通过对重力推动排管式、压力推动排管式、环管式、圆形升气管孔盘式、矩形升气管孔盘式、堰盘式、堰槽式等7种通用型典型的液体分布器性能对比,最终选定采用喷淋密度范围2.5~125m3/（m2·h）、适用于大塔径、高处理能力的堰槽式液体分布器,堰槽式液体分布器还有诸如堵塞可能性小、对气流阻力小、分布受腐蚀的能力小、分布质量较好的优点,堰槽式液体分布器的缺点在于其受不水平度的影响很大,需要在安装时严格保证水平,并且做好固定设施;按一般要求,设计保证水平度最大偏差不大于5mm;为了保证塔器水平度的稳定,设计了较高的槽高;因为操作负荷较大,且要保证一定的余量,设计一级槽高度为360mm;在塔间进料位置,因进料负荷量更大,适当加高堰槽高度和材料强度;图8-5 堰槽式液体分布器设计平面图1.1.4.2液体收集与再分布装置按照Horner推荐的标准,取以下三条中最低值作为再分布分段高度：填料高度7m；相当于20块理论板或传递单元数的高度；6~8倍塔径高度;计算得到的填料装填高度,因此将填料层分为4段；其中精馏段填料高度,分为三段,每段填料层高度为；提馏段填料高度,单独作为一段;4段填料层需要3套液体收集与再分布装置;液体再分布器由集液器与常规液体分布器组合而得,无论是简单的再分布,还是兼有中间加料或出料的再分布,均能达到理想的效果,而且气流通量大,阻力小,很适用于大塔径;液体收集装置选用遮板式液体收集器,液体收集器需要从人孔装入塔中,因此要做成分体式结构,集液盘三片制成一体,进塔后组装成整体;对于我们大直径、大液量的填料塔,采用双流式结构,集液槽由周边槽和横槽组成,周边槽和横槽相同,收集的液体由横槽导液管流入再分布器;1.1.4.3填料支撑板格栅式支撑板最适合于规整填料的支撑,其空隙率比较大,采用金属材料,其空隙率在95%~97%范围;格栅式支撑板是由一定数量栅条平行排列而成,为便于安装和使用,将栅条分组连接成格栅块,再安装于支撑面上,每块的大小设计合理,以便从人孔送入塔内;1.1.4.4填料床层固定装置对于规整填料的固定,需要结合床层结构特点来设计,本设计采用波纹板填料,在填料层顶面垂直于板片方向,设置一定数量的压条来防止填料盘向上松动,压条采用扁钢制作,竖直放置,组成格栅压圈,并将其用螺栓固定在塔壁上;这种方法简单、可靠,又几乎不影响气液流动和分布;1.1.4.5除雾装置在通过两相的密切接触和分离以促进相见组分的传递,达到液体轻重组分分离的目的的同时,在离开填料塔的气相中,会夹带一定数量、大小不等的液滴,但是除雾装置大多应用在吸收塔中,防止排出的气体夹带吸收有毒或有用组成成分的小液滴;对于应用于精馏的填料塔,一般不必添加除雾装置,因为即使塔内液滴随气体排出塔顶,依旧会在冷凝器中冷却,再次回流到精馏塔中;1.1.4.6气体分布装置由于塔填料是一个低压降的传质设备, 依靠气相的自分布在填料塔内很难达到均匀分布;尤其对于大型的填料塔, 一旦气相在塔内分布不均匀, 势必影响到大型填料塔的分离或传热效果;对于大型填料塔,北洋国家精馏技术工程发展有限公司在实验和生产实践基础上改进并研制了大量综合性能优良的气体初始分布器;其中包括新型双切向环流进气分布器、新型双列叶片进气初始分布器以及辐射式进气初始分布器等,在本次设计中,采用的是新型双切向环流进气分布器;大型精馏塔常用的再沸器为热虹吸式再沸器,再沸气体从塔底进入精馏塔时,气量特别大,因此采用双切向环流;气体经过梯级排列的导气板,向下流动,再从塔的中部上升,达到均匀分布的目的;1.1 塔设备设计1.1.1 设计依据F1型浮阀 JBT 1118钢制压力容器 GB 150-1998钢制塔式容器 JB 4710-92碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件 HG 21514-95钢制压力容器用封头标准 JB/T 4746-2002中国地震动参数区划图 GB 18306-2001建筑结构荷载规范 GB 50009-20011.1.2 概述石化行业是国民经济中能耗较高的产业部门,其能耗占工业能耗接近1/5,占全国总能耗的14%左右;在目前占有工业能耗接近五分之一的石化行业中,较大的能耗主要来源于化学原料及化学制品制造业能耗、石油天然气开采业能耗、石油加工、炼焦及核燃料加工业能耗、橡胶制品业能耗;而在化工生产中分离的能耗占主要部分,塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的%;塔设备所耗用的钢材料重量在各类工艺设备中所占的比例也较多,例如在年产250万吨常压减压炼油装置中耗用的钢材重量占%,在年产60-120万吨催化裂化装置中占%;因此,塔设备的设计和研究,对石油、化工等工业的发展起着重要的作用;1.1.3 塔型的选择塔主要有板式塔和填料塔两种,它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程,但两者各有优缺点,要根据具体情况选择;a.填料塔与板式塔的比较：a．板式塔;塔内装有一定数量的塔盘,是气液接触和传质的基本构件；属逐级板接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层,使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化;b．填料塔;塔内装有一定高度的填料,是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；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逆流流动,并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化;b.塔型选择一般原则：选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等;1下列情况优先选用填料塔：a.在分离程度要求高的情况下,因某些新型填料具有很高的传质效率,故可采用新型填料以降低塔的高度；b.对于热敏性物料的蒸馏分离,因新型填料的持液量较小,压降小,故可优先选择真空操作下的填料塔；c.具有腐蚀性的物料,可选用填料塔;因为填料塔可采用非金属材料,如陶瓷、塑料等；d.容易发泡的物料,宜选用填料塔;2下列情况优先选用板式塔：a.塔内液体滞液量较大,操作负荷变化范围较宽,对进料浓度变化要求不敏感,操作易于稳定；b.液相负荷较小；c.含固体颗粒,容易结垢,有结晶的物料,因为板式塔可选用液流通道较大的塔板,堵塞的危险较小；d.在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料,需要在塔内设置内部换热组件,如加热盘管,需要多个进料口或多个侧线出料口;这是因为一方面板式塔的结构上容易实现,此外,塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热；e.在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式.表 9-7 填料塔与板式塔比较c.塔盘的类型与选择1板式塔塔板种类：根据塔板上气、液两相的相对流动状态,板式塔分为穿流式和溢流式;目前板式塔大多采用溢流式塔板;穿流式塔板操作不稳定,很少使用;2各种塔盘性能比较：工业上需分离的物料及其操作条件多种多样,为了适应各种不同的操作要求,迄今已开发和使用的塔板类型繁多;这些塔板各有各的特点和使用体系,现将几种主要塔板的性能比较;从比较各表可以看出：筛板塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格等方面都比泡罩塔更适合萃取,结合本项目实际情况,初步选择筛板塔;表 9-8 塔板性能的比较、1.1.4 板式塔的计算a.设计计算1. 塔径计算其中,L ρ是液相密度,kg/m 3；V ρ为气相密度,kg/m 3；max u 为极限空塔气速,m/s ；C 为负荷因子,m/s;负荷因子与气液负荷、物性及塔板结构有关,一般由实验确定;Smith 等人汇集了各种塔的数据,整理成为负荷因子与诸影响因素的关系曲线,如图8-1所示;图中T L H h -反映液滴沉降空间高度对负荷因子的影响;横坐标1/2()h L h VL V ρρ为量纲为一的比值,成为液气动能参数,它反映液气两相的负荷与密度对负荷因子的影响;从图中可看出,对一定的分离物系和液气负荷越大,C 值越大,极限空塔气速也越大,这是因为随着分离空间增大,液沫夹带减少,允许的最大气速就可以增高;设计中,板上液层高度由设计者选定,对常压塔一般为通常取;图9-5是按液体表面张力为20mN/m 的物系绘制的,因此当所处理的物系表面张力为其他值,应按下式进行校正;L σ为操作物系的液体表面张力,mN/m图9-8 史密斯关联图取板间距为,板上液层高度为,则求得极限空塔气速后,考虑到降液管要占去部分面积,因此实际的操作空塔气速应该乘上安全系数;安全系数的选取与分离物系的发泡程度密切相关;对不易发泡的物系,可取较高的安全系数；对于易发泡的物系,可取较低的安全系数;根据设计经验,操作空塔气速为估算出塔径后要进行圆整,常用标准塔径为400、、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm 等等;最终圆整为D=2m值得注意的是,精馏段提馏段的气液负荷是不一样的,因此要分别进行计算,如。
化工原理第五章(填料塔)
2013-7-14
④弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
【弧鞍形填料】
1931年出
现的这类填
料称弧鞍形
填料，是因
形如马鞍而
得名。
2013-7-14
【结构特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道
，填料层内的空隙较环形填料（尤其较拉西环填料
主，增加了填料间的空隙，可以促进液膜的表面更
新，有利于传质效率的提高。
2013-7-14
2013-7-14
【性能特点】（1）由于高径比减少，使得气体绕填 料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料
层的阻力。
（2）阶梯环的性能略优于鲍尔环，与鲍尔环相比，
生产能力可提高10%，气体阻力可降低5%左右，是
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金属拉西环
2013-7-14
塑料拉西环
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【拉西环的性能特点】 （1）拉西环是最早使用的人造填料（此前的填料为
碎石、砖块、焦炭等），制造容易，曾得到极为广
泛的应用。
（2）大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，
堆积时相邻之间容易形成线接触，填料层的均匀性
差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁
接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成
有效传质区。
【结论】填料的比表面积并非有效的传质面积。
2013-7-14
（2） 空隙率ε 【定义】塔内单位体积填料层具有的空隙体积， m2/m3。 【影响】ε为一分数。ε值大则气体通过填料层的阻 力小，故ε值以高为宜。 填料的空隙率越大，气体通过的能力（处理能力 ）越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优 劣的又一重要指标。
填料塔及板式塔的区别
筛板
效率较高，成本低
安装要求水平,易堵, 操作范围窄 操作范围窄，效率较 低 操作范围比浮阀塔和 泡罩塔窄
舌形板
结构简单,生产能力 大 生产能力大,效率高
斜孔板
三、填料塔的结构及填料特性
1.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。
塔板类型 泡罩板 优点 较成熟，操作范围宽 缺点 结构复杂，阻力大， 生产能力低 采用丌锈钢，浮阀易 脱落 适用范围 某些要求弹性好的特 殊塔 分离要求高,负荷变 化大;原油常压分馏 塔 分离要求高,塔板较 多;化工中丙烯塔 分离要求较低的闪蒸 塔 分离要求高，生产能 力大
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浮阀板
效率高，操作范围宽
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。 床层限制板。固定在填料上端。
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3. 填料的类型及性能评价
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⑤球型： 球体为空心，气体和液体从其内部经过。由于球体 结构的对称性，填料装填密度均匀，丌易产生空穴 和架桥，故气液分散性能好。 常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应用 较少。
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规整填料
规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。 使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆 筒形在塔内砌装。 优点：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布 均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常 具有很高的传质效率。 缺点：造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分 离要求很高的情况。
填料塔结构示意图
填料塔结构示意图集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点：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。
填料的分类填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。
1．散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环?鲍尔环?阶梯环?弧鞍填料?矩鞍填料?金属环矩鞍填料?球形填料（1）拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。
填料塔的结构特点
填料塔一、填料塔的结构特点【图片3-10】填料塔的结构示意图图片3-10所示为填料塔的结构示意图，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。
二、填料的类型填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。
1．散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
现介绍几种较为典型的散装填料。
【图片3-11】几种典型的散装填料拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料（1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环，如图片拉西环所示。
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填料塔的基本特点
一、填料塔结构
填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。
填料塔的塔身是一直立式圆筒，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。
在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。
液体从塔顶加入，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（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。
二、填料的类型及性能评价
填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。
散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料；
填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。
1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优；
2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低；
3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。
三、填料塔设计基本步骤
1.根据给定的设计条件，合理地选择填料；
2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸；
3.计算填料层的压降；
4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。
四、填料塔设计
1.填料的选择
填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。
应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。
对性能相近的填料，应根据它的特点进行技术经济评价，使所选用的填料既能满足生产要求，又能使设备的投资和操作费最低。
（1）填料种类的选择
填料的传质效率要高：传质效率即分离效率，一般以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值；
填料的通量要大：在同样的液体负荷下，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；
填料层的压降要低：填料层压降越低，塔的动力消耗越低，操作费越小；对热敏性物系尤为重要；
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；
（a）散装填料规格的选择：工业塔常用的散装填料主要有DN25、DN38、DN50、DN76等；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定限制，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。
（b）规整填料规格的选择：国内习惯用比表面积表示规整填料的型号和规格，主要有125、150、250、350、500、700；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，通量减小，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。
对于同一座填料塔，可以选用不同类型、不同规格的填料，也可以同时使用散装填料和规整填料。
（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
（a）陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性，可在低温、高温下工作，具有一定的抗冲击性但不宜在高冲击强度下使用，质脆、易碎是陶瓷填料的最大缺点。
陶瓷填料价格便宜、具有很好的表面润湿性能，在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。
（b）金属填料金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性及金属材质耐腐蚀性来综合考虑。
金属填料通过大、气阻小，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。
（c）塑料填料主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC），国内一般多采用聚丙烯材质。
塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，耐腐蚀性较好，可长期在100℃以下使用；它的通量大、压降低，多用于吸收、解析、萃取、除尘等装置中；塑料填料的缺点是表面润湿性能差，需对其表面进行处理。