填料塔结构示意图
填料塔
精馏设计具有较高的实用价值。
在鞍的两侧各有一个直立的小翻边，增加了 填料强度；鞍形两端的下端为锯齿形边，增 加了堆积时填料间的接触点，同时，内部伸 叶片有利于液体在填料表面的分布，提高了 填料的传质性能。
其形状介于鞍环之间，侧壁开孔，环背部开 有凸缘加强筋，在筋的两侧有与鞍反方向的
两个半圆环，且一大一小，在鞍的侧面各有
一个翻边，加强筋和翻边增加了填料的刚性， 而不同直径的半环，避免了填料堆积时的重
叠，有利于填料在液体层内的横向扩散，提
高了填料的表面利用率。
此填料具有环形和鞍形填料的优点，采用了 共轭曲线肋片的结构，填料间或填料 与塔壁间均为点接触，不会产生重叠，空隙 均匀、阻力小，乱堆时取定向排列， 故具有了规整填料的特点，得出较好的流体
断，为一内弯的弧形筋片。这种结构，促进
了液滴群的分散、汇合以及再分散的循环过 程，有效降低了填料层的轴向返混，使得液 液两相的传质效率得到提高
在结构上属于开孔环、鞍环，既包含了环形 矩鞍的结构，又融入了纳特环的构思，突破 一般填料的对称性的禁锢，有利于形成较为 均衡的床层。此填料在性能上优于环矩鞍， 且负载能力提高约 10%，压降减少，这对于 塔的节能改造、热敏性物系的分离以及真空
填料的开发和利用，仍然是沿着散装填料与规整填料，两个方 向进行的。
比表面积 填料特性
散装填料 填料类型 规整填料
孔隙率
填料因子
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
84填料塔【ppt】
一、喷淋装置
要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结 构简单，制造维修方便。
作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润 湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。
管式喷洒器
1、喷洒型
环管多孔喷洒器
莲蓬头喷洒器
管式喷洒器
DN≤300mm，可选用管式喷洒器，通 过填料上的进液管（直、弯或缺口） 进行喷洒，结构简单，但喷淋面积较 小且不均匀。
2、主要作用
将上层填料流下的液体收集，再分布，避免塔中 心的填料不能被液体湿润而形成“干锥 ”。
3、典型结构
图8-53分配锥
三、支承结构 1、作用
支承填料
2、设计要求 足够的强度、刚度以及足够的自由 截面 3、栅板设计注意问题
1）栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性； 2）栅板必须有足够的自由截面，一般应各填料 的自由截面大致相等；
图8-48 莲蓬头喷洒器
2、溢流型
盘式分布器
液体从中央进料管加到喷淋盘内， 然后从喷淋盘上的降液管溢流
图8-49 中央进料的盘式分布器 图8-25 有升气管的盘式分布器
槽式分布器 主要用于DN＞1000mm的塔，其优点是自由截面大，适应性 好，处理量大，操作弹性大，液体先加入分配槽，然后再由 分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上有堰口，两侧有三角形 或矩形的开口，各开口的下缘应位于同一水平面上，再由此 溢流到填料上。
图8-46管式喷洒器
环管多孔喷洒器
DN≤1200mm，可选用单环管多孔喷洒器，结构 简单，制造和安装方便，缺点是喷洒面积小，不 够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵塞。 （环管下面开小孔，一般为3~5排）。
图8-47 环管多孔喷洒器
莲蓬头喷洒器
流体力学与传热：第三章 塔设备第二次课
3）环矩鞍填料
（3）球形填料
共轭环 华南理工大学化工学院研制
双鞍环 RICTM填料
Impac填料
规整填料
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。 规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、 脉冲填料等。
波纹填料
格栅型填料
规 整 波 纹 填 料 塔 示 意 图
塔填料的发展趋势
1、散堆填料:
散堆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。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨 等。
按基本构形：环形填料、鞍形填料和球形填料三个 系列
在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、 增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成 了各自的发展序列。
第二节 填料塔
3.2.1 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。
优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量 小，操作弹性大。
缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地 润湿填料表面；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。
3.2.2 填料
压强降的大小决定了填料塔 的动力消耗，是设计过程的 重要参数。
常将不同喷淋量(包括LS=0) 下，随气速变化的Δp分别 画在同一个坐标上
恒定喷淋量下：
①气速较低，填料表面液膜厚∝(液固间摩擦力 和LS)，与u几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。
②气速增至一定值后，气液间பைடு நூலகம்力不容忽视，液 膜加厚→出现拦液现象，载液线斜率>2；但载点 难测。
③再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层 中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某 个高度上出现“积液层”。
化工原理5.6 填料塔
选择气体输
送设备
设计填料塔
的塔径
5.6
5.6.4
填料塔
填料塔的附件
5.6.4.1 支承板
（1）支承板是用以支撑填料和塔内持液的部件。
（2）基本条件：
① 足够的机械强度
② 支承板的自由截面积不应小于填料层的自由截面积，以免气液在通过支承板时
流动阻力过大，在支承板处首先发生液泛。
，1
L ，1
B
Τ
2
2′
பைடு நூலகம்2
∗ =
A
2′ 2
1′
1
X
5.6
填料塔
【例5-12】 填料塔逆流吸收，2 降低，其余操作条件不变，2 、1 、吸收操作线如何
变化？
解：
Y
′
（1） 和S 的变化情况：
Y1
=
/
1
=
=
+
1
Ω
率的三次方之比。
② 特点：反映气体通过湿填料时的流动特性。当流体流过填料时，填料实际空
隙率变小，填料的实际比表面积也发生变化。
5.6
5.6.2.2
填料塔
填料的类型
（1）按装填方式来分——乱堆填料和整砌填料
（2）按使用效率来分——普通填料和高效填料
（3）按结构类型来分——实体填料和网体填料
（4）常见的填料：
（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。（1.83倍）
5.6
填料塔
（2）吸收剂的流量 L
若填料塔的入口条件 ， ， 一定，吸收剂流量 ↑，即Τ ↑ ，则吸收操作
化工设备---填料塔结构
10.2 填料塔10.2.1 填料塔的结构及其结构特性1. 填料塔的结构如图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。
2. 填料特性的评价（1）比表面积a塔内单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。
填料比表面积的大小是气液传质比表面积大小的基础条件。
须说明两点：第一，操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。
据资料介绍，填料真正润湿的表面积只占全部填料表面积的（20～50）%。
第二，有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液体有某种程度的停滞现象。
这种停滞的液体与气体接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成有效传质区。
填料料塔的结构
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。
填料塔结构与设计.pptx
填料塔结构与设计.pptx6.2.1填料塔的结构与填料性能;一、填料塔的结构与作用1、填料层：提供气液传质面—填料表面形成的液膜面。
2、液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。
3、液体再分布器：避免壁流现象发生。
4、支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。
5、除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。
;二、填料作用及特性1、填料作用（1）提供气液接触面；（2）强化气体湍动，降低气相传质阻力；（3）更新液膜表面，降低液相传质阻力。
;2、填料特性（1）比表面积a 单位堆积体积具有的表面积，[m2/m3]、[1/m]。
a大，传质面积大。
（2）空隙率ε 单位体积填料中所具有的孔隙体积，[m3/m3]。
ε大，传质阻力小，生产能力大。
（3）干填料因子a/ε3与（湿）填料因子φ （湿）填料因子φ：液泛条件下测得的a/ ε3 。
φ小，阻力小，达到液泛时uF大，水力性能好。
;（4）堆积密度ρP 单位体积填料的质量，[kg/m3]。
ρP小，ε大；填料尺寸小，a大，ε小；填料尺寸大，a小，ε大气体短路壁流现象严重;三、常用填料;填料综合性能评价;6.2.2填料塔的水力学特性;1、恒持液量区 L点以下， u小，气液流动几乎与气速无关。
ΔP∝u1.8—2.0且基本与干填料平行。
2、载液区L点以上，u大，阻碍液体顺畅下流，持液量增加，此为拦液现象，出现拦液现象时的气速为载点气速，超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
;3、液泛区U↑↑，液体在塔内积累而发生液泛，此时的气速称泛点气速。
ΔP∝u斜率急剧增加。
塔不能正常操作。
;二、泛点气速的计算;此图显示出压降与泛点、填料因子、气液比等参数的关系。
作用：1求泛点气速；2根据允许压降值计算空塔气速，或根据空塔气速计算压降。
常压塔：△P＝15～50mmH2O/m填料真空塔：△P < 8mmH2O/m。
填料塔-10PPT课件
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提 供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装 置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要 求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的 填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环 的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向 环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。 开孔的面积占环壁总面积的35%左右。 由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用， 因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高 出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流 阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件 下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
-
7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马 鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能 有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现 象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表 面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用 的类型。填料塔的基本特点是结构简单、 压力降小、传质效率高、便于采用耐腐 蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔
填料塔PPT课件
现象，容易产生沟流。
强度差，易破碎。应用
较少。
20
❖ ⑤矩鞍型(intolox
saddle)：矩鞍形填料
结构不对称，堆积时
不重叠，均匀性更高。
该填料气流阻力小，
处理能ห้องสมุดไป่ตู้大，性能虽
不如鲍尔环好，但构
造简单，是一种性能
优良的填料。
21
❖ ⑥环矩鞍(Intalox)：兼具 环型、鞍型填料的优点。 敞开的侧壁有利于气体 和液体通过，减少了填 料层内滞液死区。填料 层内流体孔道增多，使 气液分布更加均匀，传 质效率得以提高。
❖ 一般采用金属材质，机 械强度高。
22
❖ ⑦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，不易产生空穴和架桥，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。
23
❖ ⑧格栅填料：以条状单 元体经一定规则组合而 成，其结构随条状单元 体的形式和组合规则而 变，具有多种结构形式。 特点是比表面积较低， 主要用于低压降、大负 荷、防堵的场合。
16
❖ 与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通 量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效 果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆 筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间 呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔 环相比气体阻力减少25%，生产能力提高 10%。
17
❖ ③阶梯环：鲍尔环基础上改 造得出的。环壁上开有窗孔， 其高度为直径的一半。由于 高径比的减少，使得气体绕 填料外壁的平均路径大为缩 短，减少了阻力。
6
❖ 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
5．气体分布装置 填料塔气体进口的构形，应考虑防止液体倒灌外，
更重要的是有利于气体均匀地进人填料层。对于小塔 最常见的方式是将进气管伸入塔截面中心位置，管端 作成向下倾斜的切口或向下弯的喇叭口；对于大塔， 应采取其它更有效的措施,如下图所示的管式分布装置。
28
29
混堆填料层示意图
30
乱堆填料层中液体流动
液体经半球形喷头的小孔喷出，这种 喷淋器结构简单，但只适用于直径小于 600mm的塔中，且小孔容易堵塞。
14
15
16
(2)排管式分布器
17
18
（3）环管式分布器 如下图所示，由多孔圆形盘管、联接管及中央进料
管组成，这种分布器气体阻力小，特别适用于液量小而 气量大的填料吸收塔。
19
二 溢流型喷淋装置 （1）齿槽式分布器
面覆盖了一层液膜，σ与ε均发生相应的变化，此时 φ称为湿填料因子，代表实际操作时填料的流体力学 特性，故进行填料塔计算时，应采用液体喷淋条件下 实测的湿填料因子。
φ值小，表明流动阻力小，液泛速度可以提高。 11
五、填料塔附件
填料塔的附件主要有填料支承装置、气液体分布 装置、液体再分布装置和除沫装置等。合理选择和设 计填料塔的附件，对于保证塔的正常操作及良好性能 十分重要。
好的一种。
5
4.鞍形填料 包括弧鞍与矩鞍填料，均属敞开型填料，如
图所示。敞开形填料的特点是表面全部散开，不 分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率 高，气体流动阻力小，制造也方便。
6
5.金属Intalox环 这类填料综合了鲍尔环、鞍形填料及阶梯环三者
的优点与一身，具有低压降、高通量、液体分布性能 好、传质效率高及操作弹性大等优点，且因为它采用 极薄的金属板轧制，仍能保持住良好的机械强度。
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
26
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。
60
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。
61
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
54
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
39
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
40
一、填料支承装置
21 塔设备_概述_板式塔结构_填料塔结构
（2）主要结构
填料塔总体结构如图：
1－吊柱；2－人孔；3－排管式液体分布器； 4－床层定位器；5－规整填料；
6－填料支承栅板；7－液体收集器；
8－集液管；9－散管填料； 10－填料支承装置；11－支座；
12－除沫器；13－槽式液体再分布器；
14－规整填料；15－盘式液体分布器； 16－防涡流器
7
塔设备
7.1 概述
7.1 概述
7.1.1 塔设备的应用 塔设备广泛应用于石化、医药、食品、环保等行业， 是一种重要的单元操作设备。 塔设备外形为圆筒形容器，高度尺寸较其直径大的多。 在塔设备内部，通过实现气(汽)－液相，或液－液相 之间的充分接触，达到相际间进行传质传热的目的。 塔设备通常应用于蒸馏、吸收、萃取，以及气体的洗 涤、增湿及冷却等单元操作中。 在石油炼厂中，塔设备投资大约占全厂总投资的 10％～20％。
栅板型支承
升气管支承
7.2 填料塔 7.2.2 填料塔内件结构
（2）填料塔的液体分布器
安装在填料层的上部，它将液体及回流液均匀分布到填 料的表面上，形成液体的初步分布，对填料塔效率的 影响很大。主要有：管式液体分布器、槽式液体分布 器、喷洒式液体分布器、盘式液体分布器。
管式液体分布器
液体喷淋状态
7.2 填料塔 7.2.2 填料塔内件结构
7.2 填料塔
7.2 填料塔
填料塔的特点是：结构简单，压力降小，传质效率高。 目前，通过对填料结构的改进，在许多场合填料塔有 取代板式塔的趋势。 填料塔主要由塔体、填料、喷淋装置(或称液体分布 装置)、液体再分布装置、填料支承装置、支座，以 及气、液进出口等部件组成。
本节主要介绍填料塔的结构组成和结构特点。
机械设备培训之填料塔基础知识
一、填料塔的结构填料塔主要由塔体、填料及其附件（除沫装置、液体分布装置、气体分布装置、填料支撑装置、填料压紧装置等）构成。
⑶外形图（b）桔构乐意苛填料塔结构示意图与外形图1-除雾器；2-液体分布器；3-填料限制器；4-外壳；5-填料；6,8-卸填料孔；7-液体再分布器；9-填料支承板；Io—溢流口填料塔操作时，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，在压差作用下自下向上与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，而液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀喷洒在塔截面上，在重力作用下沿填料层向下流动。
在填料表面上，气液两相密切接触进行质、热传递。
填料塔属于连续接触式气液传质设备，填料层内气液两相呈逆流接触，填料的润湿表面为气液两相接触传质表面，气液两相组成沿塔高连续变化，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。
二、填料塔的特点与板式塔比较，填料塔具有如下特点：1、生产能力大。
填料塔内件开孔率大，空隙率大，液泛点高。
2、分离效率高。
适合处理难分离混合气体的分离，塔高较低。
3、压降较小，适合减压操作，且能耗低。
4、持液量小，适宜处理热敏性物料。
5、操作弹性较小，对液体负荷变化较敏感，若液体负荷较小或较大，易产生干塔或液泛现象。
6、适宜处理易起泡和腐蚀性的物料，可利用填料消泡及采用防腐材料制造的填料。
7、不宜处理含固或易聚合的物料，因清洗较麻烦。
三、填料的作用1、提供气液接触面积；2、强化气体湍动，降低气相传质阻力；3、更新液膜表面，降低液相传质阻力。
填料的好坏是决定填料塔性能的主要因素，对操作影响较大的填料特性有比表面积、空隙率、填料因子和单位堆积体积的填料数目。
四、填料的性能为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。
1、要有较大的比表面积单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用5表示，单位为m2/m3o填料的表面只有被流动的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。
4.5.填料塔
2.整装填料 将金属丝网或多孔板 压制成波纹状，然后
组装成若干个某种高
度 （ 50 ～ 250mm ） 的 填料层，分层整装进
塔内。
二、气液两相在填料层内的流动
持液量(liquid hold up)：
单位体积填料层中滞留的液体体积。 液体流量一定时，气体流量越大，持液量越大，气 体通过填料层的压力降液也越大。 空塔气速：
用高，但塔径小，设备费用低。
四、填料塔的附件
（一）填料支承装置
（二）液体分布装置
（三）液体再分布器
气体在空塔中流过的速度，即气体体积流量除以塔 截面积所得的流速。
（一）气体通过填料层的压力降与液体流量及空 塔气速之间的关系
（二）泛点气速与压力降的关联图
三、塔径的操作条件下混合气流量，m3/s； U—混合气的空塔气速，m/s。 空塔气速小，则气体的压力降小，动力消耗少，操作费 用低，但塔径大，设备费用高。 空塔气速大，则气体的压力降大，动力消耗多，操作费
第五节
填料塔
一、填料塔结构及填料
（一）填料塔结构
（二）填料
1.散装填料 （1）拉西环 特点：高度和直径相等 缺点：横卧放置时内表面不易湿润，气 液接触面积小。 （2）鲍尔环 特点：提高了环内空间和环内表面的利 用程度，减小流体阻力，增大气液接触 面积。 （3）矩鞍形 特点：填料相堆放时的接触面积小较小， 空隙率教大，流体阻力较小，气液接触 面积较大。
填料塔和填料
一、确定工艺参数
• 1、用全塔物料衡算式确定产品流量； • 2、用图解或公式法确定操作回流比； • 3、确定塔板数及加料板的位置； • 先用图解法或逐板计算法确定所需的理论塔板数，
然后查取工程手册或借助奥－康耐尔关联式确定塔 效率，从而确定所需的实际塔板数及加料板位置。
ET 0.49( L ) 0.245
第七章 气液传质设备
7.1 填料塔 7.2 板式塔 7.3 塔设备的比较和选型
7.1.1 填料塔和填料
一、填料塔的结构
填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传 热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、精馏 和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单，而且 具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤 其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物 料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于 某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填 料塔。
由于规则填料气、液分布较均匀，放大效应小，技术指标由于乱堆填料，故近年 来规则填料的应用日趋广泛，尤其是大型塔和要求压降低的塔，但装卸清洗较为困 难。
对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔，选用孔板波纹 填料较宜，如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。
对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填料中，综合技术 性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再次是矩鞍填料。
降液管容积m3 液体体积流量m3
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降液管的形状一般为弓型
3、溢流堰
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降液管
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图 10－ 17 单 溢 流 塔 板 示 意 图
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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。
拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。
（2）鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。
鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。
与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。
鲍尔环是一种应用较广的填料。
（3）阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。
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。
锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
（4）弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。
弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。
其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。
弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。
（5）矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。
矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。
矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。
目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。
（6）金属环矩鞍填料环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。
环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。
（7）球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。
球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。
由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。
球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。
除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。
工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。
2．规整填料
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）格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。
工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。
目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。
格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。
（2）波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。
各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。
波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。
金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。
金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。
尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。
金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。
该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm 左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。
波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。
金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。
金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。
它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为～小刺孔。
其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。
波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。
波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。
（3）脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料。
脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。
在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。
在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。
流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。
脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。
因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。