填料塔

泛点 载点


应予指出，在同样的气液负荷下，不同填料 的△P/Z～u关系曲线有所差异，但其基本形 状相近。对于某些填料，载点与泛点并不明 显，故上述三个区域间无截然的界限。
3. 液泛 在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散 相变为连续相，而气相则由连续相变为分散 相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出 现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极 不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔 或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特 性、流体的物性及操作的液气比等。


（4）堆积密度ρ p ：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。

（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。

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。


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。

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%。

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。
2.填料塔的特点(与板式塔相比) 优点： 生产能力大。填料塔内件开孔率大，空隙 率大，液泛点高。 分离效率高。填料塔每米理论级远大于板 式塔，尤其在减压及常压条件下。 压降小。空隙率高，阻力小。 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，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。

（3）填料因子φ：比表面积与空隙率三次方 的比值，α /ε 3称为干填料因子，1/m，它反 映特定结构和尺寸填料的综合流体力学性能。 当填料被液体润湿后，a与ε 均发生相应的变 化，此时的α/ε 3称为湿填料因子，表示实际 操作时填料的流体力学特性，其值由实验测 定。 填料因子值小表示流动阻力小，液泛速度可 以提高。 ：

填料特性的影响集中体现在填料因子上。填 料因子值越小，泛点气速越大，即越不易发 生液泛现象。 流体物性的影响体现在气体密度ρV、液体的 密度ρL和粘度μL上。气体密度越小，液体的 密度越大、粘度越小，则泛点气速越大。 操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷 淋量愈大，填料层的持液量增加而空隙率减 小，故泛点气速愈小。

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， 处理能力大，性能虽 不如鲍尔环好，但构 造简单，是一种性能 优良的填料。
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。
填料作用 提供气液接触面积； 强化气体湍动，降低气相传质阻力； 更新液膜表面，降低液相传质阻力。

二. 填料的类型及性能评价
1 填料（packings）的类型 1).分类 按填料形状分：

网体填料 实体填料

按填料的装填方式分：
散装填料 规整填料

按材质分：
金属填料 塑料填料 陶瓷填料 石墨填料
泛点 载点
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，此现象称为拦液。开始发生拦液现 象时的空塔气速称为载点气速，超过载点后， 曲线斜率大于2。

4.2.3 填料塔的流体力学性能(续)

③液泛区 气速继续增大，由于液体不能 顺利向下流动，使填料层的持 液量不断增大，填料层内几乎 充满液体。气速增加很小便会 引起压降的剧增，此现象称为 液泛，开始发生液泛现象时的 气速称为泛点气速，以uF表示。 此区域内曲线斜率可达10以上。


⑩脉冲填料：是由带缩颈的中空 棱柱形单体，按一定方式拼装而 成的一种规则填料。脉冲填料组 装后，会形成带锁颈的多孔棱形 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，在缩颈处，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。 特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏， 大塔径场合。

持液量分为静持液量Hs、动持液量Ho和总持 液量Ht。 静持液量是指当填料被充分润湿后，停止气 液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留 于填料层中的液体量，其取决于填料和流体 的特性，与气液负荷无关。


动持液量是指填料塔停止气液两相进料时流 Ht H0 H s 出的液体量，它与填料、液体特性及气液负 荷有关。总持液量是指在一定操作条件下存 留于填料层中的液体总量。显然，总持液量 为静持液量和动持液量之和，即

除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。

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。
木格栅填料
格里奇格栅填料

⑨波纹填料：波纹填料是 由许多层波纹薄片组成， 各片高度相同但长短不等， 搭配组合成圆盘状，填料 波纹与水平方向成45°倾 角，相邻两片反向重叠使 其波纹互相垂直。圆盘填 料块水平放入塔内，相邻 两圆盘的波纹薄片方向互 成90°角。
金属丝网波纹填料
金属孔板波纹填料
波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成 板波纹填料和网波纹填料。 板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢 等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流 体通量大、效率高，而且制造方便、价格低， 正向通用化、大型化方向发展。
泛点 载点

曲线1、2、3表示不同 液体喷淋量下，填料层 的△P/Z～u关系，称为 填料操作压降线，折线， 存在两转折点，下转折 点称“载点”，上转折 点称“泛点”。这两个 点将△P/Z～u线群分成 三个区段，即恒持液量 区、载液区和液泛区。

①恒持液量区 气速较低时，液体向下流动不受 气流的影响，填料表面上覆盖的 液膜厚度基本不变，因而填料层 的持液量不变。在同一空塔气速 下，由于湿填料层内所持液体量 占据一定空间，故使气体的真实 速度较通过干填料层的速度高， 因而压降也大，此时△P/Z～u位 于干填料压降线的左侧，且二者 平行。

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。

填料层的持液量可由实验测出，也可由经验 公式计算。一般来说，适当的持液量对填料 塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量 过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面， 使压降增大，处理能力下降。
2. 填料层的压降 在逆流操作的填料塔 中，从塔顶喷淋下来的 液体，依靠重力在填料 表面成膜状向下流动， 上升气体与下降液膜的 摩擦阻力形成了填料层 的压降。

2 填料的性能评价
1. 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， 所提供的气液传质面积愈大，愈有利于传质。 是评价填料性能优劣的重要指标。

〖说明〗 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%。 有的部位填料表ห้องสมุดไป่ตู้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。为此，须把比 表面积与有效的传质比表面积加以区分。
填料塔
安华
08.10.10
填料塔
一.填料塔的结构与特点 二. 填料的类型及性能评价. 三. 填料塔的流体力学性能 四. 填料塔的内件

一. 填料塔的结构与特点
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。
2.填料的性能评价 填料性能的优劣常根据效率、通量及压降三 要素衡量。 相同条件下，比表面积愈大，气液分布愈均 匀，表面的润湿性能愈优良，传质效率愈高； 空隙率愈大，则通量愈大，压降也愈低。 常用填料综合性能评价见P269表4-5。

三. 填料塔的流体力学性能
包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、 填料表面的润湿及返混等。 1. 填料层的持液量 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。
喇叭口一边，不仅增加机械强度，而且使填 料之间为点接触，有利于液膜的汇集与更新， 提高了传质效率。 目前所使用的环型填料中最为优良的一种。


④弧鞍型(berl saddle) ： 表面全部敞口，不分内 外，液体在表面两侧均 匀流动，表面利用率高， 流动呈弧形，气体阻力 小。但两面对称有重叠 现象，容易产生沟流。 强度差，易破碎。应用 较少。

（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。

拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻 环间易形成线接触，填料层的均匀性差，因 而存在严重的向壁偏流和沟流现象，致使传 质效率低。而且流动阻力大，操作范围小。 其改善方面有θ 形、十字格形的拉西环。

②鲍尔环(pall ring)：鲍尔环 是在拉西环的壁上开一层或 两层长方形窗口，窗孔的母 材两层交错地弯向环中心对 接。这种结构使填料层内气、 液分布性能大为改善，尤其 是环的内表面得到充分利用。
2).常用的几种填料 ①拉西环(Rasching ring) ： 拉西环是工业上最早使用的 一种填料，为外径与高度相 等的圆环，通常由陶瓷或金 属材料制成。

拉西环
环

拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻 环间易形成线接触，填料层的均匀性差，因 而存在严重的向壁偏流和沟流现象，致使传 质效率低。而且流动阻力大，操作范围小。 其改善方面有θ 形、十字格形的拉西环。


填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一 定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大； 在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也 越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的 压降ΔP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐 标纸上，可得到如图示的线群。
4.2.3 填料塔的流体力学性能(续)

在图中，直线0表 示无液体喷淋（L=0） 时，干填料△P/Z～u关 系，称为干填料压降线， 直线，斜率为1.8～2.0。