填料塔技术及应用现状研究综述

研究与开发化 工 设 计 通 讯

Research and Development

Chemical Engineering Design Communications

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第45卷第9期

2019年9月

近年来随着工业生产和城市现代化水平的发展，废水排放日益增加，水中的重金属含量超标。重金属废水处理为污水处理中的一项重要内容，含铬废水作为重金属废水中的一类污染物，其处理技术对于流体传输性能要求十分高。目前国内外对多孔陶粒填料塔流体传输性能的实验研究，旨在强化操作与技术革新，本研究的目的是研究多孔陶粒填料塔流体传输性能，主要针对污水处理方面的实验。通过对多孔陶粒填料塔中流体测试，分析出填料塔在流体流动过程中的优良性能以及存在的主要问题，并深入分析其出现的原因，并借鉴国内外先进行业多孔陶粒填料塔流体传输性能研究的经验，为多孔陶粒填料塔更好的发挥其优良的特性以及更好地推进多孔陶粒填料塔的发展进程。为今后的的污水处理装置的设计及其性能优化提供中肯的建议和丰富的经验。

关于填料塔的工艺设计，首要的工作是确定其直径和高度，根据流体力学性能确定填料塔的直径和高度。由于目前填料塔中塔填料的种类繁多，形状各不相同，质地相差较大，因此构建起的填料层的模式错综复杂，但填料塔的操作流程较为简单。填料塔中流体力学研究是整个填料塔研究的重中之重，即使国内外有许多非常好的研究成果，但是仍存在大量的问题。现阶段确定填料塔直径和高度的方式主要通过实验研究和理论推算，并附加工业污水处理的实践总结进行装置的设计。1 填料塔技术

目前，填料塔中的填料种类在普遍情况下需考虑实际生产、生活操作中的基本要求，主要考虑如下几个方面：传输

效率要求高。规整填料用于大型塔时，其效率降低较小[1]

。一般来说，散装填料低于规整填料；优先选择气相动能因子较

高的填料；填料塔中填料层压降低；填料机械强度高，填料塔便于清洗、安装、拆卸。以上是根据流体力学和传输性能两个方面综合考虑多孔陶粒填料的特性。

填料塔的内部构件是保证填料塔中的气液接触更加充分，塔内的沟流和壁流效应有所改善，压降也可以很小，为了更好地发挥填料塔最大生产效率的能力。Porter 关于填料塔的壁流效应曾提出，对于小直径的填料塔壁流量几乎能占到总液体量的50%[2]。张志炳等[3]探索发现，对于某些填料的壁流量甚至能达到总液体的70%以上。实验研究表明，填料塔壁流量的大小与填料塔的许多参数有关（填料的物性参数、塔径、填料层高度、气体流速等），这些参数相互作用从而影响填料塔的壁流量。

填料塔的流体力学性能指标在普遍情况下有压降、液泛以及持液量等参数。掌握气液两相流体在填料塔中的流动规律能够进一步弄懂填料塔的流体力学性能。所以，研究填料塔中流体的流动分布规律是推进填料塔技术发展的基石。本文从工业污水处理应用角度介绍填料塔的发展概况，详细叙述了多孔陶粒介质流体传输性能实验的研究，侧重总结重点结论，并对所得结论研究、分析、探讨，从而为工业污水处理以及对填料塔设计和操作提供了更加稳定、准确的实验数据和宝贵的建议。

填料塔运行操作时，气体从塔的底部自下而上经过多孔陶粒的空隙，液体从填料塔设备顶部流下进入填料层并沿陶粒填料表面流动，在此期间气液流动形成两相接触面，进行流体力学传输。气体和液体相互穿插，流动能力、两相接触面的大小、传输速率的快慢程度与多孔陶粒的几何形状以及物性参数有着密不可分的关系。对于以上问题的出现，近年来相关领域的专家与学者一直探索传输性能优良并且成本低廉的塔填料。

填料塔在大多数的情况下可以体现出其优良的特性，在操作过程中需要高精度的分离情况下，由于新型填料的发现可以保持填料塔高效传输的硬性指标要求，所以可以采用新型的填料来降低填料塔的高度，以减少设备的生产运行中占

摘　要：填料塔作为一种气液分离设备被广泛应用于生物、环境、化学等领域，填料塔的内部构件以及操作流程是塔技术的发展关键，填料作为填料塔的核心部件，填料的性能直接决定填料塔的流体传输性能。从工业污水处理应用角度介绍多孔陶粒填料塔流体传输问题，侧重叙述流体在填料塔中的压降、液泛、持液量的实验研究结果并将所得数据进行相应的分析和总结，干塔填料的压阻与空塔气速成反比，而湿塔填料的压阻与空塔气速成正比。以多孔陶粒填料在填料塔中的流动分布特性展开概述。目前，国内外已将大型高效的填料塔改进工作作为发展的方向，并且在填料塔的设备完善以及产品的质量、品质取得了卓越的成就，填料塔优良的特性将不断被探索与开发，为今后填料塔的长足发展奠定了坚实的基础。

关键词：塔技术；填料；应用；塔构件中图分类号：TB383.3 文献标志码：B 文章编号：1003–6490（2019）09–0147–03

Summary of Research on Packing Tower Technology and Application Status

Liu Hai-hua ，Liu Wen-lei ，Xu Wei xia, Xie Qian, He Bing lin

Abstract ：Packed column is widely used in biology ，environment ，chemistry and other fields as a gas-liquid separation equipment.The internal components and operation process of packed tower are the key to the development of tower technology.As the core component of packed tower ，the performance of packing directly determines the fluid transmission performance of packed tower.According to the application of industrial sewage treatment ，the fluid transmission of porous ceramsite packed tower is introduced.The experimental results of pressure drop ，flooding and liquid holdup of fluids in packed towers are emphatically described.The data obtained are analyzed and summarized.The pressure resistance of dry tower packing is inversely proportional to the air velocity of empty tower ，while the pressure resistance of wet tower packing is directly proportional to the air velocity of empty tower.In this paper ，the flow distribution characteristics of porous ceramsite packing in packed column are summarized.At present ，the improvement of large and efficient packed column has been taken as the direction of development at home and abroad ，and remarkable achievements have been made in the improvement of equipment ，product quality and quality of packed column.The excellent characteristics of packed column will be continuously explored and developed ，which lays a solid foundation for the further development of packed column.

Key words ：tower technology ；packing ；application ；tower components 填料塔技术及应用现状研究综述

刘海华，刘文磊，徐伟霞，谢 谦，贺冰琳

（西安航空学院，能源与建筑学院，陕西西安 710077）

收稿日期：2019–07–12基金项目： 陕西省教育厅专项科研计划项目（18JK0406）；西安航空

学院创新创业训练计划项目（DCX2019048）。

作者简介： 刘海华（1977—），女，吉林辽源人，讲师，主要从事环

境与能源生物技术中的热物理问题及气液两相流动的研究及教学工作。