1、第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 復(fù)習(xí)： 板式塔與填料塔塔設(shè)備n塔器：高徑比很大的設(shè)備n（1）板式塔：逐級(jí)接觸式n 處理物料量大、所需塔徑較大n（2）填料塔：微分接觸式n 處理物料量小、塔徑在0.8m以下n 近年來(lái)這個(gè)格局已被打破。一、板式塔 板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤(pán)等部件構(gòu)成。 板式塔的結(jié)構(gòu) 1. 殼體2. 塔板3. 溢流堰4. 受液盤(pán)5. 降液管板式塔液相連續(xù)相汽相分散相二、板式塔篩孔塔板示意圖 1. 篩孔2. 鼓泡層3. 泡沫層4. 降液管 填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、液體分布器、

2、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構(gòu)成。 1.塔殼體；2.液體分布器；3.填料壓板；4.填料；5.液體再分布器；6.填料支承板。填料塔結(jié)構(gòu)示意圖填料塔液相連續(xù)相氣相分散相二、填料塔塔設(shè)備的兩條原則n（1）使氣液兩相充分接觸，適當(dāng)湍動(dòng)，以提供盡可能大的傳質(zhì)面積和傳質(zhì)系數(shù)，接觸后兩相又能及時(shí)完善分離；n（2）在塔內(nèi)使氣液兩相最大限度地接近逆流，以提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力。塔設(shè)備性能評(píng)價(jià)指標(biāo)n（1）通量：?jiǎn)挝凰孛娴纳a(chǎn)能力n（2）分離效率：?jiǎn)挝粔航邓姆蛛x效果n（3）適應(yīng)能力：操作彈性n（4）其他：流動(dòng)阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、n 金屬耗量小、造價(jià)低、n 易于操作控制等塔設(shè)備性能評(píng)價(jià)指標(biāo)n一般

3、來(lái)說(shuō)，通量、效率和壓力降是互相影響甚至是互相矛盾的。對(duì)于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，應(yīng)在保持高通量前提下，爭(zhēng)取效率不過(guò)于降低；對(duì)于精密分離來(lái)說(shuō)，應(yīng)優(yōu)先考慮高效率，而通量和壓力降則放在第二位。與板式塔相比，填料塔具有以下特點(diǎn)：v 生產(chǎn)能力大v 側(cè)線(xiàn)進(jìn)料和出料較難v 壓力降小，持液量小v 操作彈性大v 分離效率高v 造價(jià)較高v 易堵塞板式塔和填料塔的比較8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 8.7 填料塔 一、填料的類(lèi)型 二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 一、填料的類(lèi)型(1) 環(huán)形填料 拉西環(huán)勒辛環(huán)十字隔板環(huán)螺旋環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)扁環(huán)改變通量，改善氣液流動(dòng)狀況增加填料比表面積1.

4、散裝填料拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)扁環(huán)(2)鞍形填料與環(huán)鞍形填料 弧鞍填料改進(jìn)矩鞍填料矩鞍填料與環(huán)形填料相結(jié)合環(huán)矩鞍填料一、填料的類(lèi)型弧鞍填料矩鞍填料金屬環(huán)矩鞍填料(3)球形填料與花環(huán)填料 球形填料 v 多面球填料 v 花環(huán)填料 通常用塑料注塑而成v TRI球形填料 v 共軛環(huán)填料 v 海爾環(huán)填料 v 納特環(huán)填料 花環(huán)填料一、填料的類(lèi)型多面球形填料TRI 球形填料花環(huán)填料海爾環(huán)填料共軛環(huán)填料納特環(huán)填料塑料異型環(huán)矩鞍填料(1)格柵填料 格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等。格柵

5、填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。 2.規(guī)整填料一、填料的類(lèi)型木格柵填料格里奇格柵填料(2)波紋填料 目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤(pán)狀填料，波紋與塔軸的傾角有30和45兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤(pán)填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤(pán)填料間交錯(cuò)90排列。 波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類(lèi)。一、填料的類(lèi)型金屬孔板波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料陶瓷板波紋填料塑料板波紋填料二、填料的性能及其評(píng)價(jià) (1)比表面積 單位體積填料層的表面積稱(chēng)為比表面積，以 表示，其單位為 m2/m3。 傳質(zhì)面積傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力生產(chǎn)能力分析 1.

6、填料的幾何特性 (2)空隙率 單位體積填料層的空隙體積稱(chēng)為空隙率，以 表示，其單位為 m3/m3，或以%表示。 流動(dòng)阻力塔壓降生產(chǎn)能力傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力分析 二、填料的性能及其評(píng)價(jià) (3)填料因子 填料的比表面積與空隙率三次方的比值稱(chēng)為填料因子，以 表示，其單位為1/m。 3分析 傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力生產(chǎn)能力二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 干填料因子在操作狀態(tài)下濕填料因子壓降填料因子 P泛點(diǎn)填料因子 F二、填料的性能及其評(píng)價(jià) L濕填料因子PP 操作氣速 uFPF 泛點(diǎn)氣速 uF二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 2.填料的性能評(píng)價(jià) 填料的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) v 生產(chǎn)能力大v 傳質(zhì)效率高v 填料層壓降低v 操作彈性大v 造價(jià)低

7、 9 種填料綜合性能評(píng)價(jià) 填料名稱(chēng) 評(píng)估值 評(píng) 價(jià) 排序 絲網(wǎng)波紋填料 0.86 很好 1 孔板波紋填料 0.61 相當(dāng)好 2 金屬I(mǎi)ntalox填料 0.59 相當(dāng)好 3 金屬鞍形環(huán)填料 0.57 相當(dāng)好 4 金屬階梯環(huán)填料 0.53 一般好 5 金屬鮑爾環(huán)填料 0.51 一般好 6 瓷Intalox填料 0.41 較好 7 瓷鞍形環(huán)填料 0.38 略好 8 瓷拉西環(huán)填料 0.36 略好 9 二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 三、填料的選擇 1.填料類(lèi)型的選擇 填料類(lèi)型的選擇考慮因素 v 填料的傳質(zhì)效率要高v 填料的通量要大v 填料的壓降要低v 填料抗污堵性能強(qiáng)v 填料便于拆裝、檢修2.填料規(guī)格的選擇

8、 散裝填料常用的規(guī)格（公稱(chēng)直徑） DN16 DN25 DN38 DN50 DN76(1)散裝填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格傳質(zhì)效率填料層壓降選擇原則：D/d 8塔徑填料公稱(chēng)直徑三、填料的選擇 (2)規(guī)整填料規(guī)格的選擇 規(guī)整填料常用的規(guī)格（比表面積）125 150 250 350 500 700 同種類(lèi)型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。故選用時(shí)，應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)以及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮。 三、填料的選擇 8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.7 填料塔 8.7.2 填料塔的流體力學(xué)性能與操作特性一、填料塔的流體

9、力學(xué)性能 填料層的持液量是指在一定操作的條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積。 持液量總持液量 Ht動(dòng)持液量 Hc靜持液量 Hs1.填料層的持液量 HtHc Hs分析 Ht填料層壓降傳質(zhì)效率生產(chǎn)能力m3液體/m3填料填料層的壓降形成v 液膜與填料表面的摩擦v 液膜與上升氣體的摩擦u 一定L L 一定u填料塔的流體力學(xué)性能分析 PPPZP /u單位高度填料層壓降一、填料塔的流體力學(xué)性能2.填料層的壓降 填料層的P u關(guān)系液泛區(qū)載液區(qū)恒持液量區(qū)泛點(diǎn)載點(diǎn)二、填料塔的操作特性 氣液兩相的均勻分布是填料塔設(shè)計(jì)與操作中十分重要的問(wèn)題。 氣液分布初始分布動(dòng)態(tài)分布1.填料塔內(nèi)的氣液分布 進(jìn)塔的氣液兩相通

10、過(guò)分布裝置所進(jìn)行的強(qiáng)制分布。 在一定的操作條件下，氣液兩相在填料層內(nèi)，依靠自身性質(zhì)與流動(dòng)狀態(tài)所進(jìn)行的隨機(jī)分布。 2.液體噴淋密度與填料表面的潤(rùn)濕 單位塔截面積上單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積液體噴淋密度。LU3600m3/(m2h)L 液體體積流量，m3/s 填料塔的截面積，m2二、填料塔的操作特性（1）液體噴淋密度 (2)最小液體噴淋密度 為保證填料層的充分潤(rùn)濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值 最小液體噴淋密度。Uminminmin)(WLU最小液體噴淋密度，m3/(m2h)最小噴淋密度計(jì)算式 最小潤(rùn)濕速率，m3/(mh)經(jīng)驗(yàn)值二、填料塔的操作特性min)(WL 在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液

11、相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，此時(shí)氣體呈氣泡形式通過(guò)液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至被破壞，此種情況稱(chēng)為液泛。 液泛時(shí)的空塔氣速u(mài)泛點(diǎn)氣速 uF二、填料塔的操作特性3.液泛(1)填料塔的液泛現(xiàn)象 uF影響液泛的因素填料特性流體物性L(fǎng)LV液氣比分析 uFuFuFuF二、填料塔的操作特性VLWW(2)影響液泛的因素 (3)泛點(diǎn)率100Fuu散裝填料50規(guī)整填料6085%95%二、填料塔的操作特性 為保證填料塔正常操作，其操作氣速應(yīng)低于泛點(diǎn)氣速，操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值稱(chēng)為泛點(diǎn)率。 安全系數(shù)uFu(4)泛點(diǎn)氣速的計(jì)算二、填料塔的操作特性埃克特(Ecker

12、t)通用關(guān)聯(lián)圖 散裝填料的泛點(diǎn)氣速可用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。埃克特通用關(guān)聯(lián)圖5 . 0)(LVVLWW橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)2 . 02)(LLVFFguLO2H泛點(diǎn)填料因子UbaFlglg二、填料塔的操作特性a、b 關(guān)聯(lián)式常數(shù)，由有關(guān)手冊(cè)查出。 為了工程計(jì)算方便，將散裝填料的泛點(diǎn)填料因子進(jìn)行歸納整理，得到與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的泛點(diǎn)填料因子平均值。 在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。 造成返混現(xiàn)象原因 返混的影響傳質(zhì)推動(dòng)力變小，傳質(zhì)效率降低放大效應(yīng)。v 填料層內(nèi)的氣液分布不均v 氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流v 氣液的湍流脈動(dòng)使氣液微團(tuán)停留時(shí)間不一致二、填料塔的操作特

13、性4.填料塔的返混8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.7 填料塔 8.7.2 填料塔的流體力學(xué)性能與操作特性8.7.3 填料塔的內(nèi)件一、 填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。填料支承裝置類(lèi)型柵板型 孔管型 駝峰型 二、填料壓緊裝置 填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。 填料壓緊裝置類(lèi)型柵板型 網(wǎng)板型 三、液體分布裝置 液體分布裝置作用是將進(jìn)塔液體均勻分布，以噴灑在填料層的上方。液體分布裝置類(lèi)型噴頭式 盤(pán)式 管式 槽式 槽盤(pán)式 噴頭式液體分布器 盤(pán)式液體分布器 管式液體分布器 槽式液體分布器 槽盤(pán)式液體分布器 四、液體收集及再分布裝置 液體沿填料層向下

14、流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的現(xiàn)象壁流。壁流導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液體再分布裝置。 液體收集及再分布裝置類(lèi)型截錐式 斜板式 槽盤(pán)式液體分布器 截錐式液體收集及再分布器 斜板式液體收集器 課外資料：國(guó)內(nèi)常用的填料手冊(cè)1. 李錫源等. 新型工業(yè)塔填料應(yīng)用手冊(cè)散裝填 料部分. 西安: 化學(xué)工業(yè)部第六設(shè)計(jì)院,19892. 劉乃鴻等. 工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè). 天 津: 天津大學(xué)出版社,19933. 王樹(shù)楹等. 現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南.北京:中國(guó)石 化出版社,19984. 徐崇嗣等. 塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè).北京:化學(xué) 工業(yè)出版社,1995練 習(xí) 題 目思考題1.填料有哪些主要類(lèi)型？2.填料的幾何特性包括哪些參數(shù)？3.評(píng)價(jià)填料性能有那些指標(biāo)？4. 填料塔的流體力學(xué)性能包括哪些方面，對(duì)填料 塔的傳質(zhì)