第三章 塔設(shè)備第二次課

第三章塔設(shè)備第二次課第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日3.2.2填料填料—填料塔的核心部件作用：提供塔內(nèi)氣－液兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)和（或）傳熱的表面

塔填料與塔內(nèi)件一起決定填料塔的性能傳質(zhì)面積：被濕潤的填料表面第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.填料的幾何特性

（1）公稱直徑dp

（2）比表面積at,

（3）空隙率，與填料結(jié)構(gòu)以及裝填方式有關(guān)

（4）堆積密度：

（5）填料因子：填料的比表面積與空隙率三次方的比值。它表示填料的流體力學(xué)性能，其值越小，表明流動(dòng)阻力越小。一、塔填料第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、塔填料的分類堆積方式：散堆，整砌

按基本構(gòu)形：環(huán)形填料、鞍形填料和球形填料三個(gè)系列1、散堆填料:散堆填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。材料通常為陶瓷、金屬、塑料、玻璃、石墨等。陶瓷、金屬、塑料金屬絲基材：實(shí)體：網(wǎng)狀：第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日在每一系列中，基于減少壓強(qiáng)降、增大比表面積、增加氣、液擾動(dòng)和改善表面潤濕性能的要求，形成了各自的發(fā)展序列。

環(huán)形填料弧鞍矩鞍、鞍型填料環(huán)矩鞍、組合環(huán)、環(huán)鞍結(jié)合型填料環(huán)、鞍型填料TRI球、Top－Pak、MellaringVSP、球形填料散堆填料拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、共軛環(huán)、QH扁環(huán)第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日（1）環(huán)形填料1）拉西環(huán)填料2）鮑爾環(huán)填料第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日3）階梯環(huán)填料4）三葉環(huán)填料5）QH扁環(huán)第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日（2）鞍形填料1）弧鞍填料2）矩鞍填料第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日3）環(huán)矩鞍填料第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日（3）球形填料共軛環(huán)華南理工大學(xué)化工學(xué)院研制第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日雙鞍環(huán)RICTM填料

Impac填料

第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日規(guī)整填料格柵型填料

規(guī)整填料是按一定的幾何構(gòu)形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。波紋填料第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日規(guī)整波紋填料塔示意圖第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日塔填料的發(fā)展趨勢散堆填料朝著分離效率高、通量大、壓降低、堆積時(shí)趨向于規(guī)整排列的方向發(fā)展，環(huán)壁開孔、環(huán)鞍結(jié)合、低高徑比是散堆填料外形的發(fā)展趨勢。規(guī)整填料的研究重點(diǎn)由幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化轉(zhuǎn)為表面結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，成本合理的多層復(fù)合板網(wǎng)填料前景誘人。性能優(yōu)越、價(jià)格低廉的塑料、陶瓷和其它新型材質(zhì)的高效填料有廣闊的發(fā)展前景。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日散堆填料：投資省，裝卸方便，對塔內(nèi)件要求低規(guī)整填料：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，效率高綜合性能規(guī)整填料>

散堆填料第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。填料的選擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個(gè)方面：(1)傳質(zhì)效率要高。一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料。(2)通量要大。在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。(3)填料層的壓降要低。(4)填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便。填料種類的選擇第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日從塔頂向下流動(dòng)的液膜與填料表面的摩擦和與上升氣體間的摩擦構(gòu)成了液膜流動(dòng)阻力。液(/氣)流量↑→液膜厚度↑→ε↓液膜厚度直接影響氣體通過填料層的Δp、u液泛及塔內(nèi)液體的持液量等流體力學(xué)性能。填料塔的流體力學(xué)性能流體力學(xué)性能包括：氣體壓降、液泛氣速、持液量及液/氣兩相流體分布等。第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、氣體通過填料層的壓強(qiáng)降

壓強(qiáng)降的大小決定了填料塔的動(dòng)力消耗，是設(shè)計(jì)過程的重要參數(shù)。常將不同噴淋量(包括LS=0)下，隨氣速變化的Δp分別畫在同一個(gè)坐標(biāo)上第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日恒定噴淋量下：

①氣速較低，填料表面液膜厚∝(液固間摩擦力和LS)，與u幾乎無關(guān)；但比無噴淋量時(shí)阻力要大。②氣速增至一定值后，氣液間阻力不容忽視，液膜加厚→出現(xiàn)攔液現(xiàn)象，載液線斜率>2；但載點(diǎn)難測。③再增大氣速至液體不能順利下流，此時(shí)填料層中的持液量增加迅速，往往可以看到填料層的某個(gè)高度上出現(xiàn)“積液層”。若此時(shí)不增加氣速，積液層仍在擴(kuò)大，則會(huì)達(dá)到“液泛”。此段斜率可以>10。

尋找u液泛,min：達(dá)液泛時(shí)速記錄。第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、液泛壓強(qiáng)降急劇增大，塔的操作明顯波動(dòng)，氣流呈現(xiàn)脈動(dòng)，液體發(fā)生激烈的"軸向返混"，致使塔的分離效率嚴(yán)重惡化。對于設(shè)計(jì)較為合理的塔，液泛多從塔頂部發(fā)生，出現(xiàn)明顯的積液，并伴有嚴(yán)重的飛沫現(xiàn)象。泛點(diǎn)一般由△p～u關(guān)系線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來確定。一般認(rèn)為液泛為填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔氣速u=(0.5～0.8)uf

影響液泛的主要因素：①填料的幾何形狀、σ、ε；②流體物性：ρV、ρL、μL；③氣液流量；④流動(dòng)狀況。

第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日塔填料附件

a.填料支承結(jié)構(gòu)作用：支承塔內(nèi)的填料。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日b．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)。第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日c.液體分布器多孔環(huán)管式蓮蓬頭式溢流管式第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日d.液體收集及再分布裝置液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流將導(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。液體收集再分布裝置第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

【附加思考題】有一吸收塔，填料層高度為3m，在常壓、20℃用清水來吸收氨和空氣混合氣體中的氨。吸收率為99%，進(jìn)口氣體中含氨6%（體積%），進(jìn)口氣體速率為580kg.m-2.h-1，進(jìn)口清水速率為770kg.m-2.h-1，假設(shè)在等溫條件下逆流吸收操作，平衡關(guān)系y=0.9x，KG.α與壓強(qiáng)無關(guān)，而與氣體質(zhì)量流速的0.8次方成正比，分別計(jì)算下列操作條件下，達(dá)到相同分離程度所需填料層高度。（1）將操作壓強(qiáng)增加一倍（P=202.6kPa），其他條件不變。（2）將進(jìn)口清水量增加一倍，其他條件不變。（3）將進(jìn)口氣體流量增加一倍，其他條件不變。

第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日首先通過已知Z=3m，以及未改變條件時(shí)的數(shù)據(jù)，和Z的計(jì)算公式，求出KGα，然后通過改變條件，對Z計(jì)算式各種參數(shù)的影響，分別計(jì)算新的Z。從上式看出：（1）總壓P對m有影響，對Z有影響。（2）液體流量L，對Z有影響。（3）氣體流量V，對Z有影響。解題思路：第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

解題過程：一、求現(xiàn)有條件下的

KGα第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日二．分別計(jì)算：(1)P’=2026kPa,由于亨利定律E與P無關(guān)E=mP=m’P第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十一頁，2022年，8月28日此題復(fù)習(xí)了