填料精餾塔的優缺點（精餾乾貨20填料塔的原理及結構）

2023-10-16 21:59:29

填料塔（Packing Column）是塔設備的一種。塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應用於氣體吸收時，液體由塔的上部通過分布器進入，沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結構較簡單，檢修較方便。廣泛應用於氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。

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填料塔的結構

◆填料層：提供氣液接觸的場所。

◆液體分布器：均勻分布液體，以避免發生溝流現象。

◆液體再分布器：避免壁流現象發生。

◆支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。

◆除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。

氣體從塔底送入，經氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布後，與液體呈逆流連續通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。

填料塔屬於連續接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化，在正常操作狀態下，氣相為連續相，液相為分散相。

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填料塔的附件

填料塔的附件有填料支撐裝置、液體分布裝置、液體再分布器、除沫裝置、填料壓緊裝置這五種。

⑴填料支撐裝置

主要用途是支撐塔內的填料，同時又能保證氣液兩相順利通過。若設計不當，填料塔的液泛可能首先在填料支撐裝置上發生。

對填料支撐裝置的要求：

◆對於普通填料，支撐裝置的自由截面積應不低於全塔面積的50%，並且要大於填料層的自由截面積；

◆具有足夠的機械強度、剛度；

◆結構要合理，利於氣液兩相均勻分布，阻力小，便於拆裝。

⑵液體分布裝置

液體在填料塔內均勻分布，可以增大填料的潤溼表面積。以提高分離效率，因此液體的初始分布十分重要。

常用的液體分布裝置有：蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔環管式分布器等。

液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數的結構尺寸。

對液體分布器的選型和設計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料製作，且操作安裝方便，容易調整水平。

⑶液體再分裝置

液體再分裝置作用是減小壁流現象。

壁流現象：在亂堆填料層內存在的液體逐漸流向塔壁的現象。

在填料層內每隔一定高度設置液體再分布裝置。

常用的液體再分裝置有：椎體形、槽形、升氣管形等。

在通常情況下，一般將液體收集器與液體分布器同時使用，構成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然後送至液體分布器進行液體再分布。

⑷除沫裝置

當塔內操作氣速較大或液沫夾帶現象嚴重時，可在液體分布器的上方設置除沫裝置，主要用途是除去出口氣流中的液滴。

由於氣體在塔頂離開填料塔時，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經常需要在頂設置除沫器。

常用的除沫器有以下幾種：

✦折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。

✦旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過時，產生旋轉運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現了氣液分離。適用於大塔徑淨化要求高的場合。

✦絲網除沫器，它由金屬絲捲成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強降約為120-250Kp，絲網除沫器的直徑由氣體通過絲網的最大氣速決定。

⑸填料壓緊裝置

安裝在填料層上端。作用是保持填料層為一高度固定的床層，從而保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩定，防止在高壓降、瞬時負荷波動等情況下，填料層發生鬆動或跳動。

分為：

填料壓板：自由放置於填料上端，靠自身重量將填料壓緊。適用於陶瓷、石墨材質的散裝填料。它的作用是在高氣速（高壓降）和負荷突然波動時，阻止填料產生相對運動，從而避免填料鬆動、破損。

由於填料易碎，當碎屑淤積在床層填料的空隙間，使填料層的空隙率下降時，填料壓板可隨填料層一起下落，緊緊壓住填料而不會形成填料的鬆動、降低填料塔的生產能力及分離效率。

床層限制板：固定在填料上端。

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填料塔的操作方式

填料塔的操作是從物料平衡、熱量平衡、相平衡及填料塔性能等幾個方面考慮，通過控制系統建立並調節塔的操作條件，使填料塔滿足分離要求。

⑴填料塔的操作方式：

液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上，並沿填料表面流下；氣體從塔底送入，經氣體分布裝置分布後，與液體呈逆流連續通過填料層的空隙；在填料表面上，氣液兩相接觸進行傳質。

⑵填料塔的操作特點：

填料塔屬於微分接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化；在正常操作狀態下，氣相為連續相，液相為分散相。

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氣液兩相的流體力學特性

填料塔的流體力學性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛等。

⑴填料層的持液量

在一定操作條件下，由於液膜與填料表面的摩擦以及液膜與上升氣體的摩擦，有部分液體停留在填料表面及其縫隙中。

✦定義：單位體積填料層內所積存的液體體積，以（m3液體）/（m3填料）表示。

✦持液量的影響：一般來說，適當的持液量對填料塔操作的穩定性和傳質是有益的，可以提供更大的氣液相接觸面積；但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。

✦結論：持液量不宜太小，也不宜太大。

⑵填料層的壓降

✦產生原因：在操作過程中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。

✦影響因素：壓降與液體噴淋量及氣速有關：一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。