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填料塔——連續結晶器

發布者:石家莊鼎威化工設備工程有限公司2015-08-19 09:08:20
     


 

  填料塔是以塔內的填料作爲氣液兩相間接觸構件的傳質設備。填料塔的塔身是一直立式圓筒(如上圖所示),底部裝有填料支承板,填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板,以防被上升氣流吹動。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(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。填料塔屬于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,氣相爲連續相,液相爲分散相。

  當液體沿填料層向下流動時,有逐漸向塔壁集中的趨勢,使得塔壁附近的液流量逐漸增大,這種現象稱爲壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均,從而使傳質效率下降。因此,當填料層較高時,需要進行分段,中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分,上層填料流下的液體經液體收集器收集後,送到液體再分布器,經重新分布後噴淋到下層填料上。

  填料塔具有生産能力大,分離效率高,壓降小,持液量小,操作彈性大等優點。

  填料塔也有一些不足之處,如填料造價高;當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面,使傳質效率降低;不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料;對側線進料和出料等複雜精餾不太適合等。

  塔填料的作用是爲氣、液兩相提供充分的接觸面,並爲提高其湍動程度(主要是氣相)創造條件,以利于傳質(包括傳熱)。它們應能使氣、液接觸面大、傳質系數高,同時通量大而阻力小,所以要求填料層空隙率高、比表面積大、表面濕潤性能好,並在結構上還要有利于兩相密切接觸,促進喘流。制造材料又要對所處理的物料有耐腐蝕性,並具有一定的機械強度,使填料層底部不致因受壓而碎裂、變形。

  常用的塔填料可分爲兩大類:散裝填料與規整填料。

  散裝填料

  散裝填料有中空的环形填料,表面敞开的鞍形填料等。常用的构造材料包括陶瓷、金属、玻璃、石墨等。几种主要散装填料的特点如下。

  拉西環

  拉西環为高与直径相等的圆环,常用的直径为25~75mm(亦有小至6mm,大至150mm的,但少用),陶瓷环壁厚2.5~9.5mm,金属环壁厚0.8~1.6mm。填料多乱堆在塔内,直径大的亦可整砌,以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势。拉西环结构简单,但与其他填料相比,气体通过能力低,阻力也大,液体到达环内部比较困难,因而湿润不易充分,传质效果差,故近年来使用较少。

  在拉西環內部空間的直徑位置上加一隔板,即成爲列辛環;環內加螺旋形隔板則成爲螺旋環。隔板有提高填料能力與增大表面的作用.

  弧鞍

  弧鞍又稱貝爾鞍(Berlsaddle),是出現較早的鞍形填料,形如馬鞍,大小自25mm至50mm的較常用。弧鞍的表面不分內外,全部敞開,流體在兩側表面分布同樣均勻。它的另一特點是堆放在塔內時,對塔壁側壓力比環形填料小。但由于兩側表面構形相同,堆放時填料容易疊合,因而減少暴露的表面,最近已漸爲構形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。

  矩鞍(Intaloxsaddle)矩鞍兩側表面不能疊合,且較耐壓力,構形簡單,加工比弧鞍方便,多用陶瓷制造。在以陶瓷爲材料的填料中,此種填料的水力性能與傳質性能都比較優越。

  以上各種散裝填料的壁上不開孔或槽,多用陶瓷制成。此外,又有在壁上開孔或槽的,多用金屬或塑料制成。後者的性能比前者的提高很多,因此被稱爲“高效”填料。常見的散裝開孔填料有下列幾種。

  鮑爾環

  (Pallring)鮑爾環的構造,相當于在金屬拉西環的壁面上開一排或兩排正方形或長方形孔,開孔時只斷開四條邊中的三條邊,另一邊保留,使原來的金屬材料片呈舌狀彎入環內,這些舌片在環內幾乎對接起來。填料的空隙率與比表面並未因而增加。但堆成層後氣、液流動通暢,有利于氣、液流動通暢,有利于氣、液進入環內。因此,鮑爾環比拉西環氣體通過能力與體積傳質系數都有顯著提高,阻力也減少。鮑爾環還可用塑料制造。

  階梯環(Cascademiniring)

  階梯環是一端有喇叭口的開孔環形填料,環高與直徑之比略小于1,環內有筋,起加固與增大接觸面的作用,喇叭口能防止填料凍死靠緊,使空隙率提高,並使表面更易暴露。制造材料多爲金屬或塑料。

  金屬鞍環(MetalIntaloxsaddle)用金屬作的矩鞍,並在鞍的背部沖出兩條狹帶,彎成環形筋,筋上又沖出四個小爪彎入環內。它在構形上是鞍與環的結合,又兼有鞍形填料液體分布均勻和開孔環形填料氣體通量大、阻力小的優點,故稱鞍環爲環矩鞍。

  規整填料:

  規整填料不同散裝填料,在于它具有成塊的規整結構,可在塔內逐層疊放。最早出現的規整填料是由機木板條排列成的柵板,後來也有用金屬條或塑料板條做的。柵板填料氣流阻力小,傳質效果卻比較差,現已不大用于氣液傳質設備,但在涼水塔中仍有使用。20世紀60年代以後開發出來的絲網波紋填料和板波紋填料,是目前使用比較廣泛的規整填料。現將它們的構形和特點分述如下:

  絲網波紋填料

  將金屬絲網切成寬50~100mm的矩形條,並壓出波紋,波紋與長邊的斜角爲30°,45°或60°,網條上打出小孔以利氣體穿過。然後將若幹網條並排成較塔內截面略小的一圓盤,盤高與條寬相等,許多盤在塔內疊成所需的高度。若塔徑大,則將一盤分成幾份,安裝時再並合。一盤之內,左右相鄰兩盤的網條又互成90°交叉。

  這種結構的優點是:*W#Q/|.c*M.g)t

  1)各片排列整齊而峰谷之間空隙大,氣流阻力小;

  2)波紋間通道的方向頻繁改變,氣流滑動加劇;6J)N9X*?!u#u-L/[&z

  3)片與片之間以及盤與盤之間網條交錯,促使液體不斷再分布;

  絲網細密,液體可在網面形成穩定薄膜,即使液體噴淋密度小,也易于達到完全潤濕。上述特點使這種填料層的通量大,在大直徑塔內使用也沒有液體分布不勻及填料表面潤濕不良的缺點。

  絲網波紋填料的缺点:

  1)造價高;

  2)裝砌要求高,塔身安裝的垂直度要求嚴格,盤與塔壁間的縫隙要堵實

  3)填料內部通道狹窄,易被堵塞且不易清洗。然而,由于其傳質效率很高且阻力很小,在精密精餾和真空精餾中使用很合適。開始時,多用于直徑比較小的塔,現可用于直徑達幾米的塔,使用領域也不再局限于蒸餾。

  板波填料.

  爲了克服絲網波紋填料價格高及安裝要求高的缺點,將絲網條改爲板條,填料的構形相同,構造材料除金屬外,還可用塑料。板波填料的傳質性能雖低于絲網波紋填料,但仍屬高效填料之列。這類填料的商品名有麥勒派克(Mellapak)、弗裏西派克(Flexipac)等。

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