填料塔常用填料概要

填料塔一，填料塔反应器的结构填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构比较简单，如图4.3所示。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上，在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。（一）塔体塔体是塔设备的主要部件，大多数塔体是等直径、等壁厚的圆筒体，顶盖以椭圆形封头为多。但随着装置大型化，不等直径、不等壁厚的塔体已逐渐增多。塔体除满足工艺条件对它提出的强度和刚度要求外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所带来的影响，以及吊装、运输、检验、开停工等情况。塔体的材质常采用的有：非金属材料（如高分子材料、陶瓷等），碳钢（复层、衬里），不锈耐酸钢等。图4.3填料塔结构填料塔图4.3填料塔结构1-塔体；2-液体分布器；3-填料压紧装置；4-填料层；5-液体收集与再分配装置；6-支撑栅板填料塔结构如右图所示，它由塔体、液体分布器、填料压紧装置、填料层、液体收集与再分配装置和支撑栅板组成。填料塔（二）塔体支座塔设备常采用裙式支座（见图4.4），它应当具有足够的强度和刚度，来承受塔体操作重量、风力等引起的载荷。图4.4裙式支座1-裙座圈；2-支撑板；3-角牵板；4-压板；5-人孔；6-有保温时排气管；7-无保温时排气管；8-排液孔填料塔（三）人孔人孔是安装和检修人员进出塔器的唯一通道。人孔的设置应便于人员进入任一层塔板。对直径大于Φ800mm的填料塔，人孔可设在每段填料层的上、下方，同时兼作填料装卸孔用。设在框架内或室内的塔，人孔的位置可按具体情况考虑。人孔在设置时，一般在气液进出口等需要经常维修和清理的部位要设置人孔，另外在塔顶和塔釜，也各设置一个人孔。塔径小于Φ800mm时，在塔顶设置法兰（塔径小于Φ450mm的塔，采用分段法兰连接），不在塔体上开设人孔。在设置操作平台的地方，人孔中心高度一般比操作平台高0.7-1m，最大不宜超过1.2m，最小为600mm，人孔开在立面时，在塔釜内部应设置手柄（但人孔和底封头切线之间距离小于1米或手柄有碍内件时，可不设置）。装有填料的塔，应设填料挡板，借以保护人孔，并能在不卸出填料的情况下更换人孔垫片。填料塔（四）手孔手孔是指手和手提灯能伸入的设备孔口，用于不便进入或不必进入设备即能清理、检查或修理的场合。手孔又常用作小直径填料塔装卸填料之用，在每段填料层的上下方各设置一个手孔，卸填料的手孔有时附带挡板，以免反应生成物积聚在手孔内。（五）塔内件填料塔的内件有填料、填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置和液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。（1）除沫器当空塔气速较大，塔顶溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下，设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。常用的除沫装置有折板除沫器（见图4.5）丝网除沫器（见图4.6）以及旋流板除沫器。此外还有链条型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纤维除沫器等。在分离要求不严格的场合，还将干填料层作除沫器用。填料塔常用的折板除沫器是角钢除沫器，它的压力降一般为50-100Pa。增加折流的次数，能提高其对气液的分离效率。这种除沫器结构比较简单，但耗用金属多，造价高，在大塔尤为明显，因而逐渐为丝网除沫器所取代。图4.5折板除沫器填料塔丝网除沫器具有比表面大、重量轻、孔隙率大及使用方便等优点，尤其是它具有除沫效率高、压降小的特点，从而成为一种广泛使用的除沫装置。小型除沫器的丝网厚度根据工艺条件决定，一般为50-150mm，丝网应铺平，相邻每层丝网之间的波纹方向应相错一个角度，上面用支撑板加以固定，丝网支撑栅板的自由截面积应大于90%，安装时栅板应保持水平。图4.6丝网除沫器填料塔填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面，并为提高其湍动程度(主要是气相)创造条件，以利于传质(包括传热)。它们应能使气、液接触面大、传质系数高，同时通量大而阻力小，所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好，并在结构上还要有利于两相密切接触，促进湍流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性，并具有一定的机械强度，使填料层底部不致因受压而碎裂、变形。常用的塔填料可分为两大类：散装填料与规整填料。（3）填料支撑装置填料支撑装置的作用是支撑塔内填料层，对其要求是：第一，应具有足够的强度和刚度，能支撑填料的重量、填料层的持液量及操作中的附加压力等；第二，应具有大于填料层孔隙率的开孔率，以防止在此处首先发生液泛；第三，结构合理，有利于气液二相的均匀分布，阻力小，便于拆装。填料塔常用的填料支撑装置有栅板型、孔管型和驼峰型。如图4.8所示。选择哪种支撑装置，主要根据塔径、使用的填料种类和型号、塔体及填料的材质、气液流速而定。(a)栅板型(b)孔管型(c)驼峰型图4.8填料支撑装置填料塔-填料压紧装置（4）填料压紧装置为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，从而保持均匀一致的空隙结构，使操作正常、稳定，在填料填装后于其上方安装填料压紧装置。这样，可以防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类。图4.9列出了几种常用的填料压紧装置，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重力将填料压紧，它适用于陶瓷、石墨制的散装填料，因其易碎，当填料层发生破碎时，填料层孔隙率下降，此时填料压板可随填料层一起下落，仍能紧紧压住填料而不会引起填料松动。床层限制板用于金属散装填料、塑料散装填料及所有规整填料。因金属及塑料填料不易破碎，且有弹性，在填装正确时不会使填料下沉。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺丝固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。(a)填料压紧网板(b)填料压紧栅板(c)金属压板图4.9填料压紧装置填料塔-液体分布装置（5）液体分布装置为了实现填料内气液二相密切接触、高效传质，填料塔的传质过程要求塔内任一截面上气液两相流体能均匀分布，特别是液体的初始分布至关重要，理想的液体分布器应具备以下条件：①与填料相匹配的液体均匀分布点。填料比表面积越大，分离要求越精密，则液体分布器分布点密度也应越大。②操作弹性较大，适应性好。③为气体提供尽可能大的自由截面，实现气体的均匀分布，且阻力小。④结构合理，便于制造、安装、调整和检修。液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。填料塔-液体分布装置喷头式分布器如图4.10（a）所示。液体由半球形喷头的小孔喷出，小孔直径为3-10mm,同心圆排列，喷洒角小于80°，喷洒直径1/5-1/3D。这种分布器结构简单，只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般应用较少。盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。如图4.10（b）、（c）所示。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6-0.8倍，此种分布器用于D＜800mm的塔中。(a)喷头式(b)盘式筛孔式(c)盘式溢流管式填料塔-液体分布装置管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气流流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞、弹性一般较小，管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中，在减压精馏及丝网波纹填料中，由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状，如图片4.10（d）、（e）所示。(d)排管式(e)环管式填料塔-液体分布装置槽式液体分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分为若干流股，分别加入其下方的液体分布槽，分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道，将液体均匀分布于填料层上，如图片4.10（f）所示。槽式分布器具有较大的操作弹性和较好的抗污性，特别适合于气液负荷大及含有固体悬浮物、粘度大的分离场合。由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污垢性能，应用范围非常广泛。(f)槽式填料塔-液体分布装置槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它将槽式及盘式分布器的优点有机地结合一体，兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10：1，气流分布均匀，阻力小，特别适用于易发生夹带、易堵塞的场合。槽盘式液体分布器的结构如图4.10(g)所示。(g)槽盘式图4.10液体分布器填料塔（6）液体收集及再分布装置当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层分布不均匀，从而使反应效率下降。为此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置，液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料的上方。最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器，如图4.11(a)所示，截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6m的塔中。(a)截锥式再分布器图4.11液体收集再分布装置填料塔在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器，如图4.11(b)所示。(b)斜板式液体再收集器图4.11液体收集再分布装置填料塔-填料的类型和性能评价(1)拉西环填料拉西环(RashingRing)填料是1914年发现的，是使用最早的一种填料，为高度与直径相等的圆环，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。在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板，即成为列辛环；环内加螺旋形隔板则成为螺旋环。隔板有提高填料能力与增大表面的作用。由于拉西环在填装时容易产生架桥、空穴等现象，液体不易流入圆环的内部，所以极易产生液体的偏流、沟流和壁流，气液分布较差，传质效率低，又由于填料层持液量大，气体通过填料层折返的路径长，气体通过填料层的阻力大、通量小。故近年来使用较少。(b)弧鞍填料弧鞍又称贝尔鞍(Berlsaddle)，是出现较早的鞍形填料，形如马鞍，大小自25mm至50mm的较常用。弧鞍填料的特点是表面不分内外全部敞开，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。它的另一特点是堆放在塔内时，对塔壁侧压力比环形填料小。其缺点是由于两侧表面构形相同，堆放时填料容易叠合，因而减少暴露的表面，不能被液体润湿，使传质效率降低。最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。填料塔-填料的类型和性能评价填料塔-填料的类型和性能评价(c)矩鞍(Intaloxsaddle)为克服弧鞍填料容易套叠的缺点，将弧鞍填料两端的弧形改为矩形，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会叠合，液体分布较均匀，且较耐压力，构形简单。一般采用陶瓷材料制成，其性能优于拉西环。目前国内大多数应用瓷质拉西环的场合均以被瓷质矩鞍填料所取代。填料塔-填料的类型和性能评价(d)鲍尔环(Pallring)鲍尔环的构造，相当于在拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔，开孔时只断开四条边中的三条边，另一边保留，向环内弯曲，形成内伸的舌叶，，这些舌片在环内几乎对接起来。填料的空隙率与比表面并未因而增加。但由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低，液体分布比较均匀。因此，鲍尔环比拉西环气体通量增大50&以上，传质效率增加30%左右。鲍尔环填料以其优良性能得到广泛应用。填料塔-填料的类型和性能评价(e)阶梯环(Cascademiniring)是在鲍尔环基础上加以改造而得出的一种新型填料，阶梯环与鲍尔环相似之处是环壁上也开有窗孔。但其高度是鲍尔环的二分之一，由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平