填料塔讲座-课件(PPT·精·选)-课件

泛点气速 泛点气速：开始发生液泛时的气速。
设计气速取泛点气速的50%~80%。 填料的种类，物系的物性以及气液相负荷等对泛点有影响。 采用埃克特（Eckert）压降和气速通用关联图求泛点曲线。 根据两相流动参数由关联图泛点线查得纵坐标，继而求泛点气速。
壁效应： 壁效应：
若塔壁附近空隙率显著大于填料主体区，则会造成液体向壁区偏流, 造 成气体走短路，使填料塔操作恶化。 改进措施：加强液流入塔初始分布均匀性，在塔内设置液体再分布器， 以避免壁效应等。
气体
1 2 4 8 3 7
液体
6 5
填料（Tower packing） 填料（Tower packing）
填料性能与填料几何形状紧密相关，表征填料特性的数据主要有： 比表面积 a：单位体积填料层所具有的表面积（m2/m3）。大的 a 和良好 的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小， a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ε：单位体积填料所具有的空隙体积（m3/m3）。代表的是气液 两相流动的通道， ε 大，气液通过的能力大，ε = 0.45~0.95。 堆积密度 ρp ：单位体积填料的质量（kg/m3）。填料的壁要尽量减薄， 以降低成本又可增加空隙率。 其他：机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉。
c HETP = c1GG2 D c3 Z 3
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αµ L ρL
式中： GG —— 气体的空塔质量速度，kg/(m2⋅h)； α —— 相对挥发度； D —— 塔径，m； µ —— 液体的粘度，mPa⋅s； Z —— 填料层高度，m； ρL —— 液体的密度，kg/m3； c1, c2, c3 —— 常数，取决于填料类型及尺寸。 适用范围： (1) 常压操作，操作气速为泛点气速的25~85%； (2) 高回流比操作； (3) α 值不大于3的碳氢化合物蒸馏系统； (4) 填料层高度0.9~3.0m，塔径0.5~0.75m，填料尺寸不大于塔径的1/8。

定期检查
定期对填料吸收塔进行检查，包 括塔体、填料、管道等部位，确
保无损坏和堵塞。
清洗与更换填料
根据需要，定期清洗填料并更换损 坏或流失的填料，保持填料吸收塔 的性能。
保养润滑
定期对填料吸收塔的轴承、链条等 运动部件进行润滑保养，保证正常 运行。
05
填料吸收塔的案例分析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
某化工厂的填料吸收塔设计
总结词
工艺流程优化
详细描述
该化工厂的填料吸收塔设计重点考虑了工艺流程的优化，通过合理的塔内件配 置和填料类型选择，实现了高效的气液传质和分离效果，降低了能耗和物耗。
Hale Waihona Puke 某炼油厂的填料吸收塔应用总结词：尾气处理
详细描述：该炼油厂的填料吸收塔主要用于尾气处理，通过吸收剂的循环利用，有效脱除了尾气中的有害气体，降低了对环 境的污染，同时提高了资源利用率。
液体分布
液体在填料吸收塔的入口处均匀 分布，确保与气体的良好接触。
传质过程
气体通过填料层时，与液体发生 传质过程，实现气体的吸收。
液体收集
吸收后的液体在塔底集液区汇集 ，再循环使用。
填料吸收塔的效率影响因素
液体流量
液体流量的大小直接影 响填料吸收塔的处理能
力和效率。
气体流量
气体流量对塔内气液接 触和传质过程有重要影
填料层高度应根据工艺要求、气体流量、填料特性等因素综合考虑，通过实验确 定最佳高度。
填料吸收塔的流体力学设计
流体力学设计应考虑气体的流动特性和传质效率。气体的流 动特性与塔内流体的流速、压强、温度等因素有关，传质效 率与气体的流量、填料的比表面积、润湿性能等因素有关。

• 选择喷淋装置的原则是能使液体均匀地分布在填料上，使 整个塔截面的填料表面湿润、结构简单、制造和检修方便。
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提 供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装 置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要 求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的 填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环 的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向 环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。 开孔的面积占环壁总面积的35%左右。 由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用， 因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高 出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流 阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件 下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
-
7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马 鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能 有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现 象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表 面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用 的类型。填料塔的基本特点是结构简单、 压力降小、传质效率高、便于采用耐腐 蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔

现象，容易产生沟流。
强度差，易破碎。应用
较少。
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❖ ⑤矩鞍型(intolox
saddle)：矩鞍形填料
结构不对称，堆积时
不重叠，均匀性更高。
该填料气流阻力小，
处理能ห้องสมุดไป่ตู้大，性能虽
不如鲍尔环好，但构
造简单，是一种性能
优良的填料。
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❖ ⑥环矩鞍(Intalox)：兼具 环型、鞍型填料的优点。 敞开的侧壁有利于气体 和液体通过，减少了填 料层内滞液死区。填料 层内流体孔道增多，使 气液分布更加均匀，传 质效率得以提高。
❖ 一般采用金属材质，机 械强度高。
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❖ ⑦球型：球体为空心，气体和液体从其内 部经过。由于球体结构的对称性，填料装 填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气 液分散性能好。
❖ 常采用塑料材质。一般用于特定场合，工 程上应用较少。
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❖ ⑧格栅填料：以条状单 元体经一定规则组合而 成，其结构随条状单元 体的形式和组合规则而 变，具有多种结构形式。 特点是比表面积较低， 主要用于低压降、大负 荷、防堵的场合。
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❖ 与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通 量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效 果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆 筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间 呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔 环相比气体阻力减少25%，生产能力提高 10%。
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❖ ③阶梯环：鲍尔环基础上改 造得出的。环壁上开有窗孔， 其高度为直径的一半。由于 高径比的减少，使得气体绕 填料外壁的平均路径大为缩 短，减少了阻力。
6
❖ 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 两相在填料层中分布不均，从而使传质效率 下降。因此，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 填料上。

4. 支承板 —— 支承填料层，使气体均匀分布。
5. 除沫器 —— 防止塔顶气体出口处夹带液体。
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二、填料作用及特性 1. 填料作用 （1）提供气液接触面； （2）强化气体湍动，降低气相传质阻力； （3）更新液膜表面，降低液相传质阻力。
2. 填料特性 （1）比表面积 a
定义：单位堆积体积所具有的表面积， [m2/m3]、[1/m]。 a 传质面积
此图显示出压降与泛点、填料因子、液汽 比等参数的关系。 应用： ▪ 求泛点气速 ▪ 根据允许压降值计算空塔气速或根据空塔气速 计算压降。
常压塔：ΔP = 15 ~ 50 mmH2O/ m填料； 真空塔：ΔP < 8 mmH2O/ m填料
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三、持液量 定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。 总持液量 （静持液量与动持液量之和 ） 静持液量：指填料层静止接受喷淋液体并经过规
量增加，此为拦液现象，出现拦液现象时的气 速为载点气速，超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
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3. 液泛区 u↑↑，液体在塔内积累而发生液泛，此时
的气速称泛点气速。 ΔP u 斜率急剧增加,使 填料塔不能正常操作。 空塔气速不变 实际气速 u 液膜厚度
液泛、淹塔
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二、泛点气速的计算 返回
p
填料尺寸小 a ， 填料尺寸大 a ，
气体短路 壁流现象严重
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三、常用填料
形状
环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹）
材料：陶瓷、金属、塑料 堆放：整砌、乱堆
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拉西环 阶梯环
鲍尔环
环
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板波纹
丝网波纹
鞍形环
槽式液体分布器

• 填料因子值小表示流动阻力小，液泛速度可以提高。
第29页/共66页
二. 填料的类型及性能评价
• （4）堆积密度ρp：单位体积填料的质量，以表示，kg/m3。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄 以减小堆积密度，这样既增大了空隙率又降低成本。
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二. 填料的类型及性能评价
• （5）个数n：单位体积填料层具有的填料个数。根据计算出的 塔径与填料层高度，再根据所选填料的n值，即可确定塔内需要 的填料数量。一般要求塔径与填料尺寸之比D/d<8（此比值在 8～15之间为宜），以便气、液分布均匀。若D/d>8 ，在近塔 壁处填料层空隙率比填料层中心部位的空隙率明显偏高，会影 响气液的均匀分布。若D/d值过大，即填料尺寸偏小，气流阻 力增大。
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一. 填料塔的结构与特点
2.填料塔的特点(与板式塔相比) 优点： 生产能力大。填料塔内件开孔率大，空隙率大，液泛点高。 分离效率高。填料塔每米理论级远大于板式塔，尤其在减压及常压条件下。 压降小。空隙率高，阻力小。 持液量小。 操作弹性大。
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一. 填料塔的结构与特点
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二. 填料的类型及性能评价
• 拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严重的向壁 偏流和沟流现象，致使传质效率低。而且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西 环。
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二. 填料的类型及性能评价
• ②鲍尔环(pall ring)：鲍尔环是在拉西环的壁上开一 层或两层长方形窗口，窗孔的母材两层交错地弯向环 中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为 改善，尤其是环的内表面得到充分利用。

吸收
吸收设备——填料塔
一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件
PPT课件
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二、填料层内气液两相的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量 、填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量
在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦 以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填 料表面及其缝隙中。 【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以 （m3液体）/（m3填料）表示。
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【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
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填 料 塔 的 液 泛 现 象
PPT课件
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3、填料塔的液泛 液泛时的空塔气速
(2)影响液泛的因素
填料特性
影响液泛
的因素
流体物性
液气比
泛点气速 uF
～ uF
～ ρL
uF
～ μL
uF
～ ρV
uF
，开始发生液泛现象时的气速
称为泛点气速，以uF表示，曲
线上的拐点称为泛点。
泛点气速
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3、填料塔的液泛 【现象】在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散 相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种 情况称为淹塔或液泛。 【危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速 率下降；液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定， 甚至会被破坏。 【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、 流体的物性及操作的液气比等。
及填料材质的表面润湿性能。
•最小润湿速率LW
——指在塔截面上，单位长度填料周边的最小液体体积 流量。 ——其值可由经验公式计算，也可采用经验值。

（1）传质系数关联式
恩田（Onda）关联式：
气膜传质系数： k G C (a W G G )0 .7 (G G D G )1 3 (a R G ) D a T (p )d 2 .0
液膜传质系数：k L 0 .0( 0 a W w L L 5 )2 /3 1 (L D L L ) 0 .5 L L g 1 /3 (ap )d 0 .4
7.9 填 料 塔
特点：生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大 塔内持液量小。
7.9.1 填料塔的结构
气体
液体
捕沫器
填料压板 塔壳 填料 填料支承板 液体再分布器 填料压板
填料支承板 气体
液体
7.9.2 主要塔内件简介
（） 塔填料 公称直径 d ，mm
① 几何特性
比表面积 a ，m2/m3 空隙率ε ，m3/m3
总持液量——在一定操作条件下，单位体积填料层中液相总体积。 动持液量——总持液量与静持液量间的差值。
三者之间的关系为： H TH OH S
说明：目前，主要以实验的方法确定填料层的持液量。
（4）气体动能因子
定义式： Fu G
气体动能因子是填料塔重要的操作参数。
7.9.4 填料塔的传质性能
表征填料塔传质性能的参数 ：传质系数或传质单元高度。
50
0.006
40
0.004
0.002
0.001 0.01 0.02 0.04 0.06 0.1 0.2
0.4 0.6 1.0
2 3 4 6 8 10
Eckert 泛点关联图
（3）填料塔的持液量 在一定的操作条件下，单位体积填料层内的液体体积。
静持液量——填料表面被充分润湿后，在没有气液相间粘滞力 作用的条件下，能静止附着在填料表面的液体体积。

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一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气 体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高 冲击强度下使用，应用范围最为广泛。
(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、 聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯 材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱 和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使 用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易 碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收 、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿 性能差，但可通过适当的表面处理来改善。
填料塔
2019/12/11
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一、填料类型
乱堆填料 如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环 按装填 （散装） 方式分 整砌填料 如：波纹板、波纹网
（规整）
鞍形填料 如弧鞍、矩鞍
实体填料 环形填料 如拉西环、鲍尔环
按基材分
板形
如栅板、波纹板
网体填料 如鞍形网、θ网、波纹网
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湿填料因子：填料被液体润湿后的 at ε3 ；反映填料 的流体力学特性。
Ф值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件
下的湿填料因子。 2、填料的性能评价——模糊评价（见下页表）
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填料名称 丝网波纹填料 孔板波纹填料 金属intalox 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环
瓷intalox 瓷鞍形环 瓷拉西环
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二、 填料塔的操作特性
填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力 及传质效率不变。
1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。 初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制 分布。取决于分布装置的设计。 动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依 靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、 填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。 研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.

长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。
拉西环
鲍尔环
弧鞍形填料 矩鞍形填料
阶梯环
金属鞍环
θ网环
第十五页，课件共85页。
波纹填料结构
拉西环
鲍尔环
阶梯环
第十六页，课件共85页。
环
按填料结构及其使用方式可以分为散堆填料和规整填料。
规 格栅填料 整 填 波纹填料 料
脉冲填料
拉西环
第二十九页，课件共85页。
第二十七页，课件共85页。
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的
物性数据。由手册查得，20℃时水的有关物性数据如 下：
⑴ 密度：
L 998.2kg / m3
⑵ 粘度：
L 0.01Pa s 3.6kg /(m h)
⑶ 表面张力：
⑷
L 72.6dyn
SO2在水中的扩散系数：
9.填料塔内件的计算
王树楹主编.现代填料塔技术指南.北京：中国石化出版社，1998：163-201.
10.填料塔结构的设计
刘雪暖，汤景凝主编.化工原理课程设计.山东：石油大学出版社，2001：
92-106.
11.筒体和封头的设计
魏崇光，郑晓梅主编.化工工程制图（化工制图）.北京：化学工业出版社， 1994：183-196.
第九页，课件共85页。
用例题说明计算过程
例：矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填 料塔中，用20℃清水洗涤以除去其中的SO2。入 塔的炉气流量为2400m3/h，其中SO2的摩尔分率 为0.05，要求SO2的吸收率为95%。吸收塔常压操 作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变， 可近似取为清水的温度。

填料塔结构及填料性能
填料塔的结构及填料性能
（一） 填料塔结构
填料 液体分布器 液体再分布器 支承板 除沫器
（二） 填料性能
2
1.作用：提供传质面积； 促使分散、湍动、液膜更新。
2.填料特性 1）比表面积 a：单位堆积体积所具有的表面积， 1/m 2）空隙率ε： 单位体积填料所具有的空隙体积 ，m3/m3 3）干填料因子 ：a/ε3
湿填料因子φ——液体喷淋下测得的 a/ε3 。环、鲍尔环、阶梯环） 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹）
材料：陶瓷、金属、塑料
堆放：整砌、乱堆
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拉西环 阶梯环
鲍尔环
环
5
鞍形环 板波纹
丝网波纹
槽式液体分布器
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