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陶瓷波紋填料

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化工填料塔的結(jié)構(gòu)原理介紹

發(fā)布日期:2015-12-09 來源: 點(diǎn)擊:

    化工填料塔的作用是起到吸收作用,是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一。
  化工填料塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
  化工填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒,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(jīng)液體分布器噴淋到填料上,并沿填料表面流下。氣體從塔底送入,經(jīng)氣體分布裝置(小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置)分布后,與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙,在填料表面上,氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備,兩相組成沿塔高連續(xù)變化,在正常操作狀態(tài)下,氣相為連續(xù)相,液相為分散相。
      當(dāng)液體沿填料層向下流動時(shí),有逐漸向塔壁集中的趨勢,使得塔壁附近的液流量逐漸,這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均,從而使傳質(zhì)效率下降。因此,當(dāng)填料層較高時(shí),需要進(jìn)行分段,中間設(shè)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(jīng)液體收集器收集后,送到液體再分布器,經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。
  化工填料塔具有生產(chǎn)能力大,分離效率高,壓降小,持液量小,操作彈性大等點(diǎn)。
   化工填料塔也有一些不足之處,如填料造價(jià)高;當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤濕填料表面,使傳質(zhì)效率降低;不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料;對側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。
     化工填料的分類
      化工填料的種類很多,根據(jù)裝填方式的不同,可分為散裝填料和規(guī)整填料。
   1.規(guī)整填料
    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)整填料種類很多,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。
 (1)波紋填料目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料,它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料,波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種,組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi),相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。
      波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類,其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。
      (2)格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的,具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用早的格柵填料為木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等,其中以格里奇格柵填料具代表性。
      格柵填料的比表面積較低,主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場合。
     金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式,它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低,分離效率很高,特別適用于精密精餾及真空精餾裝置,為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高,但因其性能良仍得到了廣泛的應(yīng)用。
       金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋,可起到細(xì)分配板片上的液體、表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高,耐腐蝕性強(qiáng),特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場合。
     金屬壓延孔板波紋填料是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔,而是刺孔,用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4~0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料,但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng),并且價(jià)格便宜,應(yīng)用較為廣泛。
  
  波紋填料的點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,阻力小,傳質(zhì)效率高,處理能力大,比表面積大(常用的有125、150、250、350、500、700等幾種)。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料,且裝卸、清理困難,造價(jià)高。
     (3)脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個體,按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后,會形成帶縮頸的多孔棱形通道,其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大,氣液兩相通過時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動。在縮頸段,氣速高,湍動劇烈,從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段,氣速減到小,實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù),實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過程。
      脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大,壓降小,是真空精餾的理想填料。因其良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少,故特別適用于大塔徑的場合。
       b.散裝填料
       散裝填料是一個個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。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同,又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?,F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料:
     拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)弧鞍填料矩鞍填料金屬環(huán)矩鞍填料球形填料
      (2)鮑爾環(huán)填料是對拉西環(huán)的改進(jìn),在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔,被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連,另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲,形成內(nèi)伸的舌葉,諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率,氣流阻力小,液體分布均勻。與拉西環(huán)相比,鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上,傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。
       (1)拉西環(huán)填料于1914年由拉西(F.Rashching)發(fā)明,為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差,傳質(zhì)效率低,阻力大,通量小,目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。
       (2)弧鞍填料屬鞍形填料的一種,其形狀如同馬鞍,一般采用瓷質(zhì)材料制成?;“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面全部敞開,不分內(nèi)外,液體在表面兩側(cè)均勻流動,表面利用率高,流道呈弧形,流動阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊,致使一部分填料表面被重合,使傳質(zhì)效率降低?;“疤盍蠌?qiáng)度較差,容破碎,工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用不多。
         (3)階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進(jìn),與鮑爾環(huán)相比,階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少,使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短,減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度,而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主,這樣不但增加了填料間的空隙,同時(shí)成為液體沿填料表面流動的匯集分散點(diǎn),可以促進(jìn)液膜的表面更新,有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能于鮑爾環(huán),成為目前所使用的環(huán)形填料中為良的一種。
        (4)矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面,且兩面大小不等,即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會套疊,液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成,其性能于拉西環(huán)。目前,國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合,均已被瓷矩鞍填料所取代。
         (5)金屬環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料(國外稱為Intalox)是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料,該填料一般以金屬材質(zhì)制成,故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的點(diǎn)集于一體,其綜合性能于鮑爾環(huán)和階梯環(huán),在散裝填料中應(yīng)用較多。
         (6)球形填料一般采用塑料注塑而成,其結(jié)構(gòu)有多種。球形填料的特點(diǎn)是球體為空心,可以允許氣體、液體從其內(nèi)部通過。由于球體結(jié)構(gòu)的對稱性,填料裝填密度均勻,不易產(chǎn)生空穴和架橋,所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定的場合,工程上應(yīng)用較少。
          除上述幾種較典型的散裝填料外,近年來不斷有構(gòu)型的新型填料開發(fā)出來,如共軛環(huán)填料、海爾環(huán)填料、納特環(huán)填料等。工業(yè)上常用的散裝填料的特性數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊。
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