第十章气液传质设备 妥交大化工原理电子遝件 10.1填料塔 10.2板式塔 10.3塔设备的比较和选型 返回
返回 西安交大化工原理电子课件1 返回 第十章气液传质设备 10 ．1 填料塔 10 ．2 板式塔 10 ．3 塔设备的比较和选型
西10.1.1填料塔和填料 安 液体分布锥 、填料塔的结构 属料压教 交填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行 培壁 大传热、传质的塔设备,可用于吸收(解吸) 化精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单 ,而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等 工优点,尤其适用于塔直径较小地情形及处理有 a被体再分布器 原腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统 搜,此外,对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操 作,也宜采用填料塔 填料文承 子遝件 填料塔 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 2 返回 10.1.1 填料塔和填料 一、填料塔的结构 填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行 传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、 精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单 ，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等 优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有 腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统 ，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操 作，也宜采用填料塔
、填料 填料式填充于填料塔中的材料,它是填料塔的主要内构件,其作用 安是增加气、液两相的接触面积,并提高液体的湍动程度以利于传质、 大通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数系:、传 交传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高,同时 化1.比表面积 工2.空隙度 原3.单位堆体积内的填料数目n 理4.堆积密度 电5.干填料因子及填料因子 子6.机械强度及化学稳定性 此外,性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 件要求 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 3 返回 二、填料 填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用 是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、 传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高，同时 通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有： 1． 比表面积 2． 空隙度 3． 单位堆体积内的填料数目n 4． 堆积密度 5． 干填料因子及填料因子 6． 机械强度及化学稳定性 此外，性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 要求
常用的填料可分为两大类:个体填料与规整填料。个体填料由实心 的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等,其常用的构造 茭材料包括陶瓷、金属、塑料(聚丙烯、聚氯乙烯等)、玻璃、石墨。 交陶瓷填料耐腐蚀,但易碎,空隙率小;金属填料比表面积及空隙率大, 大大,空隙率较高,但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。 化 原 (a)拉西环 (b)鲍尔环 (g)凯鞍形填料 (d矩鞍形填料 理 子 (e)阶梯环 (压延礼环 g)e网4环 (h)破形树 图10-2填料的形状 件 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 4 返回 图10－2 填料的形状 常用的填料可分为两大类：个体填料与规整填料。个体填料由实心 的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等，其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀，但易碎，空隙率小；金属填料比表面积及空隙率大， 通量大，效率高，但不锈钢价贵，普通钢易腐蚀；塑料填料比表面积 大，空隙率较高，但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下
三、填料得选择 安 交1、填料用材的选择 大种情况下如果体系对塑料无溶展时可考虑使用塑料,因其价格低 化性能良好。塑料填料的操作温度一般不超过100℃,玻璃纤维增强的 工聚丙烯填料可达120℃左右。塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸外,有较 原好的耐腐蚀性,但塑料表面对水溶液的润湿性差。 (2)陶瓷填料一般用于腐蚀性介质,尤其是高温时,但对HF和高 理温下的HPO4与碱不能使用 (3)金属材料一般耐高温,但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐 子蚀(含C1ˉ的酸除外),但价格较昂贵 件 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 5 返回 三、填料得选择 1、填料用材的选择 （1）当设备操作温度较低时，塑料能长期操作而不出现变形，在此 种情况下如果体系对塑料无溶胀时可考虑使用塑料，因其价格低、 性能良好。塑料填料的操作温度一般不超过1000C，玻璃纤维增强的 聚丙烯填料可达1200C左右。塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸外，有较 好的耐腐蚀性，但塑料表面对水溶液的润湿性差。 （2）陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF和高 温下的H3PO4与碱不能使用。 （3）金属材料一般耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐 蚀（含C1－的酸除外），但价格较昂贵
2、填料类型的选择 安 首先取决于工艺要求,如所需理论级数,生产能力(气量),容 交许压降,物料特性(液体黏度、气相和液相中是否有悬浮物或生产过 大程中的聚合等)等,然后结合填料特性来选择,要求所选填料能满足 化 由于规则填料气、液分布较均匀,放大效应小,技术指标由于乱 王堆填料,故近年来规则填料的应用日趋广泛,尤其是大型塔和要求压 原降低的塔,但装卸清洗较为困难 理 对于生产能力(塔径)大,或分离要求较高,压降有限制的塔, 电遞用孔板波纹填料较宜,如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。 子中,综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环,再次 遝是矩鞍填料 件 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 6 返回 2、 填料类型的选择 首先取决于工艺要求，如所需理论级数，生产能力（气量），容 许压降，物料特性（液体黏度、气相和液相中是否有悬浮物或生产过 程中的聚合等）等，然后结合填料特性来选择，要求所选填料能满足 工艺要求，技术经济指标先进，易安装和维修。 由于规则填料气、液分布较均匀，放大效应小，技术指标由于乱 堆填料，故近年来规则填料的应用日趋广泛，尤其是大型塔和要求压 降低的塔，但装卸清洗较为困难。 对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔， 选用孔板波纹填料较宜，如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。 对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填料 中，综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再次 是矩鞍填料
3、填料尺寸的选择 安 般,填料尺寸(直径、波峰高)大,则比表面小,通量(容许 交气速)大,压降低,但效率(每米填料的理论半数)也低,故多用于 大生产能力(处理气量)大的塔 化大型工业用规整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料(比表面约 为250m2/m3)。 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合,一般用小尺寸、高 原比表面填料 对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅板(格栅)填料, 理电子遝件 电并在较高气速下操作。 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 7 返回 3、 填料尺寸的选择 一般，填料尺寸（直径、波峰高）大，则比表面小，通量（容许 气速）大，压降低，但效率（每米填料的理论半数）也低，故多用于 生产能力（处理气量）大的塔。 大型工业用规整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料（比表面约 为250m2 /m3）。 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合，一般用小尺寸、高 比表面填料。 对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅板（格栅）填料， 并在较高气速下操作
西10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能 安一、填料塔内的流体流动 交1、填料层中的流动 大气体在填料层内的流动相当与气体在颗粒层内的流动。 化 2、气液两相流动的交互影响和载点 王载干填料层内,气体流量的增大,将使压降按18~2.0次方增长 原 3、填料塔的液泛 理当气液量达到某一定值时,两相交互作用恶性发展的结果会导致 液泛现象的出现。此时上升气流对液流的曳力加大到足以阻止液体 子下流,于是液体充满填料层空隙,气体只能鼓泡上升 件 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 8 返回 10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能 一、填料塔内的流体流动 1、填料层中的流动 气体在填料层内的流动相当与气体在颗粒层内的流动。 2、 气液两相流动的交互影响和载点 载干填料层内，气体流量的增大，将使压降按1.8~2.0次方增长。 3、 填料塔的液泛 当气液量达到某一定值时，两相交互作用恶性发展的结果会导致 液泛现象的出现。此时上升气流对液流的曳力加大到足以阻止液体 下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升
二、填料塔的水力学性能 安1、压力降 交 反映填料层阻力的压降随填料的类型与尺寸不同而变化 大 2、液泛 化 气速通常取泛点气速的50%~80%。填料塔的直径D: 3、载液 原 从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线 理4、持液量 持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。 电5、润湿速率 润湿速率喷淋密度_液体体积流量/填料层截面积 子遝件 填料比表面填料层表面积/填料层体积 液体体积流量 液体体积流量 填料层表面积/填料层高度填料层得周边长 9 返回
返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 9 返回 二、填料塔的水力学性能 1、压力降 反映填料层阻力的压降随填料的类型与尺寸不同而变化。 2、 液泛 气速通常取泛点气速的50％～80％。填料塔的直径D： 3、载液 从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。 4、持液量 持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。 5、润湿速率 4Vs D u = 喷淋密度 液体体积流量/填料层截面积 润湿速率＝ ＝ 填料比表面 填料层表面积/填料层体积 液体体积流量 液体体积流量 ＝ ＝ 填料层表面积/填料层高度 填料层得周边长
三、填料的传质性能 西安交大化工原 1.填料润湿表面的计算 =1-exp-145(-)0()0(2-)0(-)2 apL pl g PLoc 2液相传质系数计算 k2( PI )3=0.0051( aHH, P,DL 理3气相传质系数 k RT G 子遝件 返回
返回 西安交大化工原理电子课件 10 返回 三、填料的传质性能 2 2 0.75 0.1 0.05 0.2 2 1 exp[ 1.45( ) ( ) ( ) ( ) ] W c L L L L L L a G G G a a g − = − − 1.填料润湿表面的计算13 2 3 1 2 0.4 ( ) 0.0051( ) ( ) ( ) L L L L p L W L L L G k ad g a D − = 2.液相传质系数计算 0.7 1 3 2 ( ) ( ) ( ) V V V P V V V V k RT G C ad aD a D − = 3.气相传质系数