填料塔在化工江湖的地位与作用：你真的了解吗？

填料塔在化工江湖的地位与作用：你真的了解吗？

填料塔在化工行业中的地位越来越高，但是你真的了解填料塔吗？别担心，小编已经为你整理好了填料塔的相关知识点：

填料塔

填料塔是塔设备的一种，塔内装填适当高度的填料，以增加两种流体的接触面，例如应用于气体吸收时，液体从塔顶经分布器进入，沿填料表面下降。

气体由塔底经填料孔隙向上流动，与液体紧密接触，结构简单，维护方便，广泛应用于气体吸收、精馏、萃取等操作。

填料塔结构

气体由塔底进入，经气体分布装置分布（小直径塔一般不设气体分布装置），与液体逆流穿过填料层缝隙，在填料表面，气液两相紧密接触，进行传质。

填料塔是一种连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高不断变化，正常运行条件下，气相为连续相，液相为分散相。

填料塔配件

通常填料塔的附件包括填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、消泡装置、填料压紧装置五种。

包装支撑装置

主要作用是支撑塔内的填料，同时保证气体和液体的顺利通过。如果设计不合适，填料塔的泛滥可能首先发生在填料支撑装置上。

包装支撑装置要求：

对于普通填料，支撑装置的自由截面积不应小于总塔面积的50%，并应大于填料层的自由截面积；

具有足够的机械强度和刚度；

结构应合理，有利于气、液相均匀分布，阻力小，拆装方便。

液体分配装置

液体在填料塔内分布均匀，可增加填料的润湿表面积，提高分离效率，因此液体的初始分布非常重要。

常用的液体分布装置有：莲蓬式、圆盘式、齿槽式和多孔环管式分布器。

液体分布器的性能主要决定于分布器的液体分布点的密度（即单位面积上液体分布点的数量）、各液体分布点的均匀性以及各液体分布点处液相组成的均匀性，液体分布器的设计主要决定这些参数的结构尺寸。

液体分布器的选用与设计一般要求：液体分布均匀；自由截面比大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带和起泡；可用多种材质制成；操作安装方便，易于调节液位。

液体再分配装置

液体再分配装置的作用是减少壁流现象。

壁流现象：散堆填料层内液体逐渐流向塔壁的现象。

填料层内按一定高度间隔布置有液体再分配装置。

常用的液体再分布装置有：锥形、槽形、升管形等。

通常情况下，液体收集器和液体分布器一般配合使用，组成液体收集及再分配装置，液体收集器的作用是将从填料上层流下的液体收集起来然后送至液体分布器进行液体再分配。

液体再分布器有与百叶式集液器配合使用的管式或槽板式液体再分布器、多孔盘式再分布器、截锥形液体再分布器等。最简单的液体再分布器是截锥形再分布器，其结构简单，安装方便，一般用于直径小于0.6m的填料塔中，以克服壁流对传质效率的影响。

由于填料层设计高度为8m，需分段布置，根据实际情况选用多孔圆盘液体再分布器，为防止上一层填料的液体直接流入提升管，在提升管上需安装盖帽。

初泡装置

当塔内操作气速较高或液体泡沫夹带现象严重时，可在液体分布器的上方加装消泡装置，其主要目的是除去出口气流中的液滴。

由于气体离开填料塔时在塔顶携带有大量的液相泡沫和液滴，因此往往需在顶部安装除雾器以回收这部分液相。

常用的除雾器有以下几种：

折流板除雾器是利用惯性分离液滴的设备，一般用于小型塔内。旋风板除雾器是由若干固定的旋风板组成，气体通过时产生旋转运动，形成离心场，液滴在离心力作用下向塔壁方向移动，实现气液分离，适用于塔径较大，净化要求较高的场合。

丝网除雾器是由金属丝卷成高100～150的圆盘状，安装方式有多种，气体通过除雾器的压力降约为120～250Kp，丝网除雾器的直径由气体通过丝网的最大气速决定。

包装压缩装置

安装在填料层上方，其作用是使填料层保持为具有固定高度的床层，从而保持均匀一致的间隙结构，使操作正常稳定，防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料层松动或跳动。

被分成：

填料压板：自由地安装在填料的顶部，利用其自重压缩填料。适用于由陶瓷和石墨制成的散装填料。

床层限位板：固定在填料的上端。

填料压板自由地置于填料层上方，靠自重压紧填料，适用于陶瓷、石墨等材质的散装填料，其作用是在气速（高压降）和负荷突然波动时，防止填料发生相对运动，从而避免填料松动、破裂。

由于填料属脆性材料，当填料层间隙中积存杂物，使填料层孔隙率降低时，填料压板能随填料层一起下落，将填料压紧，并不会引起填料松动，降低填料塔的生产能力和分离效率。

填料的种类和特性

填料是塔的核心部件，为气液两相接触提供传质和换热表面，并与塔内其他构件一起决定了塔的性能。

1、填充料的作用：

提供气液接触面积；

增强气体湍流，降低气相传质阻力；

更新液膜表面，降低液相传质阻力。

2.选择填料的一般原则：

较大的比表面积a——提供气液接触面积

孔隙率ε大——提供低阻力的气体通道

填料形状有利于气液分布，减少阻力

该填料具有足够的机械强度，不易破碎，重量轻，耐磨，耐腐蚀，价格低廉，浸润性能好。

01 填料的分类

一般来说，填料分为两大类：散状填料和结构化填料。

1. 散装填料

散装填料：安装时以堆积为主，也可整体铺设，具有一定形状结构和颗粒，又称粒状填料。

一般来说，散装填料有环形、马鞍形、环马鞍形等形式。

环填料

1. 拉西环

形状为高度等于外径的圆柱体，材质为陶瓷、金属、塑料等。

大尺寸拉西环（100mm以上）一般采用堆叠方式填充，小尺寸拉西环（75mm以下）则多采用乱堆方式填充。

随机播放的缺点：

填料间易产生搭桥，相邻填料表面形成线接触，导致填料层内产生积液、偏流、通道流、束流，造成阻力变大，通量变小。

2、θ环、十字环及内螺旋填料

θ环、十字环填料：在拉西环内侧分别加垂直隔板和十字隔板。

特点：表面积增大，分散效率提高，但传质效率没有提高。

填充：大型十字环填料通常采用整块填充于填料支架上，作为散装散堆填料的过渡支撑。

内螺旋环填料：在拉西环内部增加螺旋挡板，螺旋环填料体积较大，一般采用整块方式填料。

开孔环填料

环形填料的环壁上开设有孔，使断窗的孔壁形成向内弯曲的、具有一定曲率的舌片，指向环的中心。

开孔环形填料不仅充分利用了环形填料的表面，而且增加了许多窗孔，大大改善了气液两相物料通过填料层的流动条件，增加了气体通量，降低了气相阻力，增加了填料层的润湿表面，提高了填料层的传质效率。

1. 球环

环的侧壁上开设一层或两层矩形孔，孔的基体材料不与侧壁脱离而是形成向内弯曲的叶片，上下层矩形孔相互交错排列。

虽然同样尺寸的球环和拉西环的比表面积和孔隙率是一样的，但是球环侧壁上的小孔可以让气体和液体流通，使得环的内壁表面得到充分利用。

与拉西环相比，鲍尔环不仅具有更大的生产能力和更低的压降，而且具有更高的分离效率和大大减少的沟道效应。

球环填料以其优异的性能受到工业界的重视，应用十分广泛。它可以由陶瓷、金属或塑料制成。

2.阶梯环填料

阶梯环填料的结构与球环填料相似，环壁上有矩形孔，环内装有两层呈45度交错排列的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端为钟形法兰。

此结构在球环填料的基础上提高了阶梯环填料的性能，其生产能力可提高10%左右，压降可降低25%，另外由于填料间多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。

阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其他侧壁有孔的填料，因此被广泛使用。

马鞍形填料

鞍形填料形似马鞍，其特点是：液相通道呈弧形，孔隙较环形填料连续，气体主要沿弧形通道向上流动，改善了气液流动条件。

1.弧形鞍形填料

表面全展开、形状为马鞍形的陶瓷填料（马鞍填料）。弧形马鞍填料在塔内相互搭接，形成弧形气道。

弧形鞍形填料孔隙率高，气阻小，液体分布性能好，填料性能比拉西环好。但相邻填料易产生重叠，减少填料有效表面积，影响传质速率。

2. 矩形马鞍形填料

两端呈矩形，填料两侧尺寸不等，克服了重叠弧形鞍形填料的缺点，提高了填料的均匀性，液体分布均匀，提高了气液传质速率。陶瓷矩形鞍形填料是目前应用最为广泛的陶瓷填料类型。

2. 规整填料

规整填料：一般采用重叠波纹金属网或多孔板制成。

使用时，根据填料塔的结构尺寸，将整块叠成圆筒状放置在塔内，或将各块组装成圆筒状安装在塔内。

规整填料间隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体最初分布均匀，在整个塔内也会均匀分布。因此，规整填料几乎没有放大作用，通常传质效率很高。但其价格昂贵，易堵塞，清洗困难，所以工业上一般用于难分离或分离要求高的场合。

瓦楞填料

1. 瓦楞填料

波纹填料是由许多层波纹片组成，每片波纹片的高度相同，但长度不同，组合成圆盘状。填料波纹与水平方向成45°倾斜，相邻两片波纹片反向搭接，使波纹相互垂直。圆盘填料块水平放置在塔内，相邻两片圆盘的波纹片相互成90°角。

波纹填料按波纹片材质及形状不同，分为板波纹填料和网波纹填料。

板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃纤维等制成，该填料孔隙率大、阻力小、流体通量大、效率高、制造容易、价格便宜，正向通用化、大型化方向发展。

2. 网格填充

它由条状单元按一定规则组合而成，其结构随条状单元形式和组合规则不同而变化，结构形式多样，特点是比表面积小，主要用于低压降、高负荷、防堵塞场合。

02 填料的性能

填料的性能通常根据三个因素来衡量：效率、通量和压降。

在同样条件下，比表面积越大，气液分布越均匀，表面润湿性能越好，传质效率越高；

空隙率越大，通量越大，压降越低；

丝网波纹填料的综合性能最好，拉西环的综合性能最差。

填料塔操作

填料塔的操作从物料平衡、热平衡、相平衡及填料塔性能等几个方面考虑，建立并通过控制系统调整塔的操作条件，使填料塔满足分离要求。

填料塔的工作原理

1、填料塔的操作：

液体由塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下；

气体由塔底部进入，经气体分布装置分布后，与液体以逆流方式连续穿过填料层缝隙；

在填料表面，气相和液相接触并传递质量。

2、填料塔操作特点：

填料塔为差速接触气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化；

在正常工作条件下，气相为连续相，液相为分散相。

气液两相流体力学特性

填料塔的流体力学性质主要包括填料层的持液量、填料层的压力降、液泛等。

填料层容液量

在一定的操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦以及液膜与上升气体的摩擦，部分液体会滞留在填料表面及其缝隙中。

[定义] 单位体积填料层内积聚的液体体积，表示为（m3液体）/（m3填料）。

【持液率的影响】一般来说，适当的持液率有利于填料塔操作的稳定性和传质，并能提供较大的气液接触面积；

但容液量过大，会造成填料层内空隙率减小，气体流通截面减少，使压降增大，处理能力降低。

【结论】容液量不宜过小或过大。

填料层压力降

【原因】运行中，从塔顶喷淋下来的液体因重力作用，在填料表面以薄膜形式向下流动，上升气体与下降液膜间的摩擦阻力在填料层内形成压力降。

【影响因素】压力降与液体喷雾量、气体速度有关：

在一定气速下，喷液量越大，压力下降越大；

在一定的液体喷淋量下，气速越大，压力下降越大。