你對(duì)填料塔內(nèi)部構(gòu)件的合理選擇和設(shè)計(jì)了解多少？

 

填料塔內(nèi)部主要包括填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集和再分布裝置等。塔內(nèi)構(gòu)件的合理選擇和設(shè)計(jì)對(duì)保證填料塔的正常運(yùn)行和******的傳質(zhì)性能至關(guān)重要。

 

1.填料支撐裝置

 

填料支撐裝置的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置有格柵板式、孔管式、駝峰式等。支撐裝置的選擇主要根據(jù)塔徑、填料的類型和型號(hào)、塔身和填料的材料、氣液流量等。

 

填料支撐裝置的作用是支撐填料層中填料和液體的重量，保證氣液兩相的順利通過。如果支架設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的溢流可能***先發(fā)生在支撐板上。為了使氣體順利通過，流體通過支撐的自由橫截面積***于填料表面的50%，并且應(yīng)該***于填料的孔隙率。此外，還應(yīng)考慮安裝填料后應(yīng)封堵支撐板的橫截面，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能取***自由橫截面。自由段過小，運(yùn)行時(shí)會(huì)造成液體堵塞。增加壓降，降低效率，甚至形成溢流。由于填料支撐裝置本身也會(huì)對(duì)塔內(nèi)的氣液流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響，作為填料支撐裝置，除了考慮其對(duì)流體流動(dòng)的影響外，填料支撐裝置一般應(yīng)滿足以下要求:

 

(1)有足夠的強(qiáng)度和剛度來支撐填料及其所保持的液體的重量(持液率)，并考慮填料間隙中的持液率，以及可能對(duì)系統(tǒng)施加的壓力波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度波動(dòng)等因素。

 

(2)足夠的開口率(通常***于填料的空隙率)，以***先防止支架處的溢流；為了使氣體順利通過，流體通過支撐的自由橫截面積***于填料表面的50%，并且應(yīng)該***于填料的孔隙率。此外，還應(yīng)考慮安裝填料后應(yīng)封堵支撐板的橫截面，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能取***自由橫截面。自由段過小，運(yùn)行時(shí)會(huì)造成液體堵塞。增加壓降，降低效率，甚至形成溢流。

 

(3)結(jié)構(gòu)要有利于氣液相均勻分布，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生***的阻力(一般阻力不超過20pa)；

 

(4)結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、制造、安裝和維護(hù)。

 

(5)具有一定的耐腐蝕性。

 

常用的填料支撐裝置包括柵格板狀、駝峰狀和各種具有氣升管結(jié)構(gòu)的支撐板。

 

2.填料壓緊裝置

 

通過在填料上方安裝壓緊裝置，可以防止填料床在氣流的作用下松動(dòng)和跳動(dòng)。填料壓緊裝置分為填料壓板和床限位板兩類，每一類都有不同的類型。填料壓板自由放置在填料層上端，填料靠自身重量壓縮。適用于陶瓷、石墨等散裝填料。床約束板用于金屬、塑料等散裝填料。和所有常規(guī)填料。床限位板應(yīng)固定在塔壁上。為了不影響液體分布器的安裝和使用，不能用連續(xù)的塔環(huán)固定。對(duì)于小塔，可以用螺釘固定在塔壁上，而***塔則用吊耳固定。

 

為了防止填料床在上升氣流的作用下松動(dòng)或跳動(dòng)，并在運(yùn)行過程中保持填料床作為一個(gè)恒定的固定床，需要保持均勻的間隙結(jié)構(gòu)，使運(yùn)行正常穩(wěn)定，因此需要在填料床上方設(shè)置填料壓緊裝置。

 

填料壓緊裝置分為兩類:填料壓板和床身限位板。對(duì)于散裝填料，可選擇壓縮網(wǎng)板或壓縮格柵板，并根據(jù)填料的規(guī)格在其下鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并用壓縮格柵板固定；對(duì)于規(guī)整填料，通常使用壓縮柵格板。在設(shè)計(jì)中，為了防止填料壓緊裝置處出現(xiàn)過***的壓降甚至溢流，填料壓緊裝置的自由橫截面積應(yīng)***于70%。

 

填料壓板自由放置在填料層的上端，靠自身重量壓縮填料。適用于陶瓷和石墨的散裝填料。其作用是在氣體速度(高壓降)和載荷突然波動(dòng)時(shí)，防止填料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而避免填料的松動(dòng)和損壞。由于填料易碎，當(dāng)填料在床層的空隙間沉積碎屑，使填料層的孔隙率降低時(shí)，填料壓板會(huì)隨填料層一起落下，壓緊填料而不松動(dòng)填料，降低填料塔的生產(chǎn)能力和分離效率。

 

床身約束板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料和所有常規(guī)填料。其作用是在氣體速度和壓降較高或塔的運(yùn)行突然波動(dòng)時(shí)，防止填料向上移動(dòng)，導(dǎo)致填料層出現(xiàn)空隙，傳質(zhì)效率下降。由于金屬和塑料填料不易破碎且有彈性，填料正確裝填時(shí)不會(huì)下沉，因此床層限位板應(yīng)固定在塔壁上。

 

為了便于安裝和維護(hù)，填料壓緊裝置不能與塔壁連續(xù)固定。對(duì)于小塔，可以在塔壁上固定螺絲，而***塔則用吊耳固定。

 

3.液體分配裝置

 

液體分布器可分為初始分布器和再分布器。初始分配器安裝在填料塔中，以將***部液體均勻地分布在填料表面上。初始分布器對(duì)填料塔的效率有很***影響。分布器設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均勻，填充床有效濕面積減小，但偏流和通道流現(xiàn)象增加。即使填料性能***，也很難獲得滿意的分離結(jié)果。因此，液體分布器的設(shè)計(jì)非常重要。***別是對(duì)于***直徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能******的液體分布器。

 

液體分布器的性能主要由液體分布點(diǎn)的密度(即單位面積上液體分布點(diǎn)的數(shù)量)、液體分布點(diǎn)的均勻性以及各液體分布點(diǎn)上液體組成的均勻性決定。液體分布器的設(shè)計(jì)主要決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)于液體分布器的選擇和設(shè)計(jì)，一般要求是:液體分布均勻；自由截面比較***；操作靈活性***；不易堵塞，不易造成夾帶和起泡等；它可以由各種材料制成，操作安裝方便，水平調(diào)節(jié)容易。

 

液體分布器有很多種，有很多種不同的分類方法，一般按液體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力或按結(jié)構(gòu)來劃分。按流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力可分為重力型和壓力型，按結(jié)構(gòu)形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔液體分布器可分為:淋浴噴頭、直管多孔分布器、管式多孔分布器和雙管多孔分布器。溢流式液體分布器可分為溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。

 

液體分配裝置有多種類型，包括噴灑器、圓盤、管子、槽和槽。

 

噴頭分配器如下圖所示。液體從半球形噴頭的小孔中噴出，這些小孔呈同心圓排列，直徑為3 ~ 10毫米，噴射角度≤80°，直徑為(1/3 ~ 1/5) d，這種分配器結(jié)構(gòu)簡單，只能在直徑小于600毫米的塔中使用，由于小孔容易堵塞，所以很少使用。

 

圓盤分配器有圓盤網(wǎng)分配器、圓盤溢流管分配器等形式。液體被添加到分配板，并通過篩孔或溢流管向下流動(dòng)。分配器的直徑是塔直徑的0.6 ~ 0.8倍。該分配器用于D

 

管狀分配器由不同結(jié)構(gòu)形式的穿孔管制成。其突出***點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，氣體自由流通截面***，阻力小。但小孔容易堵塞，彈性一般較小。管式液體分布器應(yīng)用廣泛，多用于中等或較低液體負(fù)荷的填料塔。因其液體負(fù)荷小，常用于真空蒸餾和絲網(wǎng)波紋填料塔。管式分布器有不同的形狀，如行型和環(huán)型，如下圖所示。根據(jù)液體負(fù)荷，可做成單排或雙排。

 

槽式液體分布器通常由分流罐(又稱一級(jí)罐或一級(jí)罐)和分布罐(又稱二級(jí)罐或二級(jí)罐)組成。***級(jí)罐通過罐底部的開口將液體分成幾個(gè)液流，這些液流分別加入到其下方的液體分配罐中。分配罐的底部(或壁)設(shè)有通道(或?qū)Ч?，以將液體均勻地分配在填料層上。

 

槽式液體分布器具有很***的操作靈活性和***異的抗結(jié)垢和堵塞性能，***別適用于分離***氣液體負(fù)荷和含有懸浮固體和高粘度的液體。槽式分布器因其***異的分布性能和抗污性能而具有廣泛的應(yīng)用。

 

槽盤式液體分布器是近年來發(fā)展起來的一種新型液體分布器。它將槽盤式分布器和盤式分布器的***點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起，具有集液、分液和氣體分離三***功能。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活度高達(dá)10:1。氣液分布均勻，阻力小，***別適用于容易發(fā)生夾帶堵塞的場(chǎng)合。塔板液體分布器的結(jié)構(gòu)如圖3-16(g)所示。

 

分銷商種類繁多，選擇依據(jù)主要包括分銷質(zhì)量、運(yùn)營靈活性、加工能力、氣阻、水平度等諸多方面。

 

4.液體收集和再分配裝置

 

當(dāng)液體在冗雜的填料層中向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸流向塔壁的趨勢(shì)，即壁流現(xiàn)象。為了提高塔的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過一定值時(shí)，需要對(duì)填料層進(jìn)行分段。為了改善壁流造成的液體分布不均勻，液體再分布器安裝在每個(gè)填料層之間，以收集來自前一個(gè)填料層的液體，并為下一個(gè)填料層提供均勻的液體分布。液體再分布器應(yīng)布置在填料層的每個(gè)***定高度。

 

在正常情況下，液體收集器和液體分配器通常同時(shí)使用，以形成液體收集和再分配裝置。液體收集器的作用是收集從上部填料流下的液體，然后將其送到液體分配器進(jìn)行液體再分配。

 

液體收集和再分布器有很多種，***致可以分為兩類:一類是液體收集器和液體再分布器相互***立，分別承擔(dān)收集和再分布液體的任務(wù)。另一種是集液體收集和再分配功能于一體的液體收集和再分配裝置。

 

液體再分布器包括管式或槽式液體再分布器、多孔板式液體再分布器和截錐形液體再分布器，它們與百葉窗收集器一起使用。***簡單的液體再分布裝置是截錐再分布器，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，一般用于直徑小于0.6m的填料塔，以克服壁流對(duì)傳質(zhì)效率的影響。由于本設(shè)計(jì)填料層高度為8m，需要分段，因此根據(jù)實(shí)際情況選擇多孔圓盤液體再分布器。為防止前一個(gè)填料層的液體直接流入立管，應(yīng)在立管上設(shè)置一個(gè)蓋子。

 

當(dāng)液體沿著填料層向下流動(dòng)時(shí)，它傾向于流向塔壁，這被稱為壁流。壁流會(huì)導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均勻，降低傳質(zhì)效率。為了減少壁流現(xiàn)象，可以在填料層中以一定的間隔設(shè)置液體再分布裝置。

 

集液器有兩種:斜板集液器和圓盤集液器。斜板集液器的***點(diǎn)是自由面積***，氣阻小，一般低于2.5 mm液柱，非常適合真空操作；盤式集液器的氣阻稍***，可作為氣體分布器。

 

如前所述，盤式液體分布器兼具液體收集和液體分離功能，是一種***的液體收集和再分配裝置。

 

5.氣體進(jìn)出口裝置

 

填料塔的進(jìn)氣裝置能使氣體盡可能均勻地分散，同時(shí)能防止順?biāo)碌囊后w流入氣體管道。常用的方法是將進(jìn)氣管延伸到塔的中心線，管端為向下的45o切口或向下的槽口。這樣，氣體從切口或缺口向上流動(dòng)。由于這種進(jìn)氣管不能均勻分布?xì)怏w，只能在直徑500mm以下的塔中使用。對(duì)于直徑較***的塔，進(jìn)氣管末端為向下的喇叭口，對(duì)于直徑較***的塔，應(yīng)采取氣體均勻分布措施。

 

出氣裝置既要保證氣體的暢通，又要排除氣體夾帶的液霧。目前常用的除霧裝置有折板除霧器和絲網(wǎng)除霧器。折疊板除霧器，簡單，除霧效果***。篩網(wǎng)除霧器，效率高，可去除直徑***于5um的液滴。

 

6.液體出口裝置

 

填料塔的出口裝置不僅可以將液體順利導(dǎo)出(排出)，還可以保證塔內(nèi)氣體形成液封，防止液體夾帶氣體。常用的出液裝置可采用水封。在這種設(shè)計(jì)中，當(dāng)塔內(nèi)外壓差較***時(shí)，可以采用倒U型管密封裝置。

 

7.消泡裝置

 

由于氣體帶著***量的液體泡沫和霧滴離開塔***的填料塔，為了回收這部分液相，往往需要在塔***設(shè)置除霧器。常用的除霧器如下:折流除霧器是一種利用慣性分離液滴的裝置，一般用于小型塔中。旋流板除霧器由多個(gè)固定旋流板組成。當(dāng)氣體通過時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生離心力場(chǎng)。在離心力的作用下，液滴向塔壁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣液分離。適用于對(duì)***塔徑凈化要求高的場(chǎng)合。絲網(wǎng)除霧器，是將金屬絲纏繞成高度為100-150的圓盤使用。安裝方法多種多樣。氣體通過除霧器的壓降約為120-250千帕。絲網(wǎng)除霧器的直徑由通過絲網(wǎng)的氣體的***空氣速度決定。