逆流萃取装置文献

第十章气液传质设备

气液传质设备的型式由多种，本章主要介绍塔式设备的构造与操作性能特点，以便解决塔设备合理选用与设计问题

10．1 填料塔

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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。

图10－1 填料塔的典型结构

填料塔的结构如图10－1所示，塔体为圆筒形，两端有封头，并装有气、液相进、出口接管。塔底有气体的进口及分配空间，其上为调料的支撑——支撑栅板，板上充填一定高度的填料，填料可以乱堆，亦可以整砌。栅板可允许气、液体通过。塔顶有液体进口和液体分布器，使入塔液体尽可能均匀地喷淋在填料层地顶部，液体沿填料表面向下流动。由于填料层中地液体往往有向塔壁流动地倾向（壁流效应），故填料层较高时，常将其分为若干段，每两段之间设有液体再分布装置，可将向塔壁流动地液体重新导向填料层中。

填料塔在操作时，气体从塔底通入，自下而上通过填料层地空隙，与自上而下沿填料表面流下地液体呈逆流接触，进行传质，传热，两相地组成沿塔高呈连续变化，故填料塔为微分接触式设备。

填料塔地塔体可根据被处理物料地性质，用金属、陶瓷、塑料或金属外壳内衬以耐腐蚀材料制成。为保证液体在整个塔截面上地均匀分布，塔体应具有良好地垂直高度。

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。

近年来，国内外对填料的研究与开发进展迅速。由于性能优良的新型填料不断涌现以及填料塔在节能方面的突出优势，使得目前填料塔最大直径可达20m 。在国内，具有新型塔内件的高效填料塔技术也已作为国家重点推广项目，在全国1600余座塔器中得到应用，获得了巨大的经济效益和社会效益。填料塔的应用日趋广泛。

二、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． 1． 比表面积

填料的表面是填料塔内传质表面的基础。显然，填料应具有尽可能大的表面积。填料所能提供的表面，通常已表面积来表征，即单位堆体积所具有的表面积，用符号α表示，其单位是m /m 。

2． 2． 空隙度

填料塔内气体在填料间的空隙内通过。留题通过颗粒层的阻力与空隙率ε密切相关。为减少气体的流动阻力，提高填料塔的允许气速（处理能力），填料层应有尽可能大的空隙率。对于各向同性的填料层，空隙率等于填料塔的自由截面百分率。

3． 3． 单位堆体积内的填料数目n

对于同一种填料，单位堆体积内所填充的填料个数由填料尺寸决定。减少填料尺寸，填料的数目增加，填料层的比表面积增大而空隙率减少，气体的流动阻力也相应增加，若填料尺寸国小，还会使填料的造价提高。繁殖，若填料尺寸过大，在靠近塔壁处，填料层空隙率很大，将有大量气体由此短路通过。为控制这种气流分布不均的现象，填料尺寸不应大于塔径的1/10~1/8。

4． 4． 堆积密度ρ

填料的堆积密度是单位体积填料的质量，单位为kg/m3。

在机械强度允许的范围内，填料的壁面愈薄，堆积密度ρ愈小，可降低填料生产的材料成本。

5． 5． 干填料因子及填料因子 干填料因子为α/ε，是由填料的比表面积α和空隙率ε组成的复合量。当气体通过干填料层时其流动特性往往用于填料因子进行关联。干填料因子值由实验测定。

当由液体通过填料层时，由于部分空隙被液体所占据，故填料的空隙率减小，比表面积也随之发生变化，所以气体通过湿填料表面时其流动特性可用一个相应的湿填料因子来关联。湿填料因子成为填料因子，用符号Φ表示，单位为1/m，其值亦需由试验测定。

6． 6． 机械强度及化学稳定性

填料要有足够的机械强度，以防压碎，同时还需堆所处理的物料具有化学稳定性。

2

2

3

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。

图10－2 填料的形状

1． 1． 拉西环（Raschig ring）

拉西环是使用最早的人造填料（1914年）。它是一段高度和外径现等的短管[图10—2（a ）]，可用陶瓷和金属制造。拉西环形状简单，制造容易，其流体力学和传质方面的特性得到了比较充分的研究，一度被广泛地应用。

但是，大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，堆积时相邻环之间容易形成线接

触，填料层的均匀性较差。因此，拉西环填料层存在着严重的向壁偏流和沟流现象。目前，拉西环填料在工业上的应用日趋减少。

2． 2． 鲍尔环（Pall ring）

鲍尔环时在拉西环的基础上发展的，是近年来国内外一致公认的性能优良的填料。其构造是在拉西环的壁上沿周向冲出一层或两层长方形小孔，但小孔的母材不脱离圆环，而是将其向内弯向环的中心[图10—2(b)]。鲍尔环这种构造提高了环内空间和环内表面的有效利用程度，使气体流动阻力大为降低，y 因而堆真空操作尤为适用。鲍尔环的两层方孔是错开的，在堆积时即使相邻填料形成线接触，也不会阻碍气液两相的流动或产生严重的偏流和沟流现象。因此，采用鲍尔环填料，床层一般无须分段。

鲍尔环可用陶瓷，金属或塑料制造。 3． 3． 弧鞍形填料

弧鞍形填料又称伯尔鞍（Ber saddle）填料，其构造如图10—2（c ）所示。弧鞍形填料只有外表面，与拉西环相比，其表面利用率高，气体流动阻力亦小。弧鞍形填料的两面是对称的，故相邻填料由重叠倾向，填料层均匀性较差，容易产生沟流。瓷质弧鞍形填料的机械强度不入拉西环，容易破碎。

4． 4． 矩鞍形填料

矩鞍形填料又称英特洛克斯鞍（Intalox saddle），是在弧鞍形填料的填料上发展起来的。这种填料结构不对成，填料两面大小不等[图10—2(d)]，堆积时不会重叠，填料层的均匀性大为提高。矩鞍形填料的气体流动阻力小，处理能力大，各方面的性能虽不及鲍尔环，但仍不失为一种性能优良的填料。矩鞍形填料的制造壁鲍尔环方便。

5． 5． 阶梯环填料

阶梯环填料[图10—2(e)]的构造与鲍尔环相似，环壁上开有长方形孔，环内有两层交错的450C 的十字形翅片。阶梯环壁鲍尔环短，高度通常只有直径的一半。阶梯环的一端制成喇叭口形状，因此，在填料层种填料之间多呈点接触，床层均匀且空隙率大。与鲍尔环相比，气体流动阻力可降低25％左右，生产能力可提高10％。

6． 6． 网体填料

上面介绍的几种填料都是用实体材料制成的，此外，还有一类似金属网或多孔金属片为基本材料制成的填料，通称为网体填料。网体填料的种类也很多，如压延环[图10—2（f ）]、

网环[图10—2（g ）]和鞍形网[图10—2（h ）]等。

网体填料的特点是网材薄，填料尺寸小，比表面积和空隙率都很大，液体均布能力强。因此，网体填料的气体阻力小，传质效率高。但造价高，在大型的工业生产种难以应用

与个体填料相比，规整填料在目前工业中应用较多，其中以波纹填料应用最为广泛。它由许多与水平方向成450C （或600C ）倾角的波纹薄板组成，相邻两板波纹倾斜方向相反，由此组成了蜂窝状气液通道。波纹板表面又有不同花纹、细缝或小孔以利于表面润饰和液体均匀分布。上下两层波纹板相互垂直放置。

波纹状填料可用金属丝网、金属薄板、陶瓷板、塑料或玻璃钢等制造。用网材制成的成为网状填料，用薄板制成的称板状填料。由于气流流到规则，气、液分布均匀，故容许气速高，亚降低、效率高，放大效应低。

栅板填料是用得较早得规整填料，它由狭长得薄木版、金属板或塑料板排列而成，两层中得板互成900C 。板间有直通向下得缝隙，处理含固体颗粒得液体时不易堵塞，其阻力也小，但传质效果不及个体填料。

常见得个体填料和波纹填料得特性数据如表10—1所示[1]，其他可查阅有关文献，如[2,4,6~8]等。

三、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H 3PO 4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、 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，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、 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。一般塔径D900mm，d=50~70mm。由于D/d太小，壁效应较严重，故一般要求D d ≥10，对鞍形填料d ≥15，规整填料则无此限制。

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250m 2/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，如波峰高4.5mm 或6.3mm 的刺孔板波填料。

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。

10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能

一、一、填料塔内的流体流动

塔内气体的流速常以体积流量与塔截面面积之比表示，其单位m 3/m2 s ，或写成m/s，即线速度的单位，称为空塔速度u 。气体在填料空隙中串行的实际线速度等于u/ε。液体的流苏也以体积流量与塔截面积之比表示，单位m 3/m2 s ，称为喷淋密度L V 。喷淋密度与填料比表面之比L V /α，反映液体沿表面流动的速率，称为润湿速度，其单位为m 3/m s ，即m 2/s。

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。在填料层内，气体的流速较高，一般处于湍流状态。气体通过干填料层的压降与流量的关系如图10—3中的直线所示（L=0），其斜率为1.8~2.0，与气体按湍流方式流过管道时压降∆p 与流速u 的关系相似。

当气液两相逆流流动时，液膜有一定厚度，占有一定空间，故可供气体流动的自由截面积缩小。在气体流量相同的情况下，液膜的存在使气体在填料空隙间的实际流速有所增加，压降也相应增大。在气体流量相同的情况下，液体流量越大（即喷淋密度越大），液膜越厚，压降也越大，如图10—3所示。

2、 2、 气液两相流动的交互影响和载点

如前所述，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。当填料层内存在两相逆流流动（液体流量不变）时，压降随气体流量增加的趋势要比干填料层大。这是因为气体流量的增大，使液膜增厚，塔内自由截面减少，气体的实际流速更大，从而造成压降增高。

低气速操作时，膜厚随气速变化不大，液膜增厚所造成的附加压降增高并不显著。如图10—3所示，此时压降曲线基本上与干填料层的压降曲线平行。高气速操作时，气速增大引起液膜增厚对压降有显著影响，此时压降曲线变陡，其斜率可远大于2。

图10—3中A 1、A 2、A 3等点表示在不同液体流量下，气液两相流动的交互影响开始变

图10－3 填料塔压降与空塔气速u 的关系

得比较显著，上升气流对液流的曳力加大，使填料表面所持液体量增多，占去更多的空隙，压力降的增加较前更为剧烈，这些点称为载点。不难看出，载点的位置不是十分明确的，但自载点开始，气液两相流动的交互影响已不容忽视。

3、 3、 填料塔的液泛

自载点以后，气液两相的交互作用越来越强烈。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。在压降曲线上，出现液泛现象的标志是压降曲线近于垂直，压降曲线明显变为垂直的转折点（如图10—3所示的B 1、B 2、B 3等）称之为泛点。

我们你知道，在一定液体流量下，气体流量增大，液膜所受的阻力液随之增大，液膜平均流速减小尔液膜增厚。在泛点之前，平均流速减小可由膜厚增加而抵消，进入和流出填料层的液量可重新达到平衡。因此，在泛点以前，每一气量对应一个膜厚，此时，液膜可能很厚，但气体仍为连续相。但是，当气速增大至泛点时，会出现恶性循环。此时，气量稍有增加，气膜将增厚，实际气速将进一步增加；实际气速的增大又反过来作用于液膜，促使液膜进一步增厚。泛点时，尽管气量维持不变，如此相互作用终不可能达成新的平衡，塔内滞液量将迅速增加。最后，液相转为连续相，而气相转为分散相，以起跑形式穿过液层，出现液泛现象。液泛时，塔内液体返混和气体的液沫夹带现象严重，传质效果恶化，不能维持正常操作。

二、二、填料塔的水力学性能

填料塔的压力降、液泛气速以及其他水力学性能是填料塔设计与操作都必须考虑的重要参数。

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，通常需要对各种类型尺寸填料进行实测以得到压力降曲线。

如果没有这种专门的曲线时，可用通用关联图估计。目前，应用最广的是埃克特（Eckert ）

[2]

提出的泛点关联图。近年，发现Eckert 通用关联图误差较大，主要原因是Eckert 认为湿填料因子是一常数，而实际上，湿填料因子随液体喷淋密度的改变而存在一定程度的变化，有学者对Eckert 图进行了修正，采用泛点填料因子φF 和压降填料因子φ∆p , 同时根据大量试验数据得出了新的通用关联图[3]，如图10—4所示，其中设计的常见填料的特性常数如表10—2。

图10－4 乱堆填料新通用关联图

图10—4中的纵坐标为

横坐标为

u 2ψφρV μL 0.2

() g ρL μW

G L ρV 0.5

() G V ρL

** 该值由实验归纳得到，实际选用时可适当放大。

其中各物理量的含义是：

u —气体空塔气速,m/s；

G V 、G L —气体和液体的质量流速，kg/(m2 s) ；

ρV 、ρL —气体和液体的密度，kg/m3；

μL —液体的黏度，Pa s ； μW —水的黏度，Pa s ；

φ—填料因子，1/m，计算压降时用压降填料因子φ∆p ，计算 泛点填料因子φF 。

ψ—水的密度和液体的密度之比；

g —重力加速度，9.81m/s2；

图10—4适用于乱堆颗粒型填料如拉西环、鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和格栅填料两种规则填料的泛点曲线。

根据两相流动参数和填料因子或压降填料因子Φ∆p ，将横坐标和纵坐标的值算出，即可按等∆p 线求出∆p ，但在∆p

2、 2、 液泛

填料塔的液泛气速也可用Eckert 关联图（图10—4）求得。图中示出了乱堆填料的泛点线，应用时，先标出横坐标，然后据此读出纵坐标，即可求液泛条件下的气体空塔速度u F ，即泛点气速。计算过程中纵坐标的填料因子ϕ可取干填料因子φF 。液泛点时填料塔的操作上限，设计点的气速通常取泛点气速的50％～80％。根据设计气速和给定的气体流量，可由下式计算填料塔的直径D ：

D =

（10—1）

式中，V S ——气体体积流量，m 3/s；

u ——设计点空塔气速m/s。

用计算机进行填料塔设计计算时，需将通用关联图中的乱堆填料泛点线关联成方程的形式。下述关联式可供计算时选用[3]：

V =B exp[-3.845186+4.044306(-0.498224ln(AB 2) -1) 0.5] （10—2）

L =

V (ρV ρL )

20.5

exp -4.303976+3.552134[-0.645854ln(AV ) -1]{}0.5

（10—3）

A =φψμL 0.2/(ρV ρL g c ) （10—4）

B =L (ρV ρL ) 0.5 （10—5）

式中，V 、L ——分别为气相、液相质量流率，kg/(m2 h) ；

φ——填料因子，m -1，也可用泛点填料因子φF ；

ψ——液体密度校正系数即液体密度与水的密度之比；

μL ——液相黏度，cP ；

g c ——重力加速度，1.27⨯108m /h 2。

3、载液

液泛点可通过目测而定出，也可根据压力降与气速关系曲线上急剧转折的那一点定出（两者之间有时可能有10％的误差，以压力降线所规定百分率为准）。载液现象不如液泛明显，从压力降与气速的关系曲线来看，从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。塔的操作以落在载液区内（或其下限附近）为宜，由于常常不能明确地定出载液时地气速，故设计中多参照液泛气速来选定操作气速。

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。进行填料支撑板强度计算时，填料本身重量与持液量都应考虑。一般认为持液量小的填料比较好，持液量小则阻力亦小，但要使操作平稳，一定的持液量是必要的。

持液量分静态持液量与动态持液量两部分。静态持液量指填料层停止接受淋洒液体并经过规定的滴液时间之后，仍然滞留载填料层中的液体量，其大小决定填料本身（类别、尺寸）及液体的性质。动态持液量指操作时流动于填料表面的量，即可以从填料上滴下的那部分，其值等于载一定的淋洒条件下持于填料层中的液体总量与静持液量之差。显然这一部分持液量不但与前述因素有关，而且还与喷淋密度有关。总持液量由填料类型、尺寸、液体性质、喷淋密度等所决定，可由经验公式或曲线图来估计[4]。到了载点以后，持液量还随气流速度的上升而增加。

5、润湿速率

液体喷淋密度低则填料润湿得不充分，气、液接触面积在总表面积中所占得分率亦小，因此为了使塔能操作良好，应使喷淋密度足以维持最小得润湿速率。所谓润湿速率是喷淋密度与填料比表面积之比，即

润湿速率＝

填料层得横截面好比蜂窝得横截面，填料层得周边长即为此截面上所有得空隙边缘长度

3

之和。润湿速率得单位为m /(m s) 。

对于最小润湿速率（MWR ），可参照如下笼统推定[5]，一般填料区0.08m 3/(m h) ，直径大于75mm 得拉西环或板距大于50mm 的栅板取0.12m 3/(m h) 。最小喷淋密度则为 式中，a 为填料比表面积，m 2/m3；NWR 以m 3/(m h) 为单位，(Lv ) min 以m 3/(m2 h) 为单位。

三、三、填料的传质性能

填料的传质性能用传质单元高度或理论板当量高度（HETP ，也成等板高度）来表征。传质单元高度可根据传质系数推算。

。

恩田（Onda ）等关联了大量液相和气相传质数据[78]，分别提出液、气两相传质系数的经验关联式。在计算传质系数时首先计算填料润湿表面。

1. 填料润湿表面的计算

喷淋密度液体体积流量/填料层截面积

＝

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

（L V ) min =MWR a (10—6)

a W σc 0.75G L 0.1G L 2-0.05G L 20.2

=1-exp[-1.45() () (2) () ]a σa μL ρL g ρL σα (10—7)

式中，

a —单位体积填料层的总表面积即填料的比表面积，m 2/m3；

σ—表面张力，N/m；

a W —单位体积填料层的润湿面积，m 2/m3；

σc —填料材质的临界表面张力，N/m，其值如表10—3所示（要求σ

G L —流体通过空塔截面的质量流速，kg/(m2 s) ；

μL —液体的黏度，Ns/m2； ρL —液体的密度，kg/m3；

g —重力加速度，9.81m/s2。

C

2. 液相传质系数计算

ρL 1G μk L () 3=0.0051(L ) 2(L ) -(ad p ) 0.4

μL g a W μL ρL D L

(10—8)

式中，k L —液相传质系数，kmol/[m2 s (kmol/m3)]；

D L —溶质在液相中的扩散系数，m 2/s；

d p —填料的名义尺寸，m ； G L —液相质量流速，kg/m2 s 。 3. 气相传质系数

k V RT G μ

=C (V ) 0.7(V ) (ad P ) -2

aD V a μV ρV D V

（10—9）

式中，C —系数，对于大于15mm 的环形和矩鞍形填料为5.23，小于15mm 的填料为2.0；

k V ——气相传质系数，kmol/[m2 s (kN/m2)]；

R ——气体常数，8.314kJ/kmol K ；

T ——气体温度，K ；

D V ——溶质在气体中的扩散系数，m 2/s；

μV ——气体黏度，N s/m2； ρV ——气体密度，kg/m3；

G V ——气体的质量流速，kg/(m2 s) 。

恩田提出的气、液相传质系数关联式是以式（10—7）计算的润湿表面积为基准整理的。因此，将算出的k L 、k V 乘以式（10—7）算出的a W 及得体积传质系数k L a 和k V a ，从而可按第八章介绍得方法计算传质单元高度或填料塔高度。

四、四、一些设计指标 1．填料尺寸

选定填料尺寸时要考虑塔径。塔径与填料直径（或主要线性尺寸）之比不能太小，否则填料与塔壁不能靠紧而导致留出得空隙过大，易使大量液体沿塔壁流下，因而使截面上液体分布严重不均。一般认为上述比值至少要等于8，对拉西环填料还须大一些。

2．填料塔直径决定于气体体积流量于空塔速度，前者由生产条件决定，后者则在设计时规定。在气体处理量一定得条件下，气速大则塔径小，又由于传质系数高，可使填料层得总体积减小，因而设备费可降低；但气速大则阻力大，使操作费提高。气速又不能过于靠紧液泛点，否则生产条件稍有波动，操作即不平稳。考虑到这些因素，操作气速可按下列两种方法之一决定：（1）取操作气速等于液泛气速得0.5~0.8倍；（2）根据生产条件，规定出可容许得压力将，由此压力将反算出可采用得气速。

3．填料层高度

填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。算出得高度较大则要分成若干段，每段高度一般不宜超过6m ，或按下列推荐得倍数来定：对拉西环，每段填料层高度为塔径得3倍，

对鲍尔环及鞍形填料为5～10倍。为了使液体分布良好，两端之间设液体再分布装置。若段数太多，可将填料分装在几个塔内，串连操作。

10.1.3填料塔得附属结构

填料塔得附属结构包括填料支撑板，液体分布器，液体再分布器，气、液体进口及出口装置等。

1、 1、 支承板

支承板得主要用途式支承塔内得填料及填料上得持液量，同时又能保证气液两相顺利通过。支承板应有足够的机械强度和耐腐蚀能力。支承板若设计不当，填料塔的液泛可能首先在支承板上发生。对于普通填料，支承板的自由截面积应不低于全塔截面积的50％，并且要大于填料层的自由截面积。常用的支承板有栅板和各种具有升气管结构的支承板（图10—5）。栅板式支承装置是由竖立的扁钢条焊接而成，如图10—5（a ）所示，扁钢条的间距应为填料外径的0.6~0.7倍。升气管式支承装置多是为了适应高空隙率填料的要求，如图10—5（b ）所示。气体由升气管上升，通过气道顶部的孔及侧面的齿缝进入填料层，液体则由

(a)栅板(b)升气管式(c)

条形升气管

图10－5 填料的支撑

2、 2、 液体分布器

液体分布器对填料塔的性能影响颇大。分布器设计不当，液体预分布不均，填料层内的有效润湿面积减少而偏流现象和沟流现象增大，影响传质效果。

（1）管式喷淋器

管式喷淋器如图10—6所示，(a)为弯管式，（b ）为缺口式，这两种一般用于直径在300mm 以下的填料塔。(c)为多孔直管式，(d)为多孔盘式。所谓多孔是在管下侧开2～4排、直径3～6mm 的小孔，小孔的总截面积于进液管截面积大致相等。多孔直管式喷淋器适用于直径600mm 以下的塔，多孔管式喷淋器适用于1.2m 直径以下的填料塔。多环多孔盘管式喷淋器可用于直径更大的塔设备。

(a)

(c)

(d)

(b)

图10－6 管式喷淋器

（2）莲蓬式喷淋器

莲蓬式喷淋器如图10—7所示。莲蓬头的直径约为塔径的1/4左右，莲蓬球面上开有许多3～10mm 的小孔，喷洒角α≤80。莲蓬式喷淋器只适用于直径小于600mm 的填料塔。

（3）盘式喷淋器

如图10

—8，分布盘上开有许多筛孔或装有溢流管，通过筛孔或溢流管将液体均布在整个塔截面上。这种喷淋器可用于直径大于0.8m 的填料塔。 0

（4）齿槽式分布器

如图10—9所示，液体先由上层的主齿槽向下层的分齿槽作预分布，然后再向填料层喷洒。齿槽式分布器自由截面积很大，不易堵塞，对气体的阻力小，故特别适用于大直径的塔设备。但是这种分布器的安装水平要求较高。

3、 3、 液体再分布器

液体再分布器的作用是将流到塔壁附近的液体重新汇集并引向中央区域。为改善向壁偏流效应造成的液体分布不均，可在填料层内部每隔一定高度设置一液体再分布器。每段填料层的高度因填料种类而异，偏流效应越严重的填料，每段高度应越小。

常用的液体再分布器为截锥形（图10—10）。如考虑分段卸出填料，再分布器之上可另设支撑板[图10－10（b ）]。

图10－9

(a)

图10－10 液体再分布器(b)

4、 4、 其他

为避免操作中因气速波动而使填料被冲动及损坏，常需在填料层顶部设置填料压板或挡网，否则有可能使填料层结构及塔的性能急剧恶化，破碎的填料也可能被代入气、液出口管路而造成阻塞。

填料塔气体进口的构形应考虑液体倒灌，更重要的是要有利于气体均匀地进入填料层，对于小塔常见地方式是使进气管伸至塔截面的中心位置，管端作向下倾斜的切口或向下弯的喇叭口。对于大塔，应采取其他更为有效的措施。

气体出口有时需设置除雾沫装置，常用的除沫装置有折流板除雾器、丝网除雾器等。 液体的出口应保证形成塔的液封，并能放置气体的挟带。