填料塔

　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（如上圖所示），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(dòng)。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(guò)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(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)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。

　　填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。

　　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(rùn)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(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。

　　塔填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為提高其湍動(dòng)程度(主要是氣相)創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)(包括傳熱)。它們應(yīng)能使氣、液接觸面大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時(shí)通量大而阻力小，所以要求填料層空隙率高、比表面積大、表面濕潤(rùn)性能好，并在結(jié)構(gòu)上還要有利于兩相密切接觸，促進(jìn)喘流。制造材料又要對(duì)所處理的物料有耐腐蝕性，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，使填料層底部不致因受壓而碎裂、變形。

　　常用的塔填料可分為兩大類(lèi)：散裝填料與規(guī)整填料。

　　散裝填料

　　散裝填料有中空的環(huán)形填料，表面敞開(kāi)的鞍形填料等。常用的構(gòu)造材料包括陶瓷、金屬、玻璃、石墨等。幾種主要散裝填料的特點(diǎn)如下。

　　拉西環(huán)

　　拉西環(huán)為高與直徑相等的圓環(huán)，常用的直徑為25～75mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷環(huán)壁厚2.5～9.5mm，金屬環(huán)壁厚0.8～1.6mm。填料多亂堆在塔內(nèi)，直徑大的亦可整砌，以降低阻力及減少液體流向塔壁的趨勢(shì)。拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但與其他填料相比，氣體通過(guò)能力低，阻力也大，液體到達(dá)環(huán)內(nèi)部比較困難，因而濕潤(rùn)不易充分，傳質(zhì)效果差，故近年來(lái)使用較少。

　　在拉西環(huán)內(nèi)部空間的直徑位置上加一隔板，即成為列辛環(huán)；環(huán)內(nèi)加螺旋形隔板則成為螺旋環(huán)。隔板有提高填料能力與增大表面的作用.

　　弧鞍

　　弧鞍又稱(chēng)貝爾鞍(Berlsaddle)，是出現(xiàn)較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自25mm至50mm的較常用?；“暗谋砻娌环謨?nèi)外，全部敞開(kāi)，流體在兩側(cè)表面分布同樣均勻。它的另一特點(diǎn)是堆放在塔內(nèi)時(shí)，對(duì)塔壁側(cè)壓力比環(huán)形填料小。但由于兩側(cè)表面構(gòu)形相同，堆放時(shí)填料容易疊合，因而減少暴露的表面，*近已漸為構(gòu)形改善了的矩鞍填料所代替?；“疤盍隙嘤锰沾芍圃?。

　　矩鞍(Intaloxsaddle)矩鞍兩側(cè)表面不能疊合，且較耐壓力，構(gòu)形簡(jiǎn)單，加工比弧鞍方便，多用陶瓷制造。在以陶瓷為材料的填料中，此種填料的水力性能與傳質(zhì)性能都比較*。

　　以上各種散裝填料的壁上不開(kāi)孔或槽，多用陶瓷制成。此外，又有在壁上開(kāi)孔或槽的，多用金屬或塑料制成。后者的性能比前者的提高很多，因此被稱(chēng)為“*”填料。常見(jiàn)的散裝開(kāi)孔填料有下列幾種。

　　鮑爾環(huán)

　　(Pallring)鮑爾環(huán)的構(gòu)造，相當(dāng)于在金屬拉西環(huán)的壁面上開(kāi)一排或兩排正方形或長(zhǎng)方形孔，開(kāi)孔時(shí)只斷開(kāi)四條邊中的三條邊，另一邊保留，使原來(lái)的金屬材料片呈舌狀彎入環(huán)內(nèi)，這些舌片在環(huán)內(nèi)幾乎對(duì)接起來(lái)。填料的空隙率與比表面并未因而增加。但堆成層后氣、液流動(dòng)通暢，有利于氣、液流動(dòng)通暢，有利于氣、液進(jìn)入環(huán)內(nèi)。因此，鮑爾環(huán)比拉西環(huán)氣體通過(guò)能力與體積傳質(zhì)系數(shù)都有顯著提高，阻力也減少。鮑爾環(huán)還可用塑料制造。

　　階梯環(huán)(Cascademiniring)

　　階梯環(huán)是一端有喇叭口的開(kāi)孔環(huán)形填料，環(huán)高與直徑之比略小于1，環(huán)內(nèi)有筋，起加固與增大接觸面的作用，喇叭口能防止填料凍死靠緊，使空隙率提高，并使表面更易暴露。制造材料多為金屬或塑料。

　　金屬鞍環(huán)(MetalIntaloxsaddle)用金屬作的矩鞍，并在鞍的背部沖出兩條狹帶，彎成環(huán)形筋，筋上又沖出四個(gè)小爪彎入環(huán)內(nèi)。它在構(gòu)形上是鞍與環(huán)的結(jié)合，又兼有鞍形填料液體分布均勻和開(kāi)孔環(huán)形填料氣體通量大、阻力小的優(yōu)點(diǎn)，故稱(chēng)鞍環(huán)為環(huán)矩鞍。

　　規(guī)整填料:

　　規(guī)整填料不同散裝填料，在于它具有成塊的規(guī)整結(jié)構(gòu)，可在塔內(nèi)逐層疊放。*早出現(xiàn)的規(guī)整填料是由機(jī)木板條排列成的柵板，后來(lái)也有用金屬條或塑料板條做的。柵板填料氣流阻力小，傳質(zhì)效果卻比較差，現(xiàn)已不大用于氣液傳質(zhì)設(shè)備，但在涼水塔中仍有使用。20世紀(jì)60年代以后開(kāi)發(fā)出來(lái)的絲網(wǎng)波紋填料和板波紋填料，是目前使用比較廣泛的規(guī)整填料。現(xiàn)將它們的構(gòu)形和特點(diǎn)分述如下：

　　絲網(wǎng)波紋填料

　　將金屬絲網(wǎng)切成寬50～100mm的矩形條，并壓出波紋，波紋與長(zhǎng)邊的斜角為30°，45°或60°，網(wǎng)條上打出小孔以利氣體穿過(guò)。然后將若干網(wǎng)條并排成較塔內(nèi)截面略小的一圓盤(pán)，盤(pán)高與條寬相等，許多盤(pán)在塔內(nèi)疊成所需的高度。若塔徑大，則將一盤(pán)分成幾份，安裝時(shí)再并合。一盤(pán)之內(nèi)，左右相鄰兩盤(pán)的網(wǎng)條又互成90°交叉。

　　這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：*W#Q/|.c*M.g)t

　　1)各片排列整齊而峰谷之間空隙大，氣流阻力??；

　　2)波紋間通道的方向頻繁改變，氣流滑動(dòng)加?。?J)N9X*?!u#u-L/[&z

　　3)片與片之間以及盤(pán)與盤(pán)之間網(wǎng)條交錯(cuò)，促使液體不斷再分布；

　　絲網(wǎng)細(xì)密，液體可在網(wǎng)面形成穩(wěn)定薄膜，即使液體噴淋密度小，也易于達(dá)到潤(rùn)濕。上述特點(diǎn)使這種填料層的通量大，在大直徑塔內(nèi)使用也沒(méi)有液體分布不勻及填料表面潤(rùn)濕不良的缺點(diǎn)。

　　絲網(wǎng)波紋填料的缺點(diǎn)：

　　1)造價(jià)高；

　　2)裝砌要求高，塔身安裝的垂直度要求嚴(yán)格，盤(pán)與塔壁間的縫隙要堵實(shí)

　　3)填料內(nèi)部通道狹窄，易被堵塞且不易清洗。然而，由于其傳質(zhì)效率很高且阻力很小，在精密精餾和真空精餾中使用很合適。開(kāi)始時(shí)，多用于直徑比較小的塔，現(xiàn)可用于直徑達(dá)幾米的塔，使用領(lǐng)域也不再局限于蒸餾。

　　板波填料.

　　為了克服絲網(wǎng)波紋填料價(jià)格高及安裝要求高的缺點(diǎn)，將絲網(wǎng)條改為板條，填料的構(gòu)形相同，構(gòu)造材料除金屬外，還可用塑料。板波填料的傳質(zhì)性能雖低于絲網(wǎng)波紋填料，但仍屬*填料之列。這類(lèi)填料的商品名有麥勒派克(Mellapak)、弗里西派克(Flexipac)等。