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填料塔结构原理
2018-06-18 阅读：次
填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中重要的设备之一。
以下讲一下填料塔的结构特点：
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等点。
填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
聚丙烯填料塔的特点及原理
设计原理:
本公司以PP、pvc为主要材料生产填料喷淋塔，填料采用PP材质鲍尔环或空心球，根据气体吸收过程在气液两相界面上进行，传递速率和界面面积成正比的原理，采用填料来两相接触面积，使两相充分分散，达到净化废气的目的。
结构特点:
PP、pvc填料喷淋塔结构设计型式分为立式和卧式。立式结构的工作原理为气液两相立逆接触，卧式结构的工作原理为气液两相交叉流接触，废气通过填料层段和液相接触吸收中和，从而达到净化效果。单体塔中填料层可分办单层或双层。
点:
具有净化效率高，耐腐蚀性能好，重量轻、比强度高、占地面积小、废气处理量大等点。
废气吸收塔的种类及原理
废气吸收塔的种类：
吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。
塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。
工业吸收塔应具备以下基本要求：
◇ 塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。
◇ 气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。
◇ 操作范围宽，运行稳定。
◇ 设备阻力小，能耗低。
◇ 具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。
◇ 结构简单、便于制造和检修。
几种常用的吸收塔
1．填料塔
它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。
填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。
填料塔适用于快速和反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300—700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5—1．2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6—8m3/(m2，h)以保证填料润湿，液气比控制在2—10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设应克服塔内气液分布不均的问题。
2．湍球塔
它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料(直径29—38mm)，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。
该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1．5—6．0m/s，喷淋密度20—110m3/(m2?h)，压力损失1 500—3 800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂(一般0．5—1年)，需经常更换，成本高。
3．板式塔
板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。
(1)筛孔板塔
筛孔直径一般取5～10mm，筛孔总面积占筛板面积的10％～18％。为使筛板上液层厚度保持均匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1．0～3．5m／s，筛板小孔气速6～13m／s，每层筛板阻力300～600Pa。筛孔板塔主要点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。
(2)斜孔板塔
斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽10～20m，长10～15mm，高6mm。空塔气流速度一般取1～3．5m／s，筛孔气流速度取10～15m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm)，与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充分接触，传质效果较好，净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400～600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。
(3)文氏管吸收器
文氏管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60～100m／s，处理100m3／min的废气需液体雾化喷人量为40L／min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大(800～9000h)，能耗高。
填料塔的吸收设计
absorption tower(column) 用以进行吸收操作的塔器。利用气体混合物在液体吸收剂中溶解度的不同，使易溶的组分溶于吸收剂中，并与其他组分分离的过程称为吸收。操作时，从塔顶喷淋的液体吸收剂与由塔底上升的气体混合物在塔中各层填料或塔盘上密切接触，以便进行吸收。伴有化学反应的吸收叫化学吸收。按吸收时气液作用方式吸收塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。
无填料喷雾冷却塔
冷却塔 无填料喷雾冷却塔的结构
1、无填料喷雾冷却塔采用高效低压离心雾化装置（喷头压力：0.035MPa）作为冷却元件取[代了传统的填料塔的填料和布水装置，使整塔几乎成为一个空塔，结构大大简化。
2、无填料喷雾冷却塔在取消填料和布水装置后，将雾化装置安装在进风道上方，水的喷射方向与轴流风机抽吸的冷风同向，同时水有上升和下降两个过程，冷却也有顺流冷却和逆流冷却两个过程。
3、无填料喷雾冷却塔是通过雾化装置将水喷成雾状，使空气和水的微小粒状均匀接触，而填料塔是通过布水喷头将水分布在填料上以膜状与冷风接触。
4、因填料取消，使塔体载荷大大减小，勿需更多支承梁板，土建结构 简化，节约土建投资。
WGFB-无填料喷雾塔的点：
阻力小、冷却温差大、逼近度小：
由于WGFB塔的冷却元件（高效低压离心雾化装置）将水喷射成0.5mm微小雾滴，其比表面积远大于水被填料分散成膜状的比表面积，气水传热表面积大，且布水均匀，避免了填料老化变形及堵塞而产生的死区、沟流等导致冷却点温度分布不均匀现象，冷却效果明显于填料塔运行用度低，节能效果明显：
GFN低压雾化装置工作压力为0.035MPa，比水压自转式雾化装置工作压力0.2MPa低0.17MPa，配套水泵功率大大降低。WGFB塔系统阻力为填料塔的1/2左釉冬在冷却水量、风机相同时，配套电机功率降至填料塔的60%，节能效果明显，加之消除了清洗更换填料和布水喷头的用度，运行用度大大降低。
WGFB塔由于取消了填料，塔的系统阻力降至原来的1/2，在风机相同的情况下，由风机特性曲线可知，风量增至原来的1.2倍。气水比也增至原来的1.2倍，因此冷却温差较填料塔大2℃。 WGFB塔喷雾雾粒均匀、无堵塞、无维修、运行稳定可靠：WGFB塔克服了填料塔填料老化、变形脆裂和布水喷头堵塞及冲落、填料脆片堵塞管道、泵和换热器等一系列影响塔和工艺系统设备性能的现象。其寿命较填料塔延长叁年以上。
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