本帖最后由 wj821313389 于 2012-4-23 21:28 编辑
常用的塔填料可分为两大类:散装填料与规整填料。 散装填料 散装填料有中空的环形填料,表面敞开的鞍形填料等。常用的构造材料包括陶瓷、金属、玻璃、石墨等。几种主要散装填料的特点如下。 (1)拉西环 拉西环为高与直径相等的圆环,常用的直径为25~75mm(亦有小至6mm,大至150mm的,但少用),陶瓷环壁厚2.5~9.5mm,金属环壁厚0.8~1.6mm。填料多乱堆在塔内,直径大的亦可整砌,以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势。拉西环结构简单,但与其他填料相比,气体通过能力低,阻力也大,液体到达环内部比较困难,因而湿润不易充分,传质效果差,故近年来使用较少。在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板,即成为列辛环;环内加螺旋形隔板则成为螺旋环。隔板有提高填料能力与增大表面的作用。 (2)弧鞍 弧鞍又称贝尔鞍(Berl saddle),是出现较早的鞍形填料,形如马鞍,大小自25mm至50mm的较常用。弧鞍的表面不分内外,全部敞开,流体在两侧表面分布同样均匀。它的另一特点是堆放在塔内时,对塔壁侧压力比环形填料小。但由于两侧表面构形相同,堆放时填料容易叠合,因而减少暴露的表面,最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。 3)矩鞍 (Intalox saddle) 矩鞍两侧表面不能叠合,且较耐压力,构形简单,加工比弧鞍方便,多用陶瓷制造。在以陶瓷为材料的填料中,此种填料的水力性能与传质性能都比较优越。 以上各种散装填料的壁上不开孔或槽,多用陶瓷制成。此外,又有在壁上开孔或槽的,多用金属或塑料制成。后者的性能比前者的提高很多,因此被称为“高效”填料。常见的散装开孔填料有下列几种。 鲍尔环 (Pall ring) 鲍尔环的构造,相当于在金属拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔,开孔时只断开四条边中的三条边,另一边保留,使原来的金属材料片呈舌状弯入环内,这些舌片在环内几乎对接起来。填料的空隙率与比表面并未因而增加。但堆成层后气、液流动通畅,有利于气、液流动通畅,有利于气、液进入环内。因此,鲍尔环比拉西环气体通过能力与体积传质系数都有显著提高,阻力也减少。鲍尔环还可用塑料制造。 (5)阶梯环 (Cascade miniring) 阶梯环是一端有喇叭口的开孔环形填料,环高与直径之比略小于1,环内有筋,起加固与增大接触面的作用,喇叭口能防止填料冻死靠紧,使空隙率提高,并使表面更易暴露。制造材料多为金属或塑料。 规整填料 规整填料不同散装填料,在于它具有成块的规整结构,可在塔内逐层叠放。最早出现的规整填料是由机木板条排列成的栅板,后来也有用金属条或塑料板条做的。栅板填料气流阻力小,传质效果却比较差,现已不大用于气液传质设备,但在凉水塔中仍有使用。20世纪60年代以后开发出来的丝网波纹填料和板波纹填料,是目前使用比较广泛的规整填料. 填料性能与填料几何形状紧密相关,表征填料特性的数据主要有: 比表面积 a:单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。大的 a 和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料,填料尺寸越小, a 越大,但气体流动的阻力也要增加。 e 大,气液通过的能力大,e:单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)。代表的是气液两相流动的通道, e空隙率 =0.45~0.95。 p:单位体积填料的质量(kg/m3)。填料的壁要尽量减薄,以降低成本又可增加空隙率。r堆积密度
其他:机械强度大,化学稳定性好以及价格低廉 常用填料可分为散装填料和规整填料两类。散装填料可乱堆,也可以N拉西环(Raschig ring)填料:优点:易于制造,价格低廉,且对它的研究较为充分,所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。
缺点:由于高径比大,堆积时填料间易形成线接触,因此液体在填料层流动时,常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低,因而传质速率也不高。在拉西环基础上衍生了θ环、十字环及螺旋环等,其基本改进是在拉西环内增加一结构,以增大填料的比表面积。 鲍尔环(Pall ring)填料
[在拉西环的基础上发展起来的鲍尔环是在的侧壁上开一层或两层长方形小孔,小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。 同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率,但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通,使环内壁面充分利用。比之拉西环,鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降,且分离效率较高,沟流现象也大大降低。 鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视,应用十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。 阶梯环填料(Stair ring)
阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似,环壁上开有长方形小孔,环内有两层交错 45°的十字形叶片,环的高度为直径的一半,环的一端成喇叭口形状的翻边。
这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高,其生产能力可提高约10%,压降则可降低25%,且由于填料间呈多点接触,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,由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料,因此获得广泛的应用。 弧鞍形(Berl saddle) 弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料,又称马鞍填料。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态,形成弧形气体通道,
优点:与拉西环相比,空隙率高,气体阻力小,液体分布性能较好,性能优于拉西环。
缺点:相邻填料易发生互套叠现象,使填料有效表面降低,从而影响传质速率,因此弧鞍填料很快就被矩鞍填料所取代。 矩鞍是在弧鞍基础上发展起来的一种结构不对称的鞍形填料。矩鞍填料的两端为矩形,且填料的两面大小不等。这样的结构使矩鞍克服了弧鞍填料相互重叠的缺点,填料的均匀性得到改善。因而使液体分布均匀,气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料 金属英特洛克斯(Intalox)填料 将环形结构与鞍形结构的特点集于一体而形成的一种独特结构的填料,具有生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大等优良性能,因而获得广泛应用,在减压蒸馏中其优势更为显著。 网体填料(Wire gauze packings)
上述几种形式的填料属实体填料,与之对应的另一类金属丝网制成的填料称为网体填料。网体填料也有多种形式,如网环和鞍型网等。 优点:因网丝细密,填料的空隙很高,比表面积很大。由于毛细管作用,填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小,传质速率高。 缺点:造价很高,故多用于实验室中难分离物系的分离。
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