DYQ011  篩板塔氣體吸收實驗裝置

DYQ011Ⅱ     數(shù)據(jù)采集篩板塔氣體吸收實驗裝置

DYQ026Ⅱ     數(shù)據(jù)采集噴淋式氣體吸收塔

DYQ031Ⅱ     數(shù)據(jù)采集湍球塔氣體吸收實驗裝置

DYQ016Ⅱ     數(shù)據(jù)采集浮閥塔氣體吸收實驗裝置

DYQ021Ⅱ     數(shù)據(jù)采集鼓泡塔氣體吸收實驗裝置

DYQ001Ⅱ     數(shù)據(jù)采集填料塔氣體吸收實驗裝置

DYH211  "填料吸收塔實驗（NH3體系）/填料塔分離效率測定設備"

DYH251  篩板塔精餾實驗裝置

DYH256  填料塔精餾實驗裝置

篩板塔是扎板塔的一種，內裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒有溢流管。操作時，液體由塔頂進入，經(jīng)溢流管（一部分經(jīng)篩孔）逐板下降，并在板上積存液層。氣體（或蒸氣）由塔底進入，經(jīng)篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，并相互作用。泡沫式接觸氣液傳質過程的一種形式，性能優(yōu)于泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，發(fā)展了環(huán)流篩板；克服篩板在低負荷下出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，設計了板下帶盤的篩板；減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距，制造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡臺代替進口堰，塔板上開設氣體導向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O 雙溫交換過程的冷、熱塔。應用于蒸餾、吸收和除塵等。# ~1 Y) h2 y- l, ?! d+ T5 G , `% k* {. a+ \1 }" A- p2 f 泡罩塔板是工業(yè)上應用早的塔板，它主要由升氣管及泡罩構成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80、f100、f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑的大小選擇。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之中而形成液封。升氣管的頂部應高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。上升氣體通過齒縫進入液層時，被分散成許多細小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質提供大量的界面I0 Z8 b. G; p3 d 泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點是結構復雜、造價高，板上液層厚，塔板壓降大，生產能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設備中已很少采用。浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，應用廣泛。浮閥的類型很多，國內常用的有F1型、V-4型及T型等。浮閥塔板的優(yōu)點是結構簡單、造價低，生產能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點是處理易結焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。

浮閥塔結構原理

浮閥塔F-型（國外通稱V-型）是用鋼板沖壓而成的圓形閥片，浮閥塔F-型下面有三條閥腿，把三條閥腿裝入塔板的閥孔之后，用工具將腿下的閥腳扭轉90°，則浮閥就被限制在浮孔內只能上下運動而不能脫離塔板。當氣速較大時，浮閥塔F-型浮閥被吹起，達到大開度；當氣速較小時，氣體的動壓頭小于浮閥自重，于是浮閥塔F-型浮閥下落，浮閥周邊上三個朝下傾斜的定距片與塔板接觸，此時開度小。定距片的作用是保證小氣速時還有一定的開度，使氣體與浮閥塔F-型塔板上液體能均勻地鼓泡，避免浮閥與塔板粘住。浮閥塔F-型浮閥的開度隨塔內氣相負荷大小自動調節(jié)，可以增大傳質的效果，減少霧沫夾帶。

塔盤的形式目前主要有泡罩式、浮閥式、立體傳質式、篩板式、舌形塔、浮動舌形式和浮動噴射式等。請討論：

1、比較各種塔盤的傳質效率

2、各種塔盤的產生背景

浮閥式結構簡單彈性好、制造安裝容易一般都有采用

浮動舌形式也可以

篩板類型加工簡單但是彈性太小。

泡罩式結構復雜塔盤重量大

填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和煉油生產中重要的設備之一。

以下講一下填料塔的結構特點：

填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，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。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（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，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。

當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質效率下降。因此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布裝置。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。

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

填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。

填料的分類

填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。

1．散裝填料

散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料:

拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)弧鞍填料矩鞍填料金屬環(huán)矩鞍填料球形填料（1）拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應用。

（2）鮑爾環(huán)填料是對拉西環(huán)的改進，在拉西環(huán)的側壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側仍與壁面相連，另一側向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的側邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內空間及環(huán)內表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應用較廣的填料。

（3）階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中較為優(yōu)良的一種。

（4）弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質材料制成?；“疤盍系奶攸c是表面全部敞開，不分內外，液體在表面兩側均勻流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質效率降低?；“疤盍蠌姸容^差，容破碎，工業(yè)生產中應用不多。

（5）矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內絕大多數(shù)應用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

（6）金屬環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結構特點而設計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應用較多。

（7）球形填料一般采用塑料注塑而成，其結構有多種。球形填料的特點是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內部通過。由于球體結構的對稱性，填料裝填密度均勻，不易產生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定的場合，工程上應用較少。

除上述幾種較典型的散裝填料外，近年來不斷有構型*的新型填料開發(fā)出來，如共軛環(huán)填料、海爾環(huán)填料、納特環(huán)填料等。工業(yè)上常用的散裝填料的特性數(shù)據(jù)可查有關手冊。

2．規(guī)整填料

規(guī)整填料是按一定的幾何構形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。

（1）格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結構形式。工業(yè)上應用早的格柵填料為木格柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料具有代表性。

格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場合。

（2）波紋填料目前工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填料按結構可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。

金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應用。

金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。

金屬壓延孔板波紋填料是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強，并且價格便宜，應用較為廣泛。

波紋填料的優(yōu)點是結構緊湊，阻力小，傳質效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價高。

（3）脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴大，氣液兩相通過時產生強烈的湍動。在縮頸段，氣速較高，湍動劇烈，從而強化傳質。在擴大段，氣速減到小，實現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴大的交替重復，實現(xiàn)了“脈沖”傳質過程。

脈沖填料的特點是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應減少，故特別適用于大塔徑的場合。

（1）塔內氣、液兩相異常流動

a. 液泛

氣、液兩相在塔內總體上呈逆行流動，并在塔板上維持適宜的液層高度，氣、液兩相適宜接觸狀態(tài)，進行接觸傳質。如果由于某種原因，使得氣、液兩相流動不暢，使板上液層迅速積累，以致充滿整個空間，破壞塔的正常操作，稱此現(xiàn)象為液泛，如圖6.9.2所示。根據(jù)液泛發(fā)生原因不同，可分為兩種不同性質的液泛。

·過量霧沫夾帶液泛

霧沫夾帶造成返混，降低塔板效率。少量夾帶不可避免，只有過量的夾帶才能引起嚴重后果。液沫夾帶有兩種原因引起，其一是氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板?？梢姡黾影彘g距可減少夾帶量。另一種原因是氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動，此時增加板間距不會奏效。隨氣速增大，使塔板阻力增大，上層塔板上液層增厚，塔板液流不暢，液層迅速積累，以致充滿整個空間，即液泛。由此原因誘發(fā)的液泛為液沫夾帶液泛。開始發(fā)生液泛時的氣速稱之為液泛氣速。·降液管液泛

當塔內氣、液兩相流量較大，導致降液管內阻力及塔板阻力增大時，均會引起降液管液層升高，。當降液管內液層高度難以維持塔板上液相暢通時，降液管內液層迅速上升，以致達到上一層塔板，逐漸充滿塔板空間，即發(fā)生液泛。并稱之為降液管內液泛。兩種液泛互相影響和關相。其終現(xiàn)象相同。

b. 嚴重漏液

板式塔少量漏液不可避免，當氣速進一步降低時，漏液量增大，導致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無法操作。此漏液為嚴重漏液，如圖6.9.3所示，稱相應的孔流氣速為漏液點氣速。

（2）塔板上氣、液流動狀態(tài)

從篩板和浮閥塔板的生產實踐發(fā)現(xiàn)，從嚴重漏液到液泛整個范圍內存在有五種接觸狀態(tài)，即：鼓泡狀態(tài)、蜂窩狀態(tài)、泡沫狀態(tài)、噴射狀態(tài)及乳化狀態(tài)。

由于低氣速下產生的不連續(xù)鼓泡群傳質面積小，比較平靜，而靠小徑塔壁穩(wěn)定的蜂窩狀，其泡沫層湍動較差，不利于傳質。而高速液流剪切作用下使氣相形成小氣泡均勻分布在液體中，形成均勻兩相流體，即乳化態(tài)流體，不利于兩相的分離，此狀態(tài)在高壓高液流量時易出現(xiàn)。故這三種不是傳質的適宜狀態(tài)，工業(yè)生產中一般希望呈現(xiàn)泡沫態(tài)和噴射態(tài)兩種狀態(tài)。

a 泡沫狀態(tài)

隨氣速的增大，接觸狀態(tài)由鼓泡、蜂窩狀兩狀態(tài)逐漸轉變?yōu)榕菽瓲?，如圖6.9.4（a）所示。由于孔口處鼓泡劇烈，各種尺寸的氣泡連串迅速上升，將液相拉成液膜展開在氣相內，因泡沫劇烈運動，使泡沫不斷破裂和生成，以及產生液滴群，泡沫為傳質創(chuàng)造了良好條件。

是工業(yè)上重要的接觸狀態(tài)之一。

（a）泡沫狀（b）噴射狀

b.噴射狀態(tài)

當液相流量較小而進一步提高氣速時，則泡沫狀將逐漸轉變?yōu)閲娚錉?。從篩孔或閥孔中吹出的高速氣流將液相分散高度湍動的液滴群，液相由連續(xù)相轉變?yōu)榉稚⑾啵瑑上嚅g傳質面為液滴群表面。由于液體橫向流經(jīng)塔板時將多次分散和凝聚，表面不斷更新，為傳質創(chuàng)造了良好的條件，是工業(yè)塔板上另一重要的氣、液接觸狀態(tài)。

為此，在設計和操作中，盡可能保證一良好接觸狀態(tài)，是非常重要的。

（2）浮閥塔板

浮閥是20世紀二戰(zhàn)后開始研究，50年代開始啟用的一種新型塔板，后來又逐漸出現(xiàn)各種型式的浮閥，其型式有圓形、方形、條形及傘形等。較多使用圓形浮閥，而圓形浮閥又分為多種型式，如圖6.9.6所示。

浮閥取消了泡罩塔的泡罩與升氣管，改在塔上開孔，閥片上裝有限位的三條腿，浮閥可隨氣速的變化上、下自由浮動，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產中得到廣泛的應用。