板式塔和填料塔的结构(填料塔的江湖，你真的了解吗？)

填料塔在化工江湖的地位越来越重要，可是你真的了解填料塔吗？不要着急，小编已经给大家整理好了填料塔的相关知识点：

• 什么是填料塔？
• 填料塔的结构你知道吗？
• 填料塔的附件有哪些？
• 这些附件各自有什么作用？
• 填料塔的填料有哪些？它们各自有什么性能？
• 填料塔层内气液两相流体力学特征是什么？

填料塔

填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。

气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。

填料塔的结构

• 填料层：提供气液接触的场所。
• 液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。
• 液体再分布器：避免壁流现象发生。
• 支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。
• 除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。

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。

填料塔的附件

通常情况下，填料塔的附件有填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、除沫装置、填料压紧装置这五种。

填料支撑装置

主要用途是支承塔内的填料，同时又能保证气液两相顺利通过。若设计不当，填料塔的液泛可能首先在填料支承装置上发生。

对填料支承装置的要求：

对于普通填料，支承装置的自由截面积应不低于全塔面积的50%，并且要大于填料层的自由截面积；

具有足够的机械强度、刚度；

结构要合理，利于气液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。

液体分布装置

液体在填料塔内均匀分布，可以增大填料的润湿表面积。以提高分离效率，因此液体的初始分布十分重要。

常用的液体分布装置有：莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。

液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。

对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。

液体再分装置

液体再分装置作用是减小壁流现象。

壁流现象：在乱堆填料层内存在的液体逐渐流向塔壁的现象。

在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置。

常用的液体再分装置有：椎体形、槽形、升气管形等。

在通常情况下，一般将液体收集器与液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。

液体再分布器有与百叶窗式集液器配合使用的管式或槽盘式液体再分布器、多孔盘式再分布器和截锥式液体再分布器。最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器，其结构简单，安装方便，一般多用于直径小于0.6m的填料塔中，以克服壁流作用对传质效率的影响。

由于此次设计填料层高度为8m需分段，根据实际情况选取多孔盘式液体再分布器。为防止上一填料层来的液体直接流入升气管，应于升气管上设盖帽。

初沫装置

当塔内操作气速较大或液沫夹带现象严重时，可在液体分布器的上方设置除沫装置，主要用途是除去出口气流中的液滴。

由于气体在塔顶离开填料塔时，带有大量的液沫和雾滴，为回收这部分液相，经常需要在顶设置除沫器。

常用的除沫器有以下几种：

折流板式除沫器，它是一种利用惯性使液滴得以分离的装置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由几块固定的旋流板片组成，气体通过时，产生旋转运动，造成一个离心力场，液滴在离心力作用下，向塔壁运动实现了气液分离。适用于大塔径净化要求高的场合。

丝网除沫器，它由金属丝卷成高度为100-150的盘状使用。安装方式多种多样，气体通过除雾沫器的压强降约为120-250Kp，丝网除沫器的直径由气体通过丝网的最大气速决定。

填料压紧装置

安装在填料层上端。作用是保持填料层为一高度固定的床层，从而保持均匀一致的空隙结构，使操作正常、稳定，防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下，填料层发生松动或跳动。

分为：

填料压板：自由放置于填料上端，靠自身重量将填料压紧。适用于陶瓷、石墨材质的散装填料。

床层限制板：固定在填料上端。

填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧，它适用于陶瓷、石墨制成的散装填料。它的作用是在高气速（高压降）和负荷突然波动时，阻止填料产生相对运动，从而避免填料松动、破损。

由于填料易碎，当碎屑淤积在床层填料的空隙间，使填料层的空隙率下降时，填料压板可随填料层一起下落，紧紧压住填料而不会形成填料的松动、降低填料塔的生产能力及分离效率。

填料的类型及性能

填料是塔的核心部件，提供气-液两相接触的传质和换热表面，与塔的其他内件共同决定塔的性能。

1、填料的作用：

提供气液接触面积；

强化气体湍动，降低气相传质阻力；

更新液膜表面，降低液相传质阻力。

2、选择填料的一般原则：

比表面积a大——提供气液接触面积

空隙率ε大——提供气体通道，阻力小

填料形状有利于气液分布及减少阻力

填料有足够的机械强度，不易破碎，重量轻，耐磨损，耐腐蚀，价廉，湿润性能好。

01 填料的分类

一般情况下，填料分为散装填料和整规填料两大类。

一、散装填料

散装填料：安装时以乱堆为主，也可以整砌。具有一定外形结构和颗粒，又称为颗粒填料。

一般情况下，散装填料分为环形、鞍形、环鞍形。

环形填料

1、拉西环

外形是高度与外径相等的圆柱体。由陶瓷、金属、塑料等制成。

大尺寸的拉喜欢你（100mm以上）一般采用堆砌方式装填，小尺寸的拉西环（75mm以下）多采用乱堆方式填充。

乱堆的缺点：

填料间易产生架桥，相邻填料外表形成线接触，填料层内形成积液、液体的偏流、沟流、股流，阻力较大，通量较小。

2、θ环、十字环及内螺旋填料

θ环、十字环填料：在拉西环内分别增加一竖直隔板及十字隔板。

特点：表面积增加、分散效率提高，但是传质效率并没有提高。

装填：大尺寸的十字环填料，多采用整砌装填于填料支撑上作为散装乱堆砌填料的过渡支撑。

内螺旋环填料：在拉西环内增加螺旋形隔板。螺旋环填料尺寸较大，一般采用整砌方式装填。

开孔环形填料

在环形填料的环壁上开孔，使断开窗口的孔壁形成具有一定曲率指向环中心的内弯舌片。

开孔环形填料既充分利用了环形填料的表面又增加了许多窗孔，大大改善了气液两相物料通过填料层时流动状况，增加了气体通量，减少了气相的阻力，增加了填料层的湿润表面，提高了填料层的传质效率。

1、鲍尔环

在环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。上下两层长方形小孔位置交错。

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，使环的内壁面得以充分利用。

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。

2、阶梯环填料

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。

鞍形填料

鞍形填料类似马鞍形。它的特点是：弧形的液体通道，空隙率较环形填料连续，气体向上主要沿弧形通道流动，改善了气-液流动状况。

1、弧鞍形填料

一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料 (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。

弧鞍形填料空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，填料性能优于拉西环。但是，相邻填料易相互套叠，使填料有效表面降低，从而影响传质速率。

2、矩鞍形填料

两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。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。

二、规整填料

规整填料：一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。

使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。

规整填料空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。但是，造价较高，易堵塞难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。

波纹填料

1、波纹填料

波纹填料是由许多层波纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，搭配组合成圆盘状，填料波纹与水平方向成45°倾角，相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内，相邻两圆盘的波纹薄片方向互成90°角。

波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹填料和网波纹填料。

板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型化方向发展。

2、格栅填料

以条状单元体经一定规则组合而成，其结构随条状单元体的形式和组合规则而变，具有多种结构形式。特点是比表面积较低，主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。

02 填料的性能

填料性能的优劣常根据效率、通量及压降三要素衡量。

相同条件下，比表面积愈大，气液分布愈均匀，表面的润湿性能愈优良，传质效率愈高；

空隙率愈大，则通量愈大，压降也愈低；

丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。

填料塔的操作

填料塔的操作是从物料平衡、热量平衡、相平衡及填料塔性能等几个方面考虑，通过控制系统建立并调节塔的操作条件，使填料塔满足分离要求。

填料塔的操作方式

1、填料塔的操作方式：

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，气液两相接触进行传质。

2、填料塔的操作特点：

填料塔属于微分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。

气液两相的流体力学特性

填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。

填料层的持液量

在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填料表面及其缝隙中。

【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体）/（m3填料）表示。

【持液量的影响】一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，可以提供更大的气液相接触面积；

但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。

【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。

填料层的压降

【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。

【影响因素】压降与液体喷淋量及气速有关：

一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；

在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。