化工原理課程設計水吸收二氧化碳填料塔模板
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典型填料塔的結構如圖所示，主要部件有塔體、填料及支承、流體分布器及再分布器、除沫器等。操作時，液體自塔上部進入，並通過液體分布氣均勻噴灑於塔截面上，並在填料表面呈膜狀流下；氣體自塔下部進入，通過填料層中的空隙由塔頂排出。氣液兩相在液膜表面進行傳質。
2、填料特性的評價
填料不僅提供了氣液兩相的接觸表面，而且促使氣液兩相分散，液膜不斷更新。填料性能可以由以下三方面予以評價。
⑴ 比表面積a：填料應提供盡可能多的表面積，以單位填充體積所具有的填料表面來表示填料的這壹特性，稱為比表面積a，單位為m2/m3。
⑵ 空隙率ε：單位體積填料所具有的空隙體積，稱為空隙率。氣體是在填料間的空隙內流動的，為減少氣體的流動阻力，提高填料塔的允許氣速，填料層應有盡可能大的空隙率。
⑶ 填料的幾何形狀：比表面積、空隙率大致相同而形狀不同的兩種填料，在流體力學和傳質性能上可有顯著的差別，但目前對填料的幾何形狀還沒有定量的表達。
3、幾種常用填料
常用填料有散裝填料和規整填料，材質有實體材料和網體材料。
10.2.2氣液兩相在填料層內的流動
1、液體
理想的流動狀態是自上而下，沿填料表面成膜狀流動，液膜從壹個填料到另壹個填料不斷更新。要求液體在填料表面鋪展成膜、液體在塔內的分布要均勻、液膜厚度要合適。
液體在亂堆填料中有壹定的自分布能力。因此，對於小塔，可利用自分布能力，預分布要求校低；對於大塔，很難利用填料的自分布能力達到全塔截面的分布均勻，對初始分布要求校高；另外，填料層內可能出現溝流現象或壁流現象，需對液體進行再分布。
液體在塔內的液膜厚度與持液量有關，持液量是單位填充體積所具有的液體量。噴淋量大，持液量也大，液膜厚度增加；在正常操作的氣速範圍內，氣速的增加，對液膜厚度的影響不大。
2、氣體
氣體在填料塔內在壓強差的推動下自下而上穿過填料空隙上升，並與液膜接觸進行傳質。氣體通過填料層的壓降與氣速及液體流量等因素有關。
當液體量為零時，幹填料的壓降Δp隨氣速u的增大而增大。
當有液體噴淋時，液體量壹定，氣速u增大，壓降Δp增大，相同氣速下壓降Δp較幹填料的壓降高。在氣速u較小時，氣速u增大，液膜厚度變化不大。當氣速u增大到某壹值時，液膜厚度開始增大，持液量也增大，出現攔液現象，此時，填料層壓降與空塔速度關系曲線的斜率增大，此點稱為載點。自載點以後，氣速u繼續增大到某壹值時，持液量大增，液體積累出現液泛現象，此氣速值稱為液泛氣速。
液體量增大，泛點氣速下降，在相同氣速下，液體量大，壓降也大。
3、液泛：
液泛是填料塔的非正常操作。發生液泛時，液體不能順利流下，氣液傳質不能正常進行。在泛點之前，氣體為連續相，液體為分散相；泛點之後，氣體為分散相，液體為連續相。泛點又稱為轉相點，此時，壓降Δp劇增，液體返混和氣體液沫夾帶的現象嚴重，傳質效果極差。
設計時，操作氣速=50%～80%的泛點氣速。泛點氣速可根據泛點關聯圖估計。
4、填料塔的操作範圍
當液體量壹定時，若氣體量很小，傳質過程主要靠擴散進行，傳質效果不好；氣體量很大，將會導致液泛發生。
當氣體量壹定時，若液體量很小，會有部分填料得不到潤濕，傳質效果不好；若液體量很大，將會導致液泛發生。
最大氣體量或最大液體量，可以根據泛點氣速來估計；最小氣體量和最小液體量必須根據經驗來確定。
10.2.3填料塔的傳質
填料層內的傳質速率是壹個極為復雜的問題，至今尚未搞清。有效接觸面積是真正參與傳質的面積。有效接觸面積，包括填料的有效潤濕表面和可能存在的液滴、氣泡表面積，有效接觸表面＜填料的接觸表面＜幹填料表面。關於填料的潤濕表面，恩田等人提出了如下的經驗關聯式：
同時，他們還提出了壹些傳質系數的經驗關聯式：
10.2.4 填料塔的附屬結構
⑴ 支撐板：主要是支撐塔內的填料，同時又能保證氣液兩相的順利通過。
⑵ 液體分布器：對進入塔內的液體進行分布，使得液體在塔截面上分布均勻。
⑶ 液體再分布器：為改善向壁偏流效應造成的液體分布不均，在填料層內部每隔壹定高度設置的裝置。
⑷ 除沫器：用來除去由填料層頂部逸出的氣體中的液滴，安裝在液體分布器上方。
10.2.5板式塔與填料塔的比較
對許多逆流接觸的過程，填料塔和板式塔都可以使用。各種塔型各有優劣，應根據物系綜合考慮選擇。
⑴ 填料塔操作範圍較小，特別是對於液體負荷的變化更為敏感。
⑵ 填料塔不宜於處理易聚合或含有固體懸浮物的物料。
⑶ 當氣液接觸過程中需要冷卻以移出反應熱或溶解熱時，不適宜用填料塔。另外，當有側線出料時，填料塔也不如板式塔方便。
⑷ 填料塔的塔徑可以很小，但板式塔的塔徑壹般不小於0.6m。
⑸ 板式塔的設計資料更容易得到而且更為可靠，安全系數可以取得更小。
⑹ 當塔徑不很大時，填料塔的造價便宜。
⑺ 對於易起泡的物系，填料塔更合適。
⑻ 對於腐蝕性物系，填料塔更合適。
⑼ 對於熱敏性物系，采用填料塔較好。
⑽ 填料塔的壓降比板式塔小，更適於真空操作