【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 解吸等氣液傳質(zhì)過(guò)程，所以在塔設(shè)備選型時(shí)必須綜合考慮多方面的因素，如與被處理物料性質(zhì)、操作條件和塔的加工、維修等方面有關(guān)的因素等。選型時(shí)沒(méi)有絕對(duì)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，而只能參考各項(xiàng)條件。表31填料塔與板式塔比較項(xiàng)目填 料 塔板 式 塔壓降小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料及規(guī)整填料，則壓降較小較大空塔氣速小尺寸填料氣速較小，而大尺寸填料及規(guī)整填料則氣速可較大較大塔效率傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆及規(guī)整填料則塔效率較高較穩(wěn)定，效率較高液氣比對(duì)液體量有一定要求較大持液量較小較大 安裝檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般用金屬材料造價(jià)新型填料，投資較大大直徑時(shí)造價(jià)較低在進(jìn)行填料塔和板式塔選型時(shí)，下列情況可考慮優(yōu)先選用填料塔：⑴在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；⑵對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；⑶具有腐蝕性的物料，可選用填料塔，因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧?，如陶瓷、塑料等；⑷容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔，因?yàn)樘盍纤?nèi)，氣相主要不以氣泡形式通過(guò)液相，可減少發(fā)泡的危險(xiǎn)，此外，填料還可使泡沫破碎。下列情況下，可考慮優(yōu)先選用板式塔：⑴塔內(nèi)液體滯液量較大，要求塔操作負(fù)荷變化范圍較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，要求操作易于穩(wěn)定；⑵液相負(fù)荷較小，因?yàn)檫@種情況下填料塔會(huì)由于填料表面濕潤(rùn)不充分而降低其分離效率；⑶含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大，堵塞的危險(xiǎn)較小；⑷在操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤(pán)管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線出料口，這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液量，以便與加熱管或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱。填料塔的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小，可用各種材料的填料，特別是處理易產(chǎn)生泡沫的物料以及用于真空操作，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。因此它是石油、化工、輕工生產(chǎn)中廣泛使用的傳質(zhì)設(shè)備。近年來(lái)由于填料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型高效高負(fù)荷填料的開(kāi)發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離能力，又保持了壓力降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此填料塔已被推廣應(yīng)用到大型氣液操作中，而且，在某些場(chǎng)合，還代替了傳統(tǒng)的板式塔。本設(shè)計(jì)中環(huán)己酮肟是熱敏性物質(zhì)所需持液量要小，采用減壓精餾降低沸點(diǎn)，塔壓降要小，綜合考慮以上情況及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選擇填料塔。 填料的選擇填料為氣液兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)和換熱提供了表面，與塔的其他內(nèi)件共同決定了填料塔的性能。因此，設(shè)計(jì)填料塔時(shí)，首先要適當(dāng)?shù)剡x擇填料。選擇填料時(shí)，必須綜合考慮生產(chǎn)能力、效率、操作彈性、成本和壓力降等因素。此外，物料的腐蝕性和填料的供應(yīng)情況等也應(yīng)予以注意。填料時(shí)填料塔內(nèi)氣液介質(zhì)進(jìn)行兩項(xiàng)傳質(zhì)的關(guān)鍵元件，直接關(guān)系到填料塔性能的好壞。對(duì)填料塔的基本要求是：⑴傳質(zhì)效率要高：一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料；⑵通量要大：在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料；⑶填料層的壓降要低；⑷填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便。填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評(píng)價(jià)填料性能的基本參數(shù)。⑴比表面積：?jiǎn)挝惑w積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。⑵空隙率：?jiǎn)挝惑w積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過(guò)的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。⑶填料因子：填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤(rùn)濕時(shí)的a/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤(rùn)濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)的a/e3稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動(dòng)阻力越小。 填料的類型 ⑴散裝填料散裝填料是指安裝以亂堆為主的填料，也可以整砌。根據(jù)其形狀，這種填料可分為環(huán)形、鞍形及環(huán)鞍形。每一種填料按其尺寸、材質(zhì)的不同又有不同規(guī)格。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN1DN2DN3DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。實(shí)踐證明:塔徑與填料外徑的合適比值，有一下限值。當(dāng)徑比低于該值時(shí)，難以預(yù)測(cè)它們的性能。這是因?yàn)閺奖忍r(shí)，塔壁附近的填料層空隙率大而不均勻，通過(guò)能力雖有所提高，但因氣流短路，會(huì)降低塔的效率。若作重復(fù)裝填，則各次的性能差別將會(huì)很大。鮑耳環(huán)的填料尺寸為1015mm，最小不低于8mm。對(duì)于一定的塔徑，滿足徑比下限的填料可能有幾種尺寸，因此尚需按經(jīng)濟(jì)因素來(lái)進(jìn)行選擇，降低和通過(guò)能力提高，還不能補(bǔ)償效率的降低，故在大塔中最常使用的是50mm填料，最大用到80mm。反之，用較小的填料時(shí)，效率的提高將彌補(bǔ)其通過(guò)能力低和成本較高的缺點(diǎn)。然而，實(shí)踐證明，在大塔中使用小于2025mm的小填料，效率沒(méi)有明顯的改進(jìn)。⑵規(guī)整填料在亂推的散裝填料塔內(nèi)，氣液兩相的流動(dòng)路線往往是隨機(jī)的加之填料裝整時(shí)難以做到各處均一，因而容易產(chǎn)生溝留等不良情況，從而降低塔的效率。規(guī)整填料時(shí)一種在塔內(nèi)按均勻集合圖形規(guī)則、整齊堆砌的填料，這種填料人為地規(guī)定了填料層中氣、液的流路，減少了溝留和壁流的現(xiàn)象，大大降低了壓降，提高了傳熱、傳質(zhì)的效果。規(guī)整填料的種類，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為絲網(wǎng)波紋填料及板波紋填料。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有12150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。 填料的用材常用填料的材料有金屬、陶瓷和塑料等。塑料填料材質(zhì)包括：聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），增強(qiáng)聚丙烯（RPP），聚氯乙烯（PVC），氯化聚氯乙烯（CPVC）及聚偏氟乙烯（PVDF）等。它的耐腐蝕性能好、空隙大、通量大、阻力小、能耗低、操作費(fèi)用低、重量輕、易裝卸、可重復(fù)使用。特別適用于石油、化工、氯堿、煤氣、環(huán)保等行業(yè)的中低溫（60150℃）提餾、吸收及洗滌塔中。塑料散堆填料有鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、階梯環(huán)、海爾環(huán)、共軛環(huán)、扁環(huán)、花環(huán)、空心浮球、多面球、網(wǎng)籠球和覆蓋球等。陶瓷填料具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能、能耐除氟氧酸以外的各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸及有機(jī)溶劑的腐蝕,適用于各種高,低溫及強(qiáng)腐蝕性的場(chǎng)合,可用于化工、冶金、煤氣、制氧等行業(yè)的干燥塔、吸收塔、冷卻塔、洗滌塔、再生塔等。陶瓷散堆填料包括拉西環(huán)、十字隔板環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、階梯環(huán)、共軛環(huán)、及其組合環(huán)等。金屬填料材質(zhì)包括碳鋼及不銹鋼等。由于其加工壁薄、空隙率大、通量大、阻力小，又耐熱、耐腐蝕，分離效率高等特點(diǎn)，特別適用于真空精餾塔，處理熱敏性、易分解、易聚合、易結(jié)碳的物料，從而廣泛應(yīng)用于石油化工、化肥、環(huán)保等行業(yè)的填料塔中。金屬散堆填料有共軛環(huán)、八四內(nèi)弧環(huán)、矩鞍環(huán)、雙弧環(huán)、扁環(huán)、階梯環(huán)和鮑爾環(huán)、英特洛克斯等。如果操作溫度允許，應(yīng)盡量選用塑料制填料，其優(yōu)點(diǎn)是重量輕、價(jià)格低及耐腐蝕。 常用填料⑴拉西環(huán) 拉西環(huán)是高度與直徑相等的圓柱體，可由陶瓷、金屬、塑料等制成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用相當(dāng)廣泛。⑵鮑爾環(huán)填料 是正對(duì)拉西環(huán)的一些缺點(diǎn)改進(jìn)而得到的，同等尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)相比，其相對(duì)效率要高出30%；相同壓降下，鮑爾環(huán)的處理能力要比拉西環(huán)增加50%⑶階梯環(huán)填料 其結(jié)構(gòu)較鮑爾環(huán)類似，但高度減小了一半，且填料一端擴(kuò)為喇叭型翻邊，填料強(qiáng)度增加，氣體通過(guò)填料阻力減小，改善了液體分別，提高了傳質(zhì)效率⑷金屬絲網(wǎng)波紋填料 保留了金屬波紋填料幾何規(guī)則的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。壓降低、通量高、持液量小、氣液分布均勻、幾乎無(wú)放大效應(yīng)、傳質(zhì)效率也比較高。綜上所屬，本設(shè)計(jì)塔中壓力很低，使用金屬絲網(wǎng)波紋填料（500mmBX型）。金屬絲網(wǎng)波紋填料特性： ⑴比表面積大，比表面積與通用散裝填料相比，可提高近1倍，填料壓降較低，通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高孔隙率大，重量輕； ⑵氣相通路傾角小，有規(guī)則，與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善，壓降低； ⑶徑向擴(kuò)散良好，氣液接觸充分。4 甲苯脫肟塔設(shè)計(jì)計(jì)算 物料衡算本物料衡算結(jié)果為簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模擬的輸入條件，即塔頂餾出液中關(guān)鍵