填料塔基础知识
化工原理5.6 填料塔
选择气体输
送设备
设计填料塔
的塔径
5.6
5.6.4
填料塔
填料塔的附件
5.6.4.1 支承板
（1）支承板是用以支撑填料和塔内持液的部件。
（2）基本条件：
① 足够的机械强度
② 支承板的自由截面积不应小于填料层的自由截面积，以免气液在通过支承板时
流动阻力过大，在支承板处首先发生液泛。
，1
L ，1
B
Τ
2
2′
பைடு நூலகம்2
∗ =
A
2′ 2
1′
1
X
5.6
填料塔
【例5-12】 填料塔逆流吸收，2 降低，其余操作条件不变，2 、1 、吸收操作线如何
变化？
解：
Y
′
（1） 和S 的变化情况：
Y1
=
/
1
=
=
+
1
Ω
率的三次方之比。
② 特点：反映气体通过湿填料时的流动特性。当流体流过填料时，填料实际空
隙率变小，填料的实际比表面积也发生变化。
5.6
5.6.2.2
填料塔
填料的类型
（1）按装填方式来分——乱堆填料和整砌填料
（2）按使用效率来分——普通填料和高效填料
（3）按结构类型来分——实体填料和网体填料
（4）常见的填料：
（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。（1.83倍）
5.6
填料塔
（2）吸收剂的流量 L
若填料塔的入口条件 ， ， 一定，吸收剂流量 ↑，即Τ ↑ ，则吸收操作
填料塔
共軛环
④矩鞍型(intolox saddle)：矩 鞍形填料结构不对称，堆积时不 重叠，均匀性高。该填料气流阻 力小，处理能力大，构造简单， 是一种性能优良的填料 ⑤环矩鞍(Intalox)：兼具环型、 鞍型填料的优点。敞开的侧壁有 利于气体和液体通过，减少了填 料层内滞液死区。填料层内流体 孔道增多，使气液分布更加均匀， 传质效率得以提高。
方形窗口，这种结构使填料层内
气、液分布性能大为改善，尤其
是环的内表面得到充分利用。与
同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环
的气液通量可提高50%，而压降
仅为其一半，分离效果也得到提
高。
③阶梯环：鲍尔环基础上改 造得出，其高度为直径的一 半。由于高径比的减少，使 得气体绕填料外壁的平均路 径大为缩短，减少了阻力。 喇叭口一边，不仅增加了机 械强度，而且使填料之间为 点接触，有利于液膜的汇集 与更新，提高了传质效率。 • 目前所使用的环型填料中最 为优良的一种。
①拉西环(Rasching ring) ：使用
较早，为外径与高度相等的圆环，
拉西环结构简单，制造容易，但堆
积时相邻环间易形成线接触，填料
内十字环
层的均匀性差，因而存在严重的向
壁偏流和沟流现象，致使传质效率
低。其改善方面有θ 形、十字格形
的拉西环。
环
②鲍尔环(pall ring)：鲍尔环是
在拉西环的壁上开一层或两层长
⑴喷洒型： 单孔式： 直管 弯管 缺口管 多孔式 ：①环管式分布器： 单环管分布器 多环管分布器 ②排管式分布器： 垂直引入的排管式分布器 水平引入的排管式分布器 ③莲蓬头式分布器 ⑵溢流型：①槽式分布器图 ②盘式分布器
⑶冲击型：反射板式分布器 宝塔式分布器
填料塔的结构及其工作原理
填料塔的结构及其工作原理填料塔是一种常见的化工设备，用于气体和液体之间的传质和传热操作。
它由塔壳、填料层、进料口、出料口、塔底和塔顶等组成。
下面将详细介绍填料塔的结构及其工作原理。
一、填料塔的结构1. 塔壳：填料塔的主体部分，通常由圆柱形或方形的金属壳体构成。
塔壳具有足够的强度和刚度，以承受内部压力和外部环境力的作用。
2. 填料层：填料塔内部的填料层是实现气液传质和传热的关键部分。
填料一般采用金属网格、塑料网格或陶瓷制成，具有大表面积和良好的润湿性，以增加气液接触面积，促进传质和传热效果。
3. 进料口和出料口：填料塔的进料口用于引入待处理的气体或液体，而出料口用于排出经过处理的气体或液体。
进出料口的位置和数量根据具体的工艺要求和设备设计而定。
4. 塔底：填料塔的底部通常设有液体收集装置，用于收集和排除从填料层中下降的液体。
液体收集装置可以是平板、集液器或集液槽等形式。
5. 塔顶：填料塔的顶部通常设有气体排放装置，用于排出处理后的气体。
气体排放装置可以是排气管、排气扇或排气管道等形式。
二、填料塔的工作原理填料塔的工作原理基于气体和液体之间的质量传递过程。
当气体通过填料层时，气体分子与填料表面接触，从而发生吸附、吸收、化学反应或物理吸附等过程。
这些过程使得气体中的污染物质或有害物质被吸附或吸收到液体中，从而实现气体的净化和处理。
具体而言，填料塔的工作过程包括以下几个步骤：1. 进料：待处理的气体或液体通过进料口引入填料塔。
在进料口处，气体与液体发生接触，开始进行传质和传热过程。
2. 填料层：气体通过填料层时，与填料表面接触，发生吸附、吸收或化学反应。
填料层的大表面积和良好的润湿性有利于增加气液接触面积，提高传质效果。
3. 液体收集：填料层中的液体由于重力作用逐渐下降，最终被收集到塔底的液体收集装置中。
液体收集装置可以将液体排出或重新循环使用。
4. 气体排放：经过填料层处理的气体从塔顶的气体排放装置排出。
填料塔手册
《填料塔手册》目录图表目录1. 简介1.1 填料塔的定义和用途1.2 填料塔的历史发展1.3 填料塔在化工、环保等领域的应用1.4 填料塔应用案例2. 填料塔的基本结构2.1 塔体2.2 填料层2.3 液体分布器2.4 气体分布器2.5 支撑板2.6 除雾器2.7 各部件的材质选择指南2.8 不同类型填料塔的结构差异比较3. 填料类型3.1 规整填料3.1.1 金属规整填料3.1.2 陶瓷规整填料3.1.3 塑料规整填料3.2 散堆填料3.2.1 鞍形填料3.2.2 拉西环3.2.3 球形填料3.3 各类填料的优缺点比较3.4 新型填料材料介绍4. 填料塔设计考虑因素4.1 操作条件（温度、压力、流量）4.2 物料特性4.3 塔径和塔高的确定4.4 填料选择4.5 液体分布系统设计4.6 设计软件介绍和使用指南4.7 不同行业特殊设计要求5. 填料塔的操作5.1 启动程序5.2 正常运行参数监控5.3 常见问题及解决方案5.4 停机程序5.5 自动化控制系统介绍5.6 不同工况下的操作参数调整指南6. 填料塔的维护6.1 日常检查项目6.2 定期维护计划6.3 填料更换指南6.4 清洗和除垢方法6.5 预测性维护技术介绍6.6 常见故障的诊断和排除方法7. 填料塔性能优化7.1 压降控制7.2 传质效率提高7.3 能耗降低策略7.4 优化案例分析7.5 新技术在性能优化中的应用8. 安全注意事项8.1 操作安全规程8.2 个人防护装备要求8.3 紧急情况处理8.4 安全培训计划的制定指南8.5 国际安全标准介绍9. 环境保护考虑9.1 废水处理9.2 废气排放控制9.3 噪音控制9.4 绿色生产技术在填料塔中的应用9.5 环境影响评估方法介绍10. 填料塔相关计算10.1 传质单元数（NTU）计算10.2 压降计算10.3 填料层高度计算10.4 计算实例10.5 常用计算公式的推导过程11. 新技术和发展趋势11.1 高效填料开发11.2 智能控制系统应用11.3 模拟和优化软件使用11.4 行业专家对未来发展的预测11.5 国际先进技术介绍12. 案例研究12.1 不同行业填料塔应用实例12.2 不同规模填料塔案例分析12.3 问题诊断和解决案例12.4 失败案例分析及经验教训13. 常见问题解答14. 附录14.1 常用填料参数表14.2 填料塔故障排查清单14.3 相关标准和规范列表14.4 常用符号和缩略语表14.5 相关专业术语的多语言对照表15. 参考文献索引本手册旨在为填料塔的设计、操作和维护人员提供全面的指导。
化工设备之填料塔
化工设备之填料塔填料塔是一种常见的化工设备，用于进行物理或化学反应、蒸馏和吸收过程等。
填料塔中填充着各种不同的填料，以增加气液质量传递的表面积，从而提高设备的效率。
下文将从填料的种类、作用原理、设计和应用等方面介绍填料塔。
一、填料的种类1.球形填料：常见的球形填料有陶瓷球、金属球和塑料球等。
球形填料具有流体阻力小、气液分布均匀等特点，是填料塔中常见的一种填料。
2.环形填料：环形填料分为金属材质和塑料材质两种。
环形填料的特点是表面积大，容积小，具有良好的液膜形成和固定的优势，适合于处理液相粘度大的情况。
3.网状填料：网状填料具有表面积大、空隙率高、液滴分布均匀等特点，能有效地扩大气液接触界面，增强气液质量传递效果。
4.格栅填料：格栅填料通常用于液压分离时使用，能够有效地增加间隙面积，并保持间隙的大小和位置不变。
二、填料塔的作用原理填料塔的主要作用原理是通过填充物增加气液接触面积，从而提高传质、反应和分离的效率。
当气体和液体在填料塔中产生接触时，由于填料的存在，气体和液体必须通过填料内的波流道隙缝，从而导致气液混合，进而进行物理或者化学反应，提高传质效果，以达到分离、纯化的目的。
三、填料塔的设计1.填料：填料的类型和形态直接影响到填料塔的效果，应根据具体工艺要求和特点选择。
2.塔径和塔高：要根据设备的工作流量、物理性质和反应特性等因素来确定，应该选择适当的塔径和塔高，以保证设备的高效运行。
3.塔体冷却：在进行冷却反应时，应考虑在塔体中安装冷却器，以保证反应温度不会过高。
4.进口液流速：为保证液相在填料层内形成实际的液膜，应保证进口液速不低于一定值，通常为1～1.5m/s。
5.进口液体含气量：液体中的气体含量越高，气液分布越均匀，但气体含量过高会影响填料塔内流体的反应效率，因此进口液中的气体应控制在一定范围内。
四、填料塔的应用填料塔广泛应用于化工、石化、冶金、环保等领域，主要用于分离、回收、蒸馏、吸收等物理和化学反应过程。
填料塔的结构
具有结构简单，造价低廉 ，制造方便，便于处理腐 蚀性物料，气液接触效果 好，压力降小等优点，在 处理容易产生泡沫的物料 以及用于真空操作时，更 有其独特的优越性。
.
填料塔的内部构件及辅助设备
1.填料塔的基础知识
填料塔的结构、操作原理
塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷 制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类， 是传热和传质的场所。 塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体 分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。 操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料 上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动， 并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互 接触，发生传热和传质。
液体气体规整填料塑料丝网波纹填料散装填料塑料鲍尔环填料填料塔的结构操作原理填料塔的优缺点优点具有结构简单造价低廉制造方便便于处理腐蚀性物料气液接触效果好压力降小等优点在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时更有其独特的优越性
第2节 认识填料塔
1 2 3 4
填料塔的基础知识
填料的类型及性能
填料的选择及安装
7
液体
6 5
4 8 3
2
1
气体Βιβλιοθήκη 规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
填料塔的优缺点
优点
缺点
体积大，重量大，传质效率差， 不适用于处理污浊液体和含尘气 体，操作稳定性差，填料容易堵 塞，以及容易发生沟流等现象。 但是近年来由于填料的的不断改 进，新型、高效、高负荷填料的 开发既提高了塔的通过能力和传 质效率，又改善了沟流现象，同 时还保留了其原有的优点因此填 料塔已被推广到许多大型气液操 作中。.
化工设备之填料塔
化工设备之填料塔引言填料塔是化工生产中常用的一种设备，用于进行气体或液体的传质与传热操作。
填料塔通过将流体引导经过填料层，增大接触面积，从而提高传质传热效率。
本文将从填料塔的定义、结构、工作原理、应用领域等方面进行详细介绍。
一、填料塔的定义填料塔（Packed tower）是一种用于气体液体传质、传热的设备。
其结构包括塔体、填料层、进出口管道、槽外冷凝器等部分。
填料塔的塔体一般由塔筒、进出料口、塔底及塔顶等组成。
二、填料塔的结构填料塔的结构主要包括以下几个部分：1. 塔筒塔筒是填料塔的主体部分，一般由圆柱形或方形的金属材料制成。
塔筒的内部通常经过抛丸除锈、防腐处理等工艺，以提高其耐腐蚀性能。
2. 填料层填料层是填料塔的核心部分，其作用是增大流体接触面积。
常见的填料材料包括金属、陶瓷、塑料等，其形状有条形、环形、片状等多种。
3. 进出口管道填料塔的进出口管道用于引导流体进入和流出塔体。
进口管道通常设置在塔底，而出口管道则设置在塔顶。
4. 槽外冷凝器槽外冷凝器是填料塔中常用的辅助设备，用于将气体冷凝成液体。
冷凝后的液体可以回流到塔底，进一步提高传质效率。
三、填料塔的工作原理填料塔的工作原理是通过在塔内设置填料层，使流体在填料层上形成薄膜状，增加液体和气体之间的接触面积，从而促进传质和传热的发生。
具体的工作原理如下：1.液体从塔顶通过喷淋器均匀地引入填料层，流经填料层后形成薄膜状。
2.气体从塔底通过进口管道引入塔内，顺着填料层向上流动。
3.在填料层的作用下，液体和气体之间进行传质传热，液体中的溶质逐渐均匀地分布到气体中。
4.溶质逐渐从气体中传到液体中，达到传质的目的。
5.冷凝的气体在填料层中与液体接触，被冷凝器冷凝成液体后回流到塔底。
6.反复循环以上步骤，直到达到预定的传质、传热效果。
四、填料塔的应用领域填料塔广泛应用于化工、石油、冶金、环保等行业，其主要应用领域包括：1.吸附分离：填料塔在吸附分离过程中起到重要作用，可用于气体分离、液体分离等。
填料塔的简单介绍及其相应计算教材
目录一、塔设备的概述 (2)1.1 填料塔 (3)1.2 板式塔 (4)1.3填料塔与板式塔的比较 (5)二、塔设备设计的基本步骤 (6)三、塔设备的强度和稳定性计算 (6)3.1塔设备的载荷分析和设计准则 (6)3.2 质量载荷 (8)3.3地震载荷 (8)3.4偏心弯矩 (8)3.5最大弯矩 (8)3.6 圆筒轴向应力核核 (9)3.6.1 圆筒轴向应力 (9)3.6.2 圆筒稳定校核 (9)3.6.3 圆筒拉应力校核 (10)3.7裙座轴向应力校核 (10)3.7.1 裙座底截面的组合应力 (10)4.7.2裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力 (11)4.8轴向应力校核条件 (12)五、心得体会 (13)一、塔设备的概述塔设备是石油化工、化学工业、石油工业等生产中最重要的设备之一。
它可使气（汽）液或液液相之间进行充分接触，达到相际传热及传质的目的。
在塔设备中能进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸，气体的增湿及冷却等。
表1中所示为几个典型的实例。
表1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占的比例实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际传质和传热的目的。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、介吸、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置性能好坏、对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。
因此对设备的研究一直是工程界所关注的热点。
随着石油、化工的发展，塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。
为了使塔设备能更有效、更经济的运行，除了要求它满足特定的工艺条件，还应满足以下基本要求。
①满足特定的工艺条件；②气—液两相能充分接触，相际传热面积大；③生产能力大，即气、液处理量大；④操作稳定，操作弹性大，对工作负荷的波动不敏感；⑤结构简单、制造、安装、维修方便，设备投资及操作成本低；⑥耐腐蚀，不易堵塞。
为了便于研究和比较,人们从不同的角度对塔设备进行分类。
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气体通过填料层的压力降
L3
大
L2 L1 —液泛区 干塔
p，kPa
填 料 表 面
填 料 表 面
泛点
—载液区
载点
持液量
3
2 1 0
—恒持液量区 L3> L2> L1
u, m/s （空塔气速）
填料层的 p~u 关系
适宜操作应在载点气速和泛点气速之间
u (0.6 ~ 0.8)uF
（双对数坐标系）
L---喷淋量
填料塔
一、填料塔结构及填料 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附属结构
填料塔结构及填料
填 料 塔
塔体 填料塔结构 液体分布器 填料 填料支承板 液体收集器 液体再分布器
进气管
填料
比 表 面 积 填料特性 空 隙 率 填 料 因 子
类型： 散装填料
规整填料
在选择填料时，一般要求： 比表面积及空隙率要大， 填料的润湿性要好， 气体通过能力大，阻力小，
陶瓷弧鞍 Berl saddle
（1）散装填料：鞍形 属敞开型填料。
矩鞍形填料结构不对称， 堆积时不会重叠，填料均匀性 大为提高。
矩鞍形填料传质性能比拉 西环好，但比鲍尔环差，但在 制造上比鲍尔环方便。 矩鞍形填料的缺点是，因 开放式结构使其强度差，特别 是瓷质填料，易破碎。
矩鞍 Intalox saddle ring
U min ( Lw )min
规整填料已有很多，如波纹填料（金属、陶 瓷）、栅格类填料 。 金属波纹填料主要有： 金属刺孔波纹填料、金属板网波纹填料、 金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料等
（2）规整填料：波纹填料
金属孔板波纹填料 陶瓷孔板波纹填料
与散装填料相比，规整填料具有以下优点： 传质效率高、压降低、处理量大、持液量小、放 大效应不明显、操作弹性大等一系列优点。同时使大 塔径的填料塔工业化成为可能。 从环形填料、鞍形填料到鞍环形填料，从个体填料、 到规整填料，人们千方百计地改进填料结构，目的是增加 填料比表面积以提高传质效率，增加填料的空隙率以降低 流动阻力、加大流体通量，改善填料堆积性能以防止填料 的嵌套叠合，从而有利于液体的均布、降低壁效应。
液泛
埃 克 特 （Eckert） 通 用 关 联 图
填料的润湿性能和液体喷淋密度 填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料 材质的表面润湿性能。 液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋 的液体体积，以U表示，单位为m3/（m2· s）。为保证填 料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极 限值，该极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示
液体滞留量小，
单位体积填料的重量轻， 造价低，并有足够的机械强度。
（1）散装填料：环形 高度和外径相等； 可用陶瓷和金属制造， 存在严重的壁偏流和沟流现象， 液体滞留量大， 传质效率不高， 气体通过能力低， 阻力大。 拉西环 Ras空间与环内表面的 利用率，而且使气液流 通顺畅，有利于气液进 入环内。 因此，鲍尔环比拉 西环传质效率高、气体 通过能力大。
（1）散装填料：鞍环形
金属鞍环填料综合 了环形填料通量大及鞍 形填料的液体再分布性 能好的优点，其性能优 于环形填料和鞍形填料。
金属鞍环 Intalox saddle ring
塑料花环 rostte ring
多面空心球 Ball Packing
海尔环 Hillis ring
（2）规整填料：
以整砌的方式装填在塔内
鲍尔环 Pall ring
（1）散装填料：环形
阶梯环 Cascade ring
高度仅为直径的一半； 环的一端制成喇叭口，这种喇叭结构，使填料个体之间多呈点接触； 与鲍尔环相比，其气体通量高，阻力小，传质效率大。
OX环 DC环 DC ring
扁 环 共軛环
（1）散装填料：鞍形
属敞开型填料，敞开型 填料的特点是： 表面全部敞开，不分内 外，因而表面利用率高， 不易积液，气体流动阻力 小，制造也方便。 弧鞍形填料是两面对称 结构，在塔内堆积时容易 造成填料相互重叠，从而 产生沟流，目前已较少使 用。
填料塔的流体力学性能 填料层的持液量 填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填 料层内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填料)表示
Ht H c H s
填料层的持液量可由实验测出，也可由经验公式计算。 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，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。