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1、三、塔内件塔内件包括液体分布装置、床层固定装置或床层压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布和进料装置以及气体分布装置等。一座性能良好的大型填料塔,填料本身的高性能固然重要,但与之匹配的塔内件,尤其是液体分布器和气体分布器也是至关重要的。否则填料的高性能就不能得以充分发挥,特别是对于大直径、多侧线、浅床层塔器,气液分布往往是成败的关键。不良的液体分布可能使填料的性能下降50%~70%。与板式塔相比,填料塔对液体的不均匀分布更为敏感。液体在填料塔内的分布性能以及最终的填料性能在很大程度上依赖于液体的初始分布。不均匀分布可导致填料效率的降低,特别是对规整填料等低压降填料
2、。而且,当塔具有很高的填料层高度、很高的填料比表面积及很高的填料效率时,液体不均匀分布的负面效应更大。1、填料支承装置填料支承装置的作用是支承塔内填料层。对其要求是：第一,应具有足够的强度和刚度,能支承填料的质量、填料层的持液量及操作中的附加压力等;第二,应具有大于填料层空隙率的开孔率,以防止在此处首先发生液泛;第三,结构合理,有利于气液两相的均匀分布,阻力小,便于拆装。常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等,如图所示。选择哪种支承装置,主要根据塔径、使用的填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流速等而定。2、填料压紧装置为保持操作中填料床层为一高度恒定的固
3、定床,从而保持均匀一致的空隙结构,使操作正常、稳定,在填料装填后于其上方要安装填料压紧装置。这样,可以防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类,每类又有不同的型式,图中列出了几种常用的填料压紧装置。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、石墨制的散装填料。因其易碎,当填料层发生破碎时,填料层空隙率下降,此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。床层限制板用于金属散装填料、塑料散装填料及所有规整填料。因金属及塑料填料不易破碎,且有弹性,在装填正确时不会使填料
4、下沉。床层限制板要固定在塔壁上,对于小塔可用螺钉固定于塔壁,而大塔则用支耳固定。3、液体分布装置为了实现填料内气液两相密切接触、高效传质,填料塔的传质过程要求塔内任一截面上气液两相流体能均匀分布,特别是液体的初始分布至关重要。理想的液体分布器应具备以下条件：(1)与填料相匹配的液体均匀分布点。填料比表面积越大,分离要求越精密,则液体分布器分布点密度也应越大。(2)操作弹性较大,适应性好。(3)为气体提供尽可能大的自由截面,实现气体的均匀分布,且阻力小。(4)结构合理,便于制造、安装、调整和检修。液体分布装置的种类多样,有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。喷头式分
5、布器如图(a)所示。液体由半球形喷头的小孔喷出,小孔直径为3~10mm,作同心圆排列,喷洒角小于80°,直径为(1/3~1/5)D。这种分布器结构简单,只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞,一般应用较少。盘式分布器有盘式筛孔分布器、盘式溢流管式分布器等形式。如图(b)、(c)所示。液体加至分布盘上,经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6~0.8倍,此种分布器用于D<800mm的塔中。管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单,供气体流过的自由截面大,阻力小。但小孔易堵塞,弹性一般较小。管式液体分布器使用十分广泛,多用于中等以下液
6、体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料中,由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状,如图(d)、(e)所示。根据液体负荷情况,可做成单排或双排。槽式液体分布器通常是由分流槽(又称主槽或一级槽)、分布槽(又称副槽或二级槽)构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股,分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底(或槽壁)上设有孔道(或导管),将液体均匀分布于填料层上。如图(f)所示。槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污性,特别适合于气液负荷大及含有固体悬浮物、粘度大的分离场合。由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污垢堵塞性能,应用范围
7、非常广泛。槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器,它将槽式及盘式分布器的优点有机地结合一体,兼有集液、分液及分气三种作用,结构紧凑,操作弹性高达10:1。气液分布均匀,阻力小,特别适用于易发生夹带、易堵塞的场合。盘槽式液体分布器的结构如图(g)所示。四、气液两相在填料层内的流动1、液体成膜的条件液体能否在填料表面铺展成膜与填料的润湿性有关。严格地说,液体自动成膜的条件是:δLS+δGL<δGS式中δLS、δGL、δGS分别为液固、气液及气固间的界面张力。上式中两端的差值越大,表明填料表面越容易被该种液体所润湿,即液体在填料表面上的铺展能力越强。当物系和操作温度、
8、压力一定时
