塔填料及液體分布器研究

陳林 趙金杰

摘要：近年來，隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的改革和發(fā)展，我國(guó)填料塔技術(shù)發(fā)展已逐漸趨于完善，新型散堆填料塔技術(shù)的綜合應(yīng)用性能非常好，所以其應(yīng)用范圍最廣，本文將結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例對(duì)塔填料及液體分布器進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：塔填；液體分布器；研究

自改革開放以來，我國(guó)工業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，隨著力學(xué)理論、傳質(zhì)模型不斷的發(fā)展和完善，塔板技術(shù)已突顯出了其技術(shù)領(lǐng)先地位。現(xiàn)階段，由于能源供需關(guān)系緊張，我國(guó)塔板技術(shù)的應(yīng)用面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，如何完善塔板技術(shù)的應(yīng)用，降低工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的能源消耗量等問題已成為我國(guó)廣大塔填料工程設(shè)計(jì)人員研究討論的重點(diǎn)問題。常用的精餾塔設(shè)備主要有填料塔和板式塔兩大類，兩種設(shè)備的運(yùn)行效果存在很大的差異性，傳統(tǒng)板式塔其制作工藝復(fù)雜，能源轉(zhuǎn)化率低，填料塔的制作工藝簡(jiǎn)單，能源轉(zhuǎn)化率高。目前，我國(guó)大多數(shù)工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的精餾塔設(shè)備類型為塔填料，本文通過塔填料類型深入探討液體分布器的應(yīng)用問題和研究發(fā)展方向[1]。

1.塔填料類型

1.1.散堆填料

散堆填料及塔設(shè)備是進(jìn)行吸收、精餾、干燥、萃取等傳熱處理的主要裝置過程，在傳質(zhì)、傳熱過程中，散堆填料的氣-液、液-液變化明顯，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)的發(fā)展，散堆填料技術(shù)已經(jīng)逐漸走出了傳統(tǒng)傳質(zhì)、傳熱能源消耗量大的困境，在反應(yīng)蒸餾、流化干燥、超重力分離等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①散堆填料的規(guī)律化、規(guī)范化，和傳統(tǒng)填料形式進(jìn)行對(duì)比分析可知，在填料時(shí)，應(yīng)時(shí)刻保持填料的重心在縱向取向上，這種填料形式可以將填料表面的液膜更均勻；②降低填料塔的壓強(qiáng)，使裝置設(shè)備的傳質(zhì)效率大幅度升高；③對(duì)不同類型填料形式，采用不同種填料技術(shù)，目前開發(fā)應(yīng)用的調(diào)料類型主要為散堆填料，其填料功能的復(fù)合化程度非常高，適用于多種填料技術(shù)；④因?yàn)樯⒍烟盍霞夹g(shù)擁有較強(qiáng)的催化作用和傳質(zhì)作用，這種優(yōu)良的應(yīng)用性能可以在一定程度上提高裝置的傳質(zhì)效率[2]。

1.2.規(guī)整填料

規(guī)整填料是近幾年發(fā)明的新型填料形式，其設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用性能和三推填料有很大差別。規(guī)整填料可以提高塔裝置的傳質(zhì)效率，并且其能源轉(zhuǎn)化率非常高，一般情況下，在難分離物系、熱敏物系、高純產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣，其主要應(yīng)用性能有以下幾點(diǎn)：①在減壓塔中，規(guī)整填料可以促進(jìn)熱敏物系和難分離物系發(fā)生催化反應(yīng)，增加塔裝置的熱吸收穩(wěn)定性；②在汽油分離塔中，規(guī)整填料應(yīng)用在汽油分離裝置中，可以實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化率的最大化，幫助乙烯、苯乙烯等工業(yè)材料實(shí)現(xiàn)在加工的生產(chǎn)目的；③規(guī)整填料可以有效方式加工產(chǎn)品受到污染，有效避免各加工原料出現(xiàn)混合反應(yīng)現(xiàn)象，所以在食品、制藥等領(lǐng)域普遍應(yīng)用規(guī)整填料；④規(guī)整填料的形式種類有很多，不同填料形式對(duì)加工產(chǎn)品的分離效果不同，相較于散堆填料，規(guī)整填料的分離效率更高，操作彈性更大、實(shí)用性更強(qiáng)、放大效應(yīng)更低。

2.液體分布器

一般填料塔都具有高性能填料和設(shè)計(jì)填料內(nèi)件，這是填料塔實(shí)現(xiàn)物料回流、分離傳感的重要裝置元件，液體回流在塔截面的分布均勻是體現(xiàn)塔裝置傳質(zhì)效率的主要依據(jù)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果塔裝置內(nèi)的液體回流分布不均勻，塔內(nèi)的加工原料的分離效率很受到嚴(yán)重影響。

2.1.填料塔液體分布器的分類

填料塔液體分布器是實(shí)現(xiàn)塔分離效率、傳質(zhì)效果的重要裝置，所以其裝置結(jié)構(gòu)和裝置性能對(duì)塔裝置生產(chǎn)效率的影響非常大。填料塔液體分布器的分類方法主要有5種：①按液體回流方向分類，主要分為重力型、壓力型液體分布器，這兩種分布器應(yīng)用于不同種回流方式的塔裝置；②按形狀分類，傳統(tǒng)分布器一般為管式，新型分布器一般為雙層排管式；③按液體分離類型分類，孔流型液體分布器和溢流型液體分布器；④）按按液體回流次數(shù)分類，回流次數(shù)少于3次的為單級(jí)分布器，回流次數(shù)大于3次的為多級(jí)分布器；⑤按分布器組合方式分類，主要有管槽式、孔槽式和槽盤式三種液體分布器[3]。

2.2.塔填料液體分布器的注意事項(xiàng)

通過上文對(duì)塔填料液體分布器的運(yùn)行情況和分類方法進(jìn)行分析可知，要想實(shí)現(xiàn)分布器的運(yùn)行效果，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定操作，在操作過程中應(yīng)注意的問題，主要有以下幾點(diǎn)：①新型分布器和傳統(tǒng)塔裝置的應(yīng)用結(jié)合，因?yàn)樾滦头植计鲬?yīng)用的操作技術(shù)非常先進(jìn)，所以其填料形式和塔裝置的分離效率存在很大差異，研究表明，如果傳統(tǒng)塔裝置應(yīng)用新型分布器，那么其能源轉(zhuǎn)化率會(huì)降低12個(gè)百分點(diǎn)；②如果在填料過程中工作人員操作失誤的話，液體分布器會(huì)出現(xiàn)不良分配現(xiàn)象，這種現(xiàn)象不僅對(duì)塔裝置的分離效率產(chǎn)生影響，還會(huì)影響加工原料的傳質(zhì)效率；③分離效率，不同填料方法的噴淋密度不同，工程人員在設(shè)計(jì)填料方法時(shí)，應(yīng)結(jié)合裝置的噴淋密度設(shè)計(jì)合理的填料容量和形式，當(dāng)噴淋密度超出額定范圍時(shí)，塔裝置的分離效率會(huì)大幅度下降；④新型分布填料，由點(diǎn)到線的填料形式可以增加塔裝置的傳質(zhì)效果，液體回流次數(shù)也會(huì)隨之增加，所以工作人員在進(jìn)行填料時(shí)應(yīng)添加規(guī)則的布液孔，通過布液孔完成加工材料的表面轉(zhuǎn)化；⑤通過毛細(xì)管等作用，液體分布器布液板上的液體呈膜均勻狀流下，將液體初始分步由點(diǎn)分布變成近似無限多點(diǎn)均勻分布到填料表面，可以有效增加液體分布器的分離轉(zhuǎn)化效率，在改善其分布性能的同時(shí)，提高了液體分布器的綜合應(yīng)用性能[4]。

3.結(jié)論：

綜上所述，填料塔未來的發(fā)展前景非常廣闊，通過工程技術(shù)人員的不斷改革和創(chuàng)新，填料塔裝置的高效性、實(shí)用性會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和高效填料相匹配的塔內(nèi)構(gòu)件組成的復(fù)合型塔板裝置是填料塔發(fā)展的重要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐世民，張艷華，任艷軍.塔填料及液體分布器[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2010，12（06）：101-116.

[2]張劍慈，董誼仁.填料塔孔口型液體分布器液體穿孔流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)工程，2010，13（07）：101-116.

[3]徐震宇，廖麗華，李紅文.填料塔液體分布器研究[J].化學(xué)工程，2010，16（06）：101-115.

[4]何龍.填料塔液體分布器對(duì)塔內(nèi)汽液兩相流動(dòng)分布影響的研究[D].天津大學(xué)，2011（12）：145-153.