/jpk/hgyl/wlkc/10/fenbu . gif
典型填料塔的結構如圖所示。主要部件有塔體、填料和支架、流體分布器和再分布器、除霧器等。操作時，液體從塔的上部進入，通過液體分布氣體均勻地噴灑在塔的橫截面上，並以薄膜的形式在填料表面上流下；氣體從塔的下部進入，通過填料層的間隙從塔頂排出。液膜表面的氣液兩相傳質。
2.填料特性的評估
填料不僅提供氣液接觸面，而且促進氣液分散，液膜不斷更新。填料的性能可以從以下三個方面進行評價。
(1)比表面積A:填料應提供盡可能多的表面積，填料的這壹特性用單位填充體積內填料的表面積來表示，稱為比表面積A，單位為m2/m3。
⑵空隙率ε:填料單位體積的空隙體積，稱為空隙率。氣體在填料之間的間隙中流動。為了降低氣體的流動阻力並提高填料塔的容許氣體速度，填料層應具有盡可能大的孔隙率。
⑶填料的幾何形狀:兩種比表面積和空隙率相近但形狀不同的填料在流體力學和傳質性能上可能存在顯著差異，但目前還沒有填料幾何形狀的定量表達。
3.幾種常見的填料
常用的填料有散裝填料和結構填料，材料有固體材料和網狀材料。
10.2.2填料層內氣液兩相流
1，液體
理想的流動狀態是自上而下，以膜狀沿填料表面流動，液膜從壹種填料到另壹種填料不斷更新。要求液體在填料表面鋪展成膜，塔內液體分布要均勻，液膜厚度要適宜。
液體在隨機包裝中具有壹定的自分布能力。所以對於小塔來說，可以利用自分配能力，預分配要求低；對於大型塔，很難利用填料的自分布能力實現全塔段的均勻分布，需要對初始分布進行標定；此外，填料層中可能出現通道流或壁流，液體需要重新分配。
塔內液膜的厚度與持液率有關，持液率是單位裝填體積的液體量。噴灑量大，持液量也大，液膜厚度增加；在正常氣速範圍內，氣速的增加對液膜厚度影響不大。
2.氣體
在填料塔內壓力差的驅動下，氣體通過填料間隙自下而上上升，與液膜接觸進行傳質。氣體通過填料層的壓降與氣體速度和液體流速有關。
當液量為零時，幹填料壓降δp隨氣速u的增加而增加。
有液體噴射時，液體量不變，氣速U增大，壓降δp增大。在相同氣速下，壓降δp高於幹填料。當氣速u較小時，氣速u增大，液膜厚度變化不大。當氣速u增加到壹定值時，液膜厚度開始增加，持液率也隨之增加，從而產生液塞現象。此時填料壓降與空塔速度關系曲線的斜率增大，稱為加載點。在加載點之後，當氣速u繼續增大到壹定值時，持液率大大增加，液體積聚出現液泛現象，稱為液泛氣速。
隨著液體體積的增加，液泛點的氣速降低。在相同的氣速下，液體體積大，壓降也大。
3.洪水:
液泛是填料塔的異常操作。發生液泛時，液體不能順利向下流動，氣液傳質不能正常進行。在液泛點之前，氣體為連續相，液體為分散相；液泛點之後，氣體為分散相，液體為連續相。泛點也稱為反轉點。此時壓降δp急劇增大，液體返混氣液滴夾帶嚴重，傳質效果極差。
設計時，操作氣體速度為閃點氣體速度的50% ~ 80%。根據驅替相關圖可以估算出驅替氣體速度。
4.填料塔的操作範圍
當液體量壹定時，如果氣體量較小，傳質過程主要依靠擴散，傳質效果不好；大量的氣體會導致洪水。
氣體量壹定時，如果液體量少，部分填料不會被潤濕，傳質效果不好；如果液體量很大，就會發生液泛。
最大氣體體積或最大液體體積可根據泛點的氣體速度估算；氣體的最小量和液體的最小量必須由經驗決定。
10.2.3填料塔中的傳質
填充床中的傳質速率是壹個極其復雜的問題，至今仍未闡明。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的液滴和氣泡的表面積，有效接觸表面<填料的接觸表面<幹填料的表面。關於填料的潤濕表面，Ntian等人提出了以下經驗關系式:
同時，他們還提出了壹些傳質系數的經驗關聯式:
10.2.4填料塔附屬結構
⑴支撐板:主要支撐塔內填料，保證氣相和液相的順利通過。
⑵液體分布器:對進入塔內的液體進行分布，使液體均勻分布在塔的截面上。
⑶液體再分布器:為了改善由於壁面偏轉效應造成的液體分布不均勻，在填料層中每隔壹段距離設置壹個裝置。
⑷除霧器:用於去除從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
對於許多逆流接觸過程，填料塔和板式塔都可以使用。各種塔型各有優缺點，應根據材料體系綜合考慮選擇。
(1)填料塔的操作範圍小，特別是對液體負荷的變化更敏感。
⑵填料塔不適合處理易聚合或含有固體懸浮物的物料。
(3)當氣液接觸過程中需要冷卻以除去反應或溶液的熱量時，填料塔不合適。另外，當有側卸時，填料塔不如板式塔方便。
(4)填料塔直徑可以很小，但板式塔直徑壹般不小於0.6m
5]板式塔的設計數據更容易獲得，更可靠，安全系數可以更小。
當塔的直徑不是很大時，填料塔的成本是便宜的。
壹是填料塔更適合發泡系統。
對於腐蝕性系統，填料塔更為合適。
(9)對於熱敏性物料，填料塔更好。
⑽填料塔的壓降比板式塔小，更適合於真空操作。