VOCs废气喷淋——填料塔技术系统介绍

填料塔作为一种典型的气液传质设备，在化工、石油、环保VOCs治理等多个领域得到广泛应用，尤其在吸收、解吸、蒸馏和萃取等工艺过程中。通过在塔内填充特定填料，该设备能够显著增加气液两相的接触面积，进而提升传质效率。填料作为填料塔的核心组成部分，提供了气液两相接触的界面，其与塔体结构共同决定了塔的性能。除了作为气液传质主要部件的填料外，填料塔的辅助设备主要包括液体喷淋装置、除沫装置、液体再分布器以及填料支承装置等。

液体收集及再分布器在填料层较高需要多段设置时或存在侧线进料和出料的情况下，需在各段填料层之间设置液体收集及再分布装置，以收集上段填料流下的液体并充分混合，确保进入下段填料层的液体浓度均匀，并重新分布于下段填料层上。为使流向塔壁的液体能够重新流回塔中心部位，通常在液体流过一定高度的填料层后设置液体再分布器。通常将整个填料层划分为若干段，并在段与段之间设置液体再分布器。液体收集再分布器大致可分为两类：一类是液体收集器与液体再分布器各自独立，分别承担液体收集和再分布任务，这种结构允许各种液体分布器与液体收集器组合成液体收集再分布装置；另一类是集液体收集和再分布功能于一体的液体收集再分布器。后者结构紧凑，安装空间高度低，常用于塔内空间高度受限的场合。

1、百叶窗式液体收集器

百叶窗式液体收集器主要由收集器筒体、集液板和集液槽组成。集液板由一组倾斜放置、下端带导液槽的挡板组成，其功能在于收集液体，并通过导液槽将液体汇集于集液槽中。集液槽位于导液槽下方，可以是横槽或沿塔周边设置的环形槽，液体在集液槽中混合后，沿集液槽的中心管进入液体再分布器，进行液相的充分混合和再分布。

2、多孔盘式液体再分布器

多孔盘式液体再分布器是集液体收集和再分布功能于一体的液体收集和再分布装置。这种再分布器具有结构简单、紧凑、安装空间高度低等优点，是常用的液体再分布装置之一。其结构与盘式液体分布器类似，设计方法基本相同。其升气管常制成矩形，并在升气管上方设遮挡板，以防止液体落入升气管。设计遮挡板时应注意遮挡板与升气管出口间的气体流通面积大于升气管的横截面积。这种分布器通常采用多点进料进行液体的预分布，以使盘上液面高度保持均匀， 改善液体的分布性能。

3、多孔盘式液体再分布器

多孔盘式液体再分布器是集液体收集和再分布功能于一体的液体收集和再分布装置。该再分布器具有结构简单、紧凑、安装空间高度低等优点，是常用的液体再分布装置之一。其结构与盘式液体分布器类似，设计方法基本相同。其升气管常制成矩形，并在升气管上方设遮挡板，以防止液体落入升气管。设计遮挡板时应注意遮挡板与升气管出口间的气体流通面积大于升气管的横截面积。这种分布器通常采用多点进料进行液体的预分布，以使盘上液面高度保持均匀，改善液体的分布性能。截锥式液体再分布器

在工业应用中，锥形分布器使用最为广泛。截锥式液体再分布器是一种结构简单的液体再分布器，多用于小塔径(D<0.6m)的填料塔，以克服壁流作用对传质效率的影响。该种分布器的锥体与塔壁的夹角一般为35度至45度。截锥口直径为塔径的70%至80%。图(a)所示为一分配锥。锥壳下端直径为塔径的0.7至0.8倍，上端直径与塔体内径相同，并可直接焊在塔壁上。分配锥结构简单，但安装后减少了气体流通面积，扰乱了气体流动，且在分配锥与塔壁连接处形成了死角，妨碍填料的装填。分配锥只能用于直径小于1m的塔内。图(b)为一槽形分配锥。其结构特点是将分配锥倒装以收集壁流，并将液体通过设在锥壳上的3至4根管子引入塔的中央。槽形分配锥有较大的自由截面，可用于较大直径的塔。图(c)为一带通孔的分配锥。它是在分配锥的基础上，开设4个管孔以增大气体通过的自由截面，使气体通过分配锥时，不致因速度过大而影响操作。为解决分配锥自由截面过小的问题，可将分配锥做成玫瑰状，称为改进分配锥，其结构如下图所示。它具有自由截面积大，液体处理能力大，不易堵塞，不影响塔的操作和填料的装填，可装入填料层内等优点。

液体喷淋装置

填料塔在操作时，保证在任一截面上气、液的分布均匀十分重要，它直接影响到塔内填料表面的有效利用率，进而影响传质效率。为使液流分布均匀，液体在塔顶的初始分布须均匀。经验表明，对塔径为0.75m 以上的塔，每平方米塔横截面上应有40~50个喷淋点；对塔径在0.75m 以下的塔，喷淋点密度至少应为每平方米塔截面上160个。为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均布程度的要求，液体喷淋装置有多种结构形式，按操作原理可分为喷洒形、溢流形、冲击形等，按结构又可分为管式、排管式、喷头式、盘式、槽式等形式。
1、环管多孔喷淋器

在环管的下部开有3~5排孔径为4~5mm 的小孔，开孔总面积与管子截面积大约相等。环管多孔喷淋器结构较简单，喷淋均匀度比直管好，适用于直径小于1200mm的塔设备。如下图（a）所示：2、排管式喷淋器

排管式喷淋器由液体进口主管和多列排管组成。主管将进口液体分流给各列排管。每根排管上开有1~3排布液孔，孔径为43~6mm。排管式喷淋器一般采用可拆连接，以便通过人孔进行安装和拆卸。安装位置至少要高于填料表面层150~200mm。当液体负荷小于25m3/(m2·h)时，排管式喷淋器可提供更好的液体分布。 其缺点是当液体负荷过大时，液体高速喷出，易形成雾沫夹带，影响分布效果，且操作弹性不大。如上图（b）、（c）所示：

3、喷头式喷淋器

喷头式喷淋器又叫莲蓬头，是应用较多的液体分布装置。莲蓬头一般由球面构成。莲蓬头直径d为塔径D的1/5~1/3,开孔总数由计算确定。莲蓬头距填料表面高度约为塔径的(0.5~1)倍。莲蓬头喷淋器结构简单，安装方便，但容易堵塞，一般适用于直径小于600mm的塔设备。这种装置要求液体洁净，以免发生小孔堵塞，影响布液的均匀性。多孔式喷淋器结构简单，安装、拆卸简便，但喷淋面积小，而且不均匀，只能用于塔径较小，且对喷淋均匀性要求不高的场合。

4、槽式喷淋器

槽式喷淋器属于溢流型分布器，其结构如上图(d)、(e)所示。操作时，液体由上部进液管进人分配槽，漫过分配槽顶部缺口流人喷淋槽，喷淋槽内的液体经槽的底部孔道和侧部的堰口分布在填料上。分配槽通过螺钉支承在喷淋槽上，喷淋槽用卡子固定在塔体的支持圈上。槽式喷淋器的液体不易堵塞，分布均匀，处理量大，操作弹性好，抗污染能力强，适应的塔径范围广，是应用比较广泛的液体分布装置。但因液体是由分配槽的V形缺口流出， 故对安装的水平度有一定要求。

5、挡板式喷淋器

挡板式喷淋器是将管内流出的液体经挡板反溅洒开的液体喷淋装置，其结构简单，不会堵塞，但布液不够均匀。如上图(f)所示。

6、溢流型盘式喷淋器

溢流型盘式喷淋器与多孔式液体喷淋器不同，进入布液器的液体超过堰的高度时，依靠液体的自重通过堰口流出，并沿着溢流管壁呈膜状流下，淋洒至填料层上。溢流型布液装置目前广泛应用于大型填料塔。它的优点是操作弹性大，不易堵塞，操作可靠且便于分块安装。下图所示：    操作时，液体从中央进液管加到分布盘内，然后从分布盘上的降液管溢出，淋洒到填料上。气体则从分布盘与塔壁的间隙和各升气溢流管上升。升气管有圆形和矩形两种，如上图所示。降液管一般按正三角形排列。为了避免堵塞，降液管直径不小于15mm，管子中心距为管径的2~3倍。分布盘的周边一般焊有三个耳座，通过耳座上的螺钉，将分布盘支承在支座上。拧动螺钉，还可调整分布盘的水平度，以便液体均匀地淋洒到填料层上。

7、冲击型喷淋器

冲击型喷淋器如上图所示。反射板式喷淋器属于冲击型布液装置，它由中心管和反射板组成，见下图(a)。操作时液体沿中心管流下，靠液体冲击反射板的反射分散作用而分布液体。反射板可做成平板、凸板和锥形板等形状，为了使填料层中央部分有液体喷淋，在反射板中央钻有小孔。当液体喷淋均匀性要求较高时，还可由多块反射板组成宝塔式喷淋器，如下图(b)所示。冲击型喷淋器喷洒范围大，液体流量大、结构简单、不易堵塞。但应当在稳定的压头下工作，否则影响喷淋范围和效果。

填料支承压紧装置

（1）填料支承装置

 填料的支承装置结构对填料塔的操作性能影响很大。若设计不当，将导致填料塔无法正常工作。对填料支承装置的基本要求为：有足够的强度和刚度以支承填料及其所持液体的重量（持液量）；有足够的开孔率（一般要大于填料的孔隙率），使气、液两相通过时阻力较小，以防首先在支承处发生液泛；装置结构应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；制造、安装、拆卸要方便。常用的填料支承装置有栅格板、格栅板、波形板等。

① 栅格板  栅格板通常由若干扁钢组焊成形（见图1），栅板间距一般为散堆填料环外径的 0.6～0.8 倍。为提高栅格的自由截面率，也可采用较大间距，并在其上预先散布较大尺寸的填料，而后再放置小尺寸填料。栅格形支承装置多分块制作，每块宽度约为 300~400mm，可以通过人孔进行装卸。栅板支承结构简单，强度较高，特别适合规整填料的支承，是填料塔应用较多的支承结构。但栅板自由截面积较小，气速较大时易引起液泛，且塔内组装时，各块之间常有卡嵌现象。图1  栅格板支承装置

②格栅板  格栅板由格条、栅条以及边圈组成，如图2所示。当塔径小于800mm时，可采用整块式格栅板；当塔径大于800mm时，应采用分块式格栅板。栅板条间距一般为100~200mm，塔径小时取小值。格板条间距一般为300~400m，塔径小时取小值。分块式格栅板每块宽度不大于400mm。格栅板通常由碳钢制成。当介质腐蚀性较大时，可采用不锈钢制造。格栅板适用于规整填料的支承。图2  格栅板支承装置

② 波形板支承装置  波形板由开孔金属平板冲压为波形而成。其结构见图3。在每个波形梁的侧面和底部上开有许多小孔，上升的气体从侧面小孔喷出，下降的液体从底部小孔流下，故气液在波形板上为分道逆流。既减少了流体阻力，又使气、液分布均匀。开孔波形板的特点是：支承板上开孔的自由截面率大，需要时，可达100%；支承板气液分道逆流，允许较高的气、液负荷；气体通过支承板时所产生的压降小；支承板做成波形，提高了刚度和强度。波形板支承装置适合于散堆填料的支承，一般用于直径在1.5m以上的大塔，采用分块制作，每块的宽度约为290mm，高度约为300mm，各块间留有10mm的间隙，使液相流动。此种支承装置，气液两相分布效果好，是一种性能优良的填料支承装置。图3  波形板支承装置

（2）填料限定装置 为

保证填料塔在工作状态下填料床层能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料流失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定装置可分为两类：一类是放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；另一类是将填料限定装置固定于塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其初始堆积状态而造成的流体分布不均匀现象填料压板主要有两种形式：一种是栅条形压板，见图4（a）；另一种是丝网压板，见图4（b）。栅条形压板的栅条间距为填料直径的0.6~0.8倍。丝网压板是用金属丝编织的大孔金属网焊接于金属支承圈上，网孔的大小应以填料不能通过为限。填料压板的重量要适当，过重可能会压碎填料，过轻，则难以起到作用，一般需按每平方米1100N设计，必要时需加装压铁以满足重量要求。图4  填料限定装置

除沫器

除沫器是用来捕集夹带在气相中液滴的装置，装在塔内顶部，它能起到保证传质效率，降低物料损失，改善塔后压缩机或真空泵的操作状况以及减少对环境污染的作用。常见的除沫器有折板除沫器、填料除沫器及丝网除沫器，其中丝网除沫器采用最多，它适用于分离5微米的液滴，其除沫率可达99%。丝网由一定规格编织成的丝网带卷制成盘状物，再用支承板加以固定，丝网带可用金属或非金属材料制成，丝网支承栅板的自由截面积应大于90%。适用于洁净气体。若在气液中含有粘结物时，则易堵塞网孔，影响塔的正常操作。图5是一种小型除沫器，该结构适用于除沫器直径与塔径相近的情况。若塔体直径大于1000mm以上时，将采取分块结构型式，便于丝网的安装与检修。