【正文】 第三章 設(shè)計方案的選定一、布置工藝流程 氣體吸收的分類 氣體吸收過程通常按以下方法分類。 (1) 單組分吸收與多組分吸收　　吸收過程按被吸收組分?jǐn)?shù)目的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進(jìn)入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進(jìn)入液相的氣體溶質(zhì)不止一個，這樣的吸收稱為多組分吸收。 (2) 物理吸收與化學(xué)吸收 在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可以把吸收過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質(zhì)與溶劑(或其中的活潑組分)發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。 (3) 低濃度吸收與高濃度吸收 在吸收過程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相對于氣、液相流率也較小，因此流經(jīng)吸收塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。 (4) 等溫吸收與非等溫吸收 　氣體溶質(zhì)溶解于液體時，常由于溶解熱或化學(xué)反應(yīng)熱，而產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應(yīng)很小，或雖然熱效應(yīng)較大，但吸收設(shè)備的散熱效果很好，能及時移出吸收過程所產(chǎn)生的熱量，此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收。［7］工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程以低濃度吸收為主。塔內(nèi)氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。二、吸收劑的選擇 吸收是氣體溶質(zhì)在吸收劑中溶解的過程。因此，吸收劑性能的優(yōu)劣往往是決定吸收效果的關(guān)鍵。選擇吸收劑應(yīng)注意以下幾點。 (1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。 (2) 選擇性 吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。 (3) 揮發(fā)度 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小，以減少吸收劑的損失量。 (4) 粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。 (5) 其它 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。［8］ 工業(yè)上常用的吸收劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸收而研制的吸收材料。氣體吸收分離成功與否，極大程度上依賴于吸收劑的性能，因此選擇吸收劑是確定吸收操作的首要問題。6 n: z: C39。 N7 Samp。 V2 ?* b常用吸收劑的性能簡介如下+ B* B* j+ ~amp。 M. damp。 m, D U3 l W. v) I, w% {4 Z　　是一種堅硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，為一種親水性的極性吸收劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下，吸收量可達(dá)吸收劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸收量大大低于細(xì)孔硅膠。1 D+ m。 A X。 Z9 h% p　　活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3,而是部分水合無定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對水有較強(qiáng)的親和力，是一種對微量水深度干燥用的吸收劑。在一定操作條件下，它的干燥深度可達(dá)露點７０℃以下。+ p6 D4 z1 . t0 l) D4 o/ R) Zamp。 r2 J　　是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的?；罨椒煞譃閮纱箢悾此巹┗罨ê蜌怏w活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在700~1200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化。活性炭含有很多毛細(xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸收能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸收等各個方面。Y4 z y1 Y9 z% f {3 L4 n! G9 ^/ p9 M X。 g: `. `　　又稱合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為：/ D。 D9 mc3 N7 \2 Samp。 I　　[M2(Ⅰ)M(Ⅱ)] `! pm% z5 t7 h u( ? X　　式中M2(Ⅰ)和M(Ⅱ)分別為為一價和二價金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅主要來自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來自于鋁酸鈉和Al(HO)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2~10,m=0~9。　　沸石的特點是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸收甲烷、乙烷，而不吸收三個碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸收分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。5 z$ n m: |8 i! ~ [4 I O k, e+ v6 D6 c0 pamp。 Vamp。 ?。 @0 [* X/ q X。 B( J5 c6 B ,使液態(tài)微量化合物添加劑變?yōu)楣虘B(tài)化合物,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定.. e m8 `( X( B39。 m A7 m　　吸收劑一般也分為有機(jī)物和無機(jī)物兩類,有機(jī)物類如小麥胚粉,脫脂的玉米胚粉,玉米芯碎片,粗麩皮,蛭石,硅酸鈣等. % X% _ |) ]1 i0 } E2 X: g } g9 P　　最具代表性的吸收劑是活性炭，吸收性能相當(dāng)好，但是成本比較高，曾應(yīng)用在松花江事件中用來吸收水體中的甲苯。其次還有分子篩、硅膠、活性鋁、聚合物吸收劑和生物吸收劑等等。［9］三、填料的選擇填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要元素，因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。填料有以下幾種：根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。散裝填料散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料:拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍填料 、矩鞍填料、 金屬環(huán)矩鞍 、填料球形填料拉西環(huán)（1）拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。鮑爾環(huán)（2）鮑爾環(huán)填料是對拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。 階梯環(huán)（3） 階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。 金屬環(huán)矩鞍填料（4） 金屬環(huán)矩鞍填料 環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設(shè)計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。瓷矩鞍填料（5）陶瓷矩鞍環(huán)屬于采用連續(xù)擠出的工藝進(jìn)行加工，具有通量大、壓降低、效率高等優(yōu)點。矩鞍環(huán)填料床層具有較大的空隙率，床層內(nèi)多為圓弧形液體通道，減少了氣體通過床層的阻力，也使液體向下流動時的徑向擴(kuò)散系數(shù)減小。國內(nèi)拉西環(huán)特性數(shù)據(jù)mm比表面積m/m空隙率m/m個數(shù)n/ m堆積重量kg/ m干填料因子m15*15*35024800066046025*25*2205500064029035*35*1501900057019050*50*110700043013076*76*68187040080國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)型號規(guī)格mm比表面積m/m空隙率m/m個數(shù)n/ m堆積重量kg/ m干填料因子mDg1616*16*239192500346299Dg2625*25*21949000269Dg3838*38*17613400312253Dg5050*50*1346800311131Dg7676*76*96198021672規(guī)格mm比表面積m/m空隙率m/m個數(shù)n/ m堆積重量kg/ m干填料因子