【正文】 kPa) ； kL—— 液膜吸收系數(shù)， m/s； KG—— 氣相總吸收系數(shù)， kmol/(m2 氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣 液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視?；?45176。直管安裝在填料層頂部以上約 300 ㎜。 布液點(diǎn)數(shù)為 n=100= 點(diǎn) ≈154 點(diǎn) 液體保持管高度。 液體分布器計(jì)算 液體分布器 液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)的布液布液均勻性，各布液點(diǎn)上的液相組成的均勻性決定設(shè)計(jì)液體分布器主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺 寸。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo) ω LωV (ρ VρL )1/2值，再根據(jù)操作空塔系數(shù) u 及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo) uF2φ ψg （ρ Vρ L )μ L，通過(guò)作圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)焦點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。 s s； ρ V— 氣體的密度 ,kg/m3； g— 重力加速度 ,。 h) 最小噴淋密度的校核： 求得液體噴淋密度為： U= = =〉 Umin 所 以液體噴淋密度符合要求，即填料塔直徑 D=1400mm 合理。 h)； 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 20 Lh— 液體噴淋量， m3/h； D— 填料塔直徑， m。 通用 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 如下 ： 圖一 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 （ 引自《化工原理》） 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 18 圖中 u0——空塔氣速， m/s； φ——濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子， 1/m； ψ ——水的密度和液體的密度之比； g——重力加速度 ， m/s2 ρ G、ρ L——分別為氣體和液體的密度 ， kg/m3。常壓下 25oC時(shí)， SO2在水中的亨利系數(shù)為： E= 103kpa 相平衡常數(shù)為 : m=E/P=( 103)/≈ 溶解度系數(shù)為： H=ρ L/EMS=( 103 )≈ (kpa 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。 必須易得，貨源充足，價(jià)格適中，質(zhì)量穩(wěn)定。 兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。 國(guó)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(gè)數(shù) n/ m 堆積重量kg/ m 干填料因子 m 15*15* 350 248000 660 460 25*25* 220 55000 640 290 35*35* 150 19000 570 190 50*50* 110 7000 430 130 76*76* 68 1870 400 80 國(guó)內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù) 型號(hào) 規(guī)格 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m 干填料因子 m Dg16 16*16* 239 192500 346 299 Dg26 25*25* 219 49000 269 Dg38 38*38* 176 13400 312 253 Dg50 50*50* 134 6800 311 131 Dg76 76*76* 96 1980 216 72 國(guó)內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù) 國(guó)內(nèi) 金屬環(huán)矩鞍填料 特性數(shù)據(jù) 規(guī)格 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m 干填料因子 m 25** 254 97160 273 38*19* 31890 50*28*1 11600 填料尺寸 mm 比表面積 m/m 空隙率 m/m 個(gè)數(shù) n/ m 堆積重量 kg/ m Dg25*20* 185 101160 119 Dg38*30* 112 36600 365 Dg50*40*1 10400 291 Dg76*60* 3320 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 13 規(guī)整填料 規(guī)整填 料是按一定的幾何構(gòu)形排列，整齊堆砌的填料。 階梯環(huán) （ 3） 階梯環(huán)填料是對(duì)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(gè)錐形翻邊。 散裝填料 散裝填料是一個(gè)個(gè)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。 沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如 3A0、 4A0、 5A0、 10A0細(xì)孔。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。 1 D+ m。 ［ 8］ 工業(yè)上常用的吸收劑 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(duì)某種組分選擇性吸 收 而研制的吸 收 材料。因此，吸收劑性能的優(yōu)劣往往是決定吸收效果的關(guān)鍵。 (3) 低濃度吸收與高濃度吸收 在吸收過(guò)程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過(guò) ），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。 ○ 6 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造和檢修。其特點(diǎn) : 一是開(kāi)孔大 , 考慮為使入口煙氣在塔內(nèi)分布均勻 , 矩形入口管寬 /高比較大 , 入口開(kāi)孔之寬達(dá)塔徑的 80% 以上 , 加上開(kāi)孔的上部有噴漿管及除霧器等較重部件沿軸向壓下 , 故該設(shè)備的大開(kāi)孔加強(qiáng)計(jì)算較復(fù)雜。如煙道氣中的 CO2 和 SO2 的脫除，既達(dá)到了回收其中有用組分的目的，又解決了 SO2 等有害氣 體對(duì)空氣的污染問(wèn)題。 ○ 1 原料氣的凈化。國(guó)外一些大公司，如 德國(guó) 的 Linde公司， 美國(guó) 的 APCI 公司 (空氣制品與化學(xué)品公司 )、 英國(guó) 的 BOC 公司 (氧氣 公司 )和法國(guó)的空氣液化公司等，均已開(kāi)始把填料塔應(yīng)用于空分方面的研究， 瑞士Sulzer 公司作為填料生產(chǎn)廠商與上述公司積極合作，已取得可喜成績(jī)。在煉油、石油化工、精細(xì)化工、化肥、制藥和 原子能 工業(yè)部門(mén)，以及環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用已趨于成熟。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。其中 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(diǎn)。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。為了強(qiáng)化生產(chǎn)，提高氣流速度，使在乳化狀態(tài)下操作時(shí)，稱乳化填料塔或乳化塔(emulsifyingtower)。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(guò)床層的阻力，也使液體向下流動(dòng)時(shí)的徑向擴(kuò)散系數(shù)減小。 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁 收 近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。填料塔尤其適用于真空蒸餾、常壓及中壓下的蒸餾，當(dāng)然還有大氣量的兩相接觸過(guò)程 (如氣體的吸收、冷卻等 )，但在高壓精餾塔中應(yīng)用時(shí)要特別謹(jǐn)慎。 ［ 2］ 吸收 操作原理 氣體吸收是典型的化工單元操作過(guò)程?；どa(chǎn)中，常遇到混合氣體中含有對(duì)后工序有害的氣體，應(yīng) 設(shè)法將其出去，已達(dá)到凈化氣體的目的。所以，吸收操作在環(huán)境保護(hù)中是常用的 方法之一。二是塔體及各零部件所用材料要求既耐腐蝕 , 有些還要求耐漿液的沖刷及磨蝕。 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 6 第 二 章 用清水吸收爐氣中的二氧化硫 任務(wù)及操作條件 1. 操作方式：連續(xù)操作； 2. 生產(chǎn)能力：處理氣量： 2604 3/mh； 3. 操作溫度： 25℃； 4. 操作壓力：常壓 ； 5. 進(jìn)塔混合氣含量；二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為 ％；溫度 25℃；其余為空氣； 6. 進(jìn)塔吸收劑：清水 ； 7. 二氧化硫回收率： 95％； 吸收工藝流程的確定 采用常規(guī)逆流操作流程．流程如下。對(duì)于低濃度吸收過(guò)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(duì)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)。選擇吸收劑應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。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(wèn)題。 A X。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。有 4A0 孔徑的 4A0 沸石可吸 收 甲烷、乙烷，而不吸 收 三個(gè)碳以上的正烷烴。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。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(guò)填 料層的阻力。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為 格柵 填料、波紋填料、脈沖填料等。各盤(pán)填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤(pán)填料間交錯(cuò) 90176。 ［ 10］ 五、 填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積 。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。 m3) 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 16 物料衡算 全塔物料衡算圖 2－ 12 所示是一個(gè)定態(tài)操作逆流接觸的吸收塔，圖中各符號(hào)的意義如下 : V－惰性氣體的流量， kmol/h。 WG、 WL——分別為氣體和液體的質(zhì)量流量 ， kg/s。 為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以 Umin表示。 傳質(zhì)單元高度計(jì)算 干填料比表面積為? t，實(shí)際操作中潤(rùn)濕的填料比表面積為? w，由于只有在潤(rùn)濕的填料表面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故? w 具有實(shí)際意義。 氣體質(zhì)量通量為： UV=2604 =［ kg/（ m2 kPa）； P— 所選用的壓強(qiáng)， kPa； Ω — 塔截面積， m。 式中： u— 空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度， m/s； WV， WL— 氣液相質(zhì)量流量， kg/h； ρ L— 液體密度， kg/m3； ρ v— 氣體密度， kg/m3； μ L— 液體黏度， mp 為使液體分布器具有較好的分布性能，必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量要求決定。取布液孔直徑為 5mm，則液位保持管中的液位高度可由式得出 :h=( 4Vs π d2nk )2/2g=〔4 3600 ( 154 )〕 2/（ 2 ） = 式中： Vs— 液體流量， m3/s； d— 布液孔直徑， m； n— 開(kāi)孔數(shù)目： k— 孔流系數(shù)，通常取 ～ 065； h— 液體高度， m； g— 重力加速度， m/s。 此形分布器用于塔徑 600～ 800 ㎜，對(duì)液體的均布要求不高的場(chǎng)合。等，取決于液流達(dá)到填料表面時(shí)的均布狀況。 當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動(dòng)或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板。最簡(jiǎn)單的裝工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 30 置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。ss對(duì) 以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。、 30176。或 45176。 ［ 13］ 分布點(diǎn)密度計(jì)算 按 Eckert 建議值， D≥1200 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為 42 點(diǎn) /m2，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為 100 點(diǎn) /m2。 填料塔壓降為：△ P=147 3=441Pa 其他塔內(nèi)件的壓力降很小可以忽略，所以填料層壓降為 441Pa。 ［ 15］ 散裝填料的壓降可采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。 kpa）］ kL,? =［ 1+ ()］ =(L/h) 因?yàn)?1 kG? = 1k1G? + 1Hk1L? 所以 kG? = 因?yàn)椋?HoG= VkY? Ω = VkG? PΩ 式中： HOG— 氣相傳質(zhì)單元高度， m； 工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔工藝設(shè)計(jì) 23 kG— 氣膜傳質(zhì)系數(shù)， kmol/（ m2 s)； μ V— 氣體的粘度 ,Pa h) 本次設(shè)計(jì)選用 38ND 瓷矩鞍填料，其 ? t=138m2/m3，代入數(shù)值，得最小噴淋密度為： Umin=(Lw)min? t= 138=(m2 常用散裝填料的泛點(diǎn)填料因子 填料尺寸 /mm 填料名稱 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 瓷拉西環(huán) 1300 832 600 410 瓷 矩 鞍 1100 550 200