【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 （ 5） 金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩鞍填料（國(guó)外稱為 Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)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(diǎn)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。 2．規(guī)整填料 規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。 （ 1） 格柵填料 (Space grid filler)是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為如圖片 312（ a）所示的木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以圖片 312（ b）所示的格里 奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。 （ 2） 波紋填料 (Ripples filler)目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有 30176。 和 45176。 兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò) 90176。 排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效 率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。 （ d）所示，金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm 左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 10 紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。 （ 3） 金屬壓延孔板波紋填料 (The metals presses to postpone the bore plank ripples filler)是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為 ～ 小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有 12 150、 250、 350、500、 700 等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸 、清理困難，造價(jià)高。 （ 4）脈沖填料 (Pulse filler)是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料，如圖片 312（ e）所示。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“ 脈沖 ” 傳質(zhì)過程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。工業(yè)上 常用規(guī)整填料的特性參數(shù)可參閱有關(guān)手冊(cè) ]2[ 。 由于該過程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用38ND 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為 ]2[ ： 比表面積 a = 孔隙率 ? = 形狀修正系數(shù) ? = 填料因子 F? =170m1? A= 臨界張力 33C?? cmdyn/ 吸收劑再生方 法的選擇 依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。 A. 減壓再生（閃蒸） 吸收劑的減壓再生是最簡(jiǎn)單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn)入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進(jìn)行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進(jìn)行，則過程可能不夠經(jīng)濟(jì) B. 加熱再生 加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進(jìn) 入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 11 用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。 操作參數(shù)的選擇 操作溫度的確定 對(duì)于物理吸收而言 ,降低操作溫度 ,對(duì)吸收有利 .但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動(dòng)力而一般是不可取的 ,所以一般情況下 ,取常溫吸收較為有利 .對(duì)于特殊條件的吸 收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作 . 對(duì)于化學(xué)吸收 ,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定 ,既要考慮溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響 ,也要考慮對(duì)化學(xué)平衡的影響 ,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度 . 對(duì)于再生操作 ,較高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度 ,因而有利于吸收劑的再生 . 而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由吸收過程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，操作溫度定為 20℃。 操作壓力的確定 操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種： 對(duì)于 物理吸收 ,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動(dòng)力而提高過程的傳質(zhì)速率 ,另一方面 ,也可以減小氣體的體積流率 ,減小吸收塔徑 .所以操作十分有利 .但工程上 ,專門為吸收操作而為氣體加壓 ,從過程的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的 ,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進(jìn)行吸收操作的情況下 ,一般是以前道工序的壓力作為吸收單元的操作壓力 . 對(duì)于化學(xué)吸收 ,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制 ,則提高操作壓力有利 ,若為化學(xué)反應(yīng)過程控制 ,則操作壓力對(duì)過程的影響不大 ,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操作壓力 ,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積 流率 ,對(duì)減小塔徑仍然是有利的 . 對(duì)于減壓再生 (閃蒸 )操作 ,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定 ,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力 ,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果 . 本設(shè)計(jì)中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓 。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 12 第三章 吸收塔工藝條件的計(jì)算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水 的物性數(shù)據(jù) 20℃時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下 ]3[ ： 密度ρ L=(kg/m3) 粘度μ L=()=() 表面張力δ L=(dyn/cm)=941803(kg/h2) SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù) DL= 105(㎝ 2/s)= 106(m2/h) 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 Mvm = + 29= 混 合氣體的平均密度為 （ kg/m3） 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)的 20 C176。空氣的粘度為 ? ?hmkgsPa //0 6 )( 5G ???? ?? (m h) 2SO 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 ? ?hmscmD /)/( 224G ??? ? m2/s)= (m2/h) 氣液兩相平衡時(shí)的數(shù)據(jù) 常壓下 20℃ 2SO 在水中的亨利系數(shù)為 ]2[ aKPE ?? 相平衡常數(shù)為 3 ???? pEm 溶解度系數(shù)為 ? ?33 /01 8 mk pak m olEMHsL ?????? ? 物料衡算 因?yàn)楣?GB（ Y1Y2） =Ls(X1X2)無(wú)論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡算利用此? ? )/(2 5 7 33 1 0 1 3G mkg??? ???吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 13 式 ]4[ 。（以下計(jì)算過程分別以 G和 L表示 GB 和 Ls） 進(jìn)塔氣相摩爾比為 05 111 ????? yyY 出塔氣相摩爾比為 0 0 2 6 )(0 5 2 )1(12 ?????? AYY ? 進(jìn)塔惰性氣相流量為 2 5 0 0 2 7 3 ( 1 0 . 0 5 ) 9 8 . 7 9 ( / )2 2 . 4 2 7 3 2 0G k m o l h? ? ? ?? 該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即 2121m in / XmYYYGL ????????? 對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 02?X ?????????? GL 取操作液氣比 )( m in ????? GLGL 93 L= = (kmol/h) )()( 2121 XXLYYG ??? )()( 211 ?????? L YYGX + X2=()/ +0 = 填料塔的工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 ]4[ 。 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 14 LW = =氣相質(zhì)量流量為 GW =2500 =3195kg/h Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 9 9 )9 9 8 . 21 . 2 7 8(3 1 9 58 8 8 8 5 . 0 9)( LG ?????GLWW 查 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖得（附錄四）， 2 0 .2 0 .0 2 1GFFLLu g ?? ??? ?? 式中： Fu ：泛點(diǎn)氣速 m/s g：重力加速度 G? ， L? ：氣相，液相密度 kg/m3 L? ：液體粘度 mPa s 1F ?m：試驗(yàn)填料因子，? ；水密度與液體密度之比:? （此處為 1） 本次設(shè)計(jì)選用的是塑料階梯環(huán)類型填料。 查表 511，其填料因子 1170 ?? mF? 泛點(diǎn)氣速： smguLGFLF /9 4 5 0 7 7 0 9 2 2 ???? ???? ???? ? 對(duì)于散裝填料，泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 ~ Fuu ? ，泛點(diǎn)率的選擇，對(duì)于加壓操作，選擇較高的泛點(diǎn)率，減壓操作選擇較低的泛點(diǎn)率，此處取 ???? Fuu sm/ muGD S 3 6 00/2 5 0044 ????? ? ∴圓整塔徑 D取 mm1200 。 泛點(diǎn)率校核和填料規(guī)格 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 15 泛點(diǎn)率校核 smu / 3600/2500 2 ??????? ?? %% ???Fuu (在允許范圍內(nèi) ) 填料規(guī)格校核 階梯環(huán)的徑比要求： dD 8 有 ???dD 即符合要求 ]4[ 液體噴淋密度校核 取最小潤(rùn)濕速率為： ? ? ? ?hmmL w ?? / 3m in 查《化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）》附錄五得 32 /.5132 mma ? ? ? ? ?hmmaLU w ????? 23m i nm i n /. 3 m i n2 . 27 8 9 8/ 8 8 8 5 UU ???? 故滿足最小噴淋密度的要求 . 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D=1200mm 合理 填料層高度計(jì)算 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 0 3 5 0 0 1 * 11 ???? mXY 0* 22 ?? mXY 解吸因數(shù)為 ???? LmGS 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 16 ]7 0 1 0 2 6 00 5 2 )7 0 1 n [ (7 0 1 1]**)1l n [ (1 1 22 21 ?????????????? SYY YYSSN OG 傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算 ]4[ })()()()(