【文章內(nèi)容簡介】 不夠適宜時，可以考慮采用兩步吸收流程。 （二）單塔吸收流程和多塔吸收流程 單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時，則需要采用多塔流程（通 常是雙塔吸收流程） （三）逆流吸收與并流吸收 吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）的顯著優(yōu)點而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。 （四）部分溶劑循環(huán)吸收流程 由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過小時，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過小而難以充分潤濕填料表面時，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善踏的操作條件。 吸收工藝流程圖及工藝過程說 明 吸收塔的設(shè)備選擇 對于吸收過程 ,能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種 ,如何從眾多的塔設(shè)備中選出合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計的首要工作 .而進(jìn)行這一項工作則需對吸收過程進(jìn)行充分的研究后 ,并經(jīng)多方案對比方能得到較滿意的結(jié)果 .一般而言 ,吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求 ,即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量 ,塔板或填料層阻力要小 ,具有良好的傳質(zhì)性能 ,具有合適的操作彈性 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,造價低 ,易于制造 、 安裝 、 操作和維修等 . 但作為吸收過程 ,一般具有操作液起比大的特點 ,因而更適用于填料塔 .此外 ,填料塔阻力小 ,效率高 ,有利于過程節(jié)能 ,所以對于吸收過程來說 ,以采用填料塔居多 .但在液體流率很低難以充分潤濕填料 ,或塔徑過大 ,使用填料塔不經(jīng)濟的情況下 ,以采用板式塔為宜 . 填料的選擇 填料的選擇尤為重要，所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求 ,又要使設(shè)備投資和操作費用較低但各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點，因此在使用上應(yīng) 根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時，應(yīng)該主要考慮如下幾個問題： (1)填料的性 能 （一） 比表面積：單位體積填料所具有的表面積稱為填料的比表面積，常以 a表示，其單位為 32 mm . （二） 空隙率：單位體積填料所具有的空隙體積，稱為填料的空隙率，以 ? 表示，其單位是 33 mm . （三） 填料因子：由以上兩個填料特性組合成的 ?a 形式，成為干填料因子，其單位 m1 。但填料經(jīng)噴淋后表面覆蓋了液層，其值發(fā)生了變化，故把實驗獲 得的有液體噴淋條件下的 ?a 相應(yīng)數(shù)值，成為濕填料因子，簡稱填料因子，以 ? 表示。 （四） 單位體積填料層的填料個數(shù)，以 n表示。 （ 2） 填料的類型與選擇 （一）填料的類型 填料的種類很多，可分為實體填料和網(wǎng)體填料兩大類。實體填料用陶瓷、金屬、塑料制成，主要有拉西環(huán)及其衍生型、鞍型、波紋填料等。網(wǎng)型填料用金屬絲網(wǎng)或多孔金屬片制成，主要有鞍型、壓延孔環(huán)、波紋網(wǎng)填料等。填料也可按裝料方法分為亂堆填料和整砌填料，亂堆填料 指各種顆粒型填料，如拉西環(huán)、鞍型、 ? 網(wǎng)環(huán)等。整砌填料主要是指各種組合填料，如實體波紋板、波紋網(wǎng)、大尺寸的十字環(huán)等。 常見的填料如下： （ a） 拉西環(huán)：拉西環(huán)是最早使用的一種人工填料，為一外徑與高相等的圓環(huán)。其構(gòu)造簡單、制造容易，但由于其存在較嚴(yán)重的塔壁偏流和溝流現(xiàn)象，目前在工業(yè)上應(yīng)用減少。 （ b） 鮑爾環(huán)：鮑爾環(huán)是在 20 世紀(jì) 50 年代初期從拉西環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其結(jié)構(gòu)是在拉西環(huán)的環(huán)壁上開兩排長方形窗孔，被切開的環(huán)壁形成葉片，一邊與壁相連，另一端向環(huán)內(nèi)彎曲，并在中心處與其他的葉片相連。鮑爾環(huán) 的這種結(jié)構(gòu)提高了環(huán)內(nèi)空間和環(huán)內(nèi)表面的有效利用程度，使氣體阻力降低，液體分布有所改善，因而在實際應(yīng)用中受到重視。 （ c） 階梯環(huán)：階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)加以改進(jìn)的產(chǎn)品。環(huán)壁上開有窗口，環(huán)內(nèi)有兩層互相交存的十字型翅片。環(huán)壁部分的高度僅為直徑的一半，其軸向的一端為向外翻卷的喇叭口，高度為全高的 51 ，由于軸向兩端不對稱，在填料層中各環(huán)相互呈點接觸。 （ d） 鞍型填料：鞍型填料是一種敞開式的、沒有內(nèi)表面的填料，包括弧鞍型和矩鞍型兩種?；“靶偷慕Y(jié)構(gòu)簡單，用陶瓷制成，由于其兩面的對稱結(jié)構(gòu)在 填料層中易相互重疊，故使填料表面不能被充分利用，影響了傳質(zhì)效果。矩鞍型在填料層中不相互重疊，因此填料表面利用率好，傳質(zhì)效果比相同尺寸的拉西 環(huán)好。 （ e） 顆粒型網(wǎng)體填料：顆粒型網(wǎng)體填料是由金屬絲網(wǎng)或多孔金屬片制成。因絲網(wǎng)材料很薄，填料可以做得很小，所以其比表面積都很大，而且孔隙率大，液體分布均勻，液膜薄，傳質(zhì)效果好，屬于高效填料。 （ f） 波紋填料：波紋填料是一種整砌結(jié)構(gòu)的新型填料。它有由許多波紋型薄板垂直方向疊在一起，組成盤狀。可有網(wǎng)體和實體兩種結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)緊湊，故具有很大的比表面積。 （二）填料種類的選 擇 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個問題： （ a）傳質(zhì)效率 傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級計算的表示方式，以每個理論級當(dāng)量的填料層高度表示，即 HETP；另一是以傳質(zhì)效率進(jìn)行計算的表示方式，以每個傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，?HTU。 （ b）通量 在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點氣速越高或氣象動能因子越大，則通量越大，塔的處理能力就越大。因此，在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣象動能因子的填料。 （ c）填料層的壓降 填料 層的壓降是填料的主要性能，填料層的壓降越低，動力消耗越低，操作費用越少。選擇低壓降的填料對熱敏性物質(zhì)尤為重要。比較填料的壓降有兩種方法：一是比較填料層單位高度的壓降 ZP? ；另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降 TNP? 。 （ d）填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動時維持穩(wěn)定操作。同時，還因 =應(yīng)具有一定的抗污堵、康熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔 內(nèi)溫度的變化。 此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。 (3) 填料尺寸的選擇 實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。一般來說，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于 50mm 的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm 的填料。 表 2— 2 填料尺寸與塔徑的對應(yīng)關(guān)系 塔徑 /mm 填料尺寸 /mm D≤ 300 300≤ D≤ 900 D≥ 900 20～ 25 25～ 38 50～ 80 (4).填料材質(zhì)的選擇 對于填料材質(zhì)的原則，應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，溫度高的應(yīng)采用材料的耐溫性能好的，溫度低的應(yīng)從考慮節(jié)省能源的角度選擇。 本設(shè)計考慮以上因素，采用了 DN38 聚丙稀所料階梯環(huán)填料， 相關(guān)數(shù)據(jù)如下 公稱直徑DN mm 外徑高厚 d h δ ,mm 比表面積α m2/m3 空隙率 ε % 個數(shù)n m3 堆積密度 ρ p kg/m3 干填料因子φ m1 38 38 19 91 27200 175． 8 依據(jù)所用的吸收劑不同可以采用不同的再生方法，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。 （一）減壓再生（閃蒸） 吸收劑的減壓再生是最簡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，使得溶如吸收劑中的溶質(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，那么解吸操作需在真空條件下進(jìn)行，則過程可能不夠經(jīng)濟。 （二）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解吸溫度，因而，該方法最適用于常溫吸收或在接近于于常溫的吸收操作，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。一般采用水蒸汽作為加熱介質(zhì)，加熱方法可以依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用緝間接蒸汽加熱。 （三）氣提再生 氣提再生是在再生塔的底部通入惰性氣體，使吸收劑表面溶質(zhì)的分壓降低，使吸收劑得以再生。常用氣提氣體是空氣和水蒸氣。 操作溫度的選擇 對于物理吸收而言 ,降低操作溫度 ,對吸收有利 .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 .對于特殊條件的吸收操作必須采用低于環(huán)境的溫度操作 . 對于化學(xué)吸收 ,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定 ,既要考慮溫度對化學(xué) 反應(yīng)速度常數(shù)的影響 ,也要考慮對化學(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 . 操作壓力的選擇 對于物理吸收 ,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 ,對減小塔徑仍然是有利的 . 對于減壓再生 (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 . 液氣比的選擇 在吸收塔內(nèi) 吸收劑的用量 L（ hkmol ）和被處理氣體的流量 G（ hkmol ）的比值稱為液氣比 GL .吸收劑的用量或液氣比的確定是吸收裝置設(shè)計計算中的重要內(nèi)容，它的大小影響到吸收操作的推動力、塔徑、填料層高度和吸收劑的再生費用。 在設(shè)計時必須是操作液氣比大于最小液氣比。它的大小與相平衡關(guān)系、吸收劑入塔濃度、溶質(zhì)吸收率等因素有關(guān)。 實際所采用的液氣比 GL 常為最小液氣比的 — 倍，其最佳值應(yīng)有經(jīng)濟核算決定。若液氣比取較小值，則所排出的液體濃度就較高，溶質(zhì)回收的操作費用較便宜，但吸收塔變高，因此設(shè)備成本費提高。相反液氣比去較大值，則吸收塔高度變低，但塔徑 變大，且解析費用會提高。在確定吸收劑用量時還必須考慮填料表面充分潤濕，一般要求在單位塔截面上液體的噴淋量即噴淋密度不小于512 ).( 23 mhm 。如果液體吸收劑的用量不可能增加很多，則可采用使排除液的一部分在循環(huán)的吸收操作流程。 第 3 章 吸收塔的工藝計算 液相物性數(shù)據(jù) 對于 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) 由手冊查得 20 C176。時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 )/( 3mkgL ?? 粘度 )( sPaL ??? = )/( hmkg ? 表面張力 )/( cmdynL ?? = )/(940896 2hkg 2SO 在水中的擴散系數(shù) )/( 25 scmD L ??? = )/( 26 hm?? 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 mMv = ??????? ii My 混合氣體的平均密度為 ? ? )/(2 5 7 33 1 0 1 3mkgVm ??? ??? 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊的 25 C176?？諝獾恼扯葹? ? ?hmkgsPaV //)( 5 ???? ?? 查手冊 2SO 在空氣中的擴散系數(shù)為 hmsmD v 225 0 5 2 ??? ? 氣液平衡數(shù)據(jù) 由手冊 ??4 查得常壓下 20 C176。 2SO 在水中的亨利系數(shù)為 aKPE ?? 相平衡常數(shù)為 3 ???? pEm 溶解度系數(shù)為 ? ?33 /01 8 mk pak m olEMHsL ?????? ? 進(jìn)塔氣相摩爾比為 05 2 211 ????? yyY 出塔氣相摩爾比比為 ? ? ? ? 0 0 2 6 5 2 ????? AYY ? 出塔惰性氣相流 量為 ? ? hk mo lV / ????? 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算，即 2121m in / XmYYYVL ????????? 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 02?X ?????????? VL 由 93 m i n ?????????? VLVL hk m o lL / ??? ? ? ? ?? ? ? ?