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正文內(nèi)容

課程設(shè)計-填料吸收塔工藝設(shè)計(編輯修改稿)

2025-07-10 07:24 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 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(通常不超過 ),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 。 吸收操作的選擇 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。 工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 8 二、 吸收劑的選擇 選擇的依據(jù) 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 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。 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,分子式為,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工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 9 孔兩種。粗孔硅膠在相對濕度飽和的條件下,吸 收 量可達吸 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,它的干燥深度可達露點 70 ℃ 以下。 + p6 D4 z1 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?,即藥劑活化法和氣體活化法。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)進行反應(yīng)使其活化?;钚蕴亢泻芏嗝毧讟?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 m c3 N7 \2 Samp。 I [M2(Ⅰ )M(Ⅱ )] `! p m% 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。 吸 收 劑也稱吸 附 劑 .這種物質(zhì)可使活性成分 收 著在其顆粒表面 ,使液態(tài)微量化合物添加劑變?yōu)楣虘B(tài)化合物 ,有利于實施均勻混合 .其特性是吸 收 性強 ,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 .. e m8 `( X( B39。 m A7 m 吸 收 劑一般也分為有機物和無機物兩類 ,有機物類如小麥胚粉 ,脫脂的玉米胚粉 ,玉米芯碎片 ,粗麩皮 ,大豆細粉以及吸水性強的谷物類等 .無機物類則包括二氧化硅 ,蛭石 ,硅酸鈣等 . 最具代表性的吸 收 劑是活性炭,吸 收 性能相當好,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] 工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 10 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)。 填料的類型 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,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)表面工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 11 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,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械強度,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。 工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 12 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 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 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 國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù) 國內(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 工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 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。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。 格柵填料 ( 1)格柵填料是以條狀單元體經(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、負荷大及防堵等場合。 波紋填料 ( 2)波紋填料目前工業(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 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。 [ 10] 四、 填料選用準則 對于某種特殊應(yīng)用,填料填料的最佳標準是根據(jù)復(fù)合材料所期望達到的性能而定,但必須考慮到下述基本原則。 填料 在加工過程中必須保持其原有結(jié)構(gòu),并保持惰性、不溶性、熱穩(wěn)定性、不揮發(fā)性、無催化活性和低的吸附性。 填料必須與基材能夠相容,無腐蝕性。 容易處理,堆積密度高,水分含量低,低塵,無毒性。 必須易得,貨源充足,價格適中,質(zhì)量穩(wěn)定。 [ 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 。 工單元過程課程設(shè)計 填料吸收塔工藝設(shè)計 14 ( 1) 散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2DN3 DN50、 DN76 等幾種規(guī)格。同類填料,尺寸越小,分離效率越高,但阻力增加,通量減少,填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小 直徑塔中,又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流,使塔的分離效率降低。因此,對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定,一般塔徑與填料公稱直徑的比值 D/d應(yīng)大于 8。 ( 2) 規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多,國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示,主要有 12 150、 250、 350、 500、700 等幾種規(guī)格,同種類型的規(guī)整填料,其比表面積越大,傳質(zhì)效率越高,但阻力增加,通量減少,填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮,使所選填料既能滿足技術(shù)要求,又 具有經(jīng)濟合理性。 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
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