【文章內(nèi)容簡介】 式，但以塔式最為常見。按氣、液兩相接觸方式的不同可將吸收設備分為級式接觸和微分接觸兩大類。 在級式接觸設備中，氣體與液體逐級逆流接觸。氣體自下而上通過板上小孔，在每一板上與溶劑接觸，其中可溶組分被部分的溶解。氣體每上升一塊塔板，其可溶組分的濃度階越式的降低；溶劑逐板下降，其可溶組分的濃度則階越式的升高。但是，在級式接觸過程中所進行的吸收過程仍可不隨時間而變，為定態(tài)連續(xù)過程。 在微分接觸設備中，液體自塔頂均勻流下，氣體通過填料間的空隙上升與液體做連續(xù)接觸，氣 體中的可溶組分不斷的被吸收，其濃度自下而上連續(xù)的降低；液體則相反，其中可溶組分的濃度則有上而下連續(xù)的增高。 級式接觸與微分接觸兩類設備不僅用于氣體吸收，同樣也用于液體精餾、萃取等其它傳單元操作。 化工生產(chǎn)中吸收主要用于回收或捕獲氣體混合物中的有用物質，以制取產(chǎn)品；還用于出去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害物，以免污染空氣。 實際過程往往同時兼有凈化和回收的雙重目的。 化工生產(chǎn)對塔設備的要求 吸收操作是氣液兩相之間的接觸傳質過程，吸收操作的成功與否 在很大程度上決定于溶劑的性質，特別是溶劑與氣體混合物之間的相平衡關系。 塔設備除了應滿足特定的化工工藝條件 (如溫度、壓力及耐腐蝕 )外 ,為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要還應達到下列要求 : 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 6 （ 1） 生產(chǎn)能力大 ,即氣液處理量大 。 （ 2） 高的傳質和傳熱效率 ,即氣液有充分的接觸空間、接觸時間和接觸面積 。 （ 3） 操作穩(wěn)定 ,操作彈性大 ,即氣液負荷有較大波動時仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定的操作 ,且塔設備應能長期連續(xù)運轉 。 （ 4） 流體流動的阻力小 ,即流體通過聽設備的壓力降小 ,以達到節(jié)能降低操作費用的要求 。 （ 5） 結構簡單可靠 ,材料耗用 量小 ,制造安裝容易 ,以達到降低設備投資的要求。 事實上 ,任何一個塔設備能同時達到上述的諸項要求是很困難的 ,因此只能從生產(chǎn)需要及經(jīng)濟合理的要求出發(fā) ,抓住主要矛盾進行設計。隨著人們對于增大生產(chǎn)能力、提高效率、穩(wěn)定操作和降低壓力降的追求 ,推動著各種新型塔結構的出現(xiàn)和發(fā)展 [16]。 對填料的基本要求有：傳質效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產(chǎn)能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經(jīng)久耐用具有良好 的耐腐蝕性，較高的機械強度和必要的耐熱性。取材容易，價格便宜。 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 7 第 2 章 設計方案 吸收過程的設計方案主要包括吸收劑的選擇、吸收流程的選擇、解吸方法選擇、設備類型選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容 。 吸收劑的選擇 在填料吸收塔的設計中，選擇合適的吸收劑，對物系的有效分離、流程的確定、溶劑的用量或循環(huán)量、設備的尺寸大小等都有至關重要的影響，也直接決定了分離操作的經(jīng)濟效益。對吸收劑的選擇，一般遵循以下原則： (一 )對溶質的溶解度大 選用溶解度大的溶劑，可大大降低溶劑用量，溶劑的循環(huán)量和再生處理量都隨之減小， 這意味著日常操作費用的降低。在吸收劑同樣用量的情況下，完成一定的分離任務，選用溶解度大的溶劑，則可減小吸收設備的尺寸，從而降低設備費用。 （二）對溶質有較高的吸收選擇性 對溶質有較高的選擇性 ,即吸收劑應對溶質有較大的溶解度 ,而對其他組分則溶解度要小 ,這樣不但可以減小惰性氣體組分的損失 ,還可以提高解吸后溶質氣體的純度 。 (三 )不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸氣壓 ,避免吸收過程中吸收劑的損失 ,提高吸收過程的經(jīng)濟性 。 (四 )再生性能好 由于在吸收劑再生過程中 ,一般要對其進行升溫或氣提等處理 ,能量消耗較大 ,因而 ,吸收劑再生性能的好壞 ,對吸收過程能耗的影響極大 ,選用具有良好再生性能的吸收劑 ,往往能有效地降低過程的能量消耗 。 以上四個方面是選擇吸收劑時應考慮的主要問題 ,其次 ,還應注意所選擇的吸收劑應具有良好的物理、化學性能和經(jīng)濟性 .其良好的物理性能主要指吸收劑的粘要小 ,不易發(fā)泡 ,以保證吸收劑具有良好的流動性能和分布性能 .良好的化學性能主要指其具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 ,以防止在使用中發(fā)生變質 ,同時要求吸收劑盡可能無毒、無易燃易爆性 ,對相關設備無腐蝕性 (或較小的腐蝕性 ).吸收劑的經(jīng)濟性主要指應盡可能選用廉價易 得的溶劑 。 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 8 表 21 物理吸收劑與化學吸收劑的特征 物理吸收劑 化學吸收劑 （ 1）吸收容量（溶解度）正比于溶質分壓 （ 2）吸收熱效應很?。ń诘葴兀? （ 3）常用降壓閃蒸解吸 （ 4）適于溶質含量高，而凈化度要求不太高的場合 （ 5）對設備腐蝕性小，不易變質 （ 1）吸收容量對溶質分壓不太敏感 （ 2）吸收熱效應顯著 （ 3）用低壓蒸汽氣提解吸 （ 4）適于溶質含量不高，而凈化度要求很高的場合 （ 5）對設備腐蝕性大，易變質 吸收工藝流程確定 工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進行分類， 從所選用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩步吸收流程，從所用的塔設備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。 （一）一步吸收流程和兩步吸收流程 一步流程一般用于混合氣體溶質濃度較低，同時過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務的情況。若混合氣體中溶質濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經(jīng)濟性的角度分析不夠適宜時，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 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 9 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，當液相噴淋量過小時，將降低填料塔的分離效率，因此當塔的液相負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。 吸收塔設備及填料選擇 吸收塔的設備選擇 按氣液兩相接觸的方式不同可將吸收設備分為級式接觸設備與微分接觸設備兩大類。 板式吸收塔是典型的級式接觸設備 ,氣體與液體逐級逆流接觸。氣體自下而上通過板上小孔逐板上升 ,在每一板上與溶劑接觸 ,其中可溶組分被部分地溶解。在此類設備中 ,氣體每上升一塊 板 ,其可溶組分的濃度階越式地降低 。溶劑逐板下降 , 其可溶組分的濃度階越式地升高。但是 ,在級式接觸過程中所進行的吸收過程仍可不隨時間而變 ,為定態(tài)連續(xù)過程。 填料吸收塔是常用的微分接觸設備。液體呈膜狀沿壁流下 ,此為壁塔或降膜塔。更常見的是在塔內(nèi)充以諸如瓷環(huán)之類的填料 ,液體自塔頂均勻淋下并沿填料表面下流 ,氣體通過填料間的空隙上升與液體做連續(xù)的逆流接觸。在這類設備中 ,氣體中的可溶組分不斷地被吸收 ,其濃度自下而上連續(xù)地降低 。液體則相反 , 其可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)地增高。 對于吸收過程 ,能夠完成其分離任務的塔設備 有多種 ,如何從眾多的塔設備中選出合適的類型是進行工藝設計的首要工作 .而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后 ,并經(jīng)多方案對比方能得到較滿意的結果 .一般而言 ,吸收用塔設備與精餾過程所需要的塔設備具有相同的原則要求 ,即用較小直徑的塔設備完成規(guī)定的處理量 ,塔板或填料層阻力要小 ,具有良好的傳質性能 ,具有合適的操作彈性 ,結構簡單 ,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 。 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 10 填料的選擇 填料的選擇包括確定填料的種類、尺寸及材質等 .所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求 ,又要使設備投資和操作費用較低 .并且各種填料的結構差異較大，具有不同的優(yōu)缺點，因此在使用上應根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時，應該考慮如下幾個問題： ： 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求 ,還要確保有較高的傳質效率 .除此之外 ,還應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料 ,這樣可以使通 量增大 ,塔的處理能力也增大 .填料層壓降是填料的主要應用性能 ,填料層的壓降愈低 ,動力消耗就愈低 ,操作費用愈小 .填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等 .所選填料應具有較大的操作彈性 ,以保證塔內(nèi)氣液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定 .同時還應具有一定的抗污堵、抗熱敏能力 ,以適應物料的變化及塔內(nèi)溫度的變化 。 ： 實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應，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 22 填料尺寸與塔徑的對應關系 塔徑 /mm 填料尺寸 /mm D≤ 300 300≤ D≤ 900 D≥ 900 20～ 25 25～ 38 50～ 80 選擇填料材質應根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質以及操作溫度而定，一般情況下，可以選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質應采用相應的抗腐蝕性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不銹鋼等，對于溫度較高的情況，應考慮材料的耐溫性能。 綜合考慮以上各個因素 ,本設計中 選用 DN38 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料 ,有關特性數(shù)據(jù)如下表 : 齊齊哈爾大學化工原理課程設計 11 表 23 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料特性數(shù)據(jù) 公稱直徑 mm 外徑 高 厚 mm 比表面積 m2/m3 空隙率 ε % 個數(shù) m3 堆積密度 kg/m3 干填料因子 m1 38 38 19 91 27200 175 操作參數(shù)的選擇 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 。 對于化學吸收 ,操作溫度應根據(jù)化學反應的性質而定 ,既要考慮溫度對化學反應速度常數(shù)的影響 ,也要考慮對化學平衡的影響 ,使吸收反應具有適宜的反應速度 。 對于再生操作 ,較高的操作溫度可以降低溶質的溶解度 ,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推動力而提高過程的傳質速率 ,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 。 對于化學吸收 ,若過程由質量傳遞過程控制 ,則提高操作壓力有利