【文章內(nèi)容簡介】 徑不大時，在 800mm以下，因結構簡單而造價便宜當塔徑在 600mm 以下時，造價會比較填料塔而貴，并且安裝困難。對亦氣泡物系和腐蝕性物系更適合 有一定缺陷生產(chǎn)能力 大 較填料塔小分離效率 高，每米理論板最多可達 10 級以上分離效率略優(yōu)于填料塔，每米理論板最多不超過2 級空塔速率 低 高壓降 小，一般每個理論級壓 較填料塔高 5 倍左右30 8降為 持液量 小，一般小于 6% 大，高達 8%12%操作彈性 大，對負荷變化適應性很強小，適應負荷變化強的操作比較困難工業(yè)生產(chǎn)對塔設備的性能有著嚴格的要求，主要有以下幾個方面： (1)具有良好的操作穩(wěn)定性這是保證正常生產(chǎn)的先決條件。一個性能良好的塔設備，首先要保證塔設備在連續(xù)生產(chǎn)中的穩(wěn)定操作，具有一定的操作彈性。在允許的工藝波動范圍內(nèi)，設備本身的操作彈性必須大于等于生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的工藝波動率。(2)具有較高的生產(chǎn)效率和良好的產(chǎn)品質量該項是設備設計制造核心。沒有良好的產(chǎn)品質量，說明該設備不能勝任其相應的工藝操作。當然，僅有較高的產(chǎn)品質量，而沒有較高的生產(chǎn)率也是不可取的。一個好的設計應使兩者兼顧，在保證產(chǎn)品質量的前提下，盡可能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。(3)結構簡單，制造費用低塔設備在能保證滿足相應的要求的前提下，盡量采用簡單的結構，降低設備材料、加工制作和日常維護的費用。設備盡可能采用通用材料，特殊場合如遇到鹽酸、加氫反應、高溫高壓等比較苛刻的條件下，也應盡可能采用復合材料，以便降低塔設備的制造成本。(4)塔設備的壽命、質量與運行安全化工設備一般要求其使用壽命在 10 年以上。在設計時，要能考慮選用材料的成本、設備的運行安全、制造質量和其一次性投資等之間的關系，不要一味追求高壽命，并應注意塔設備在運行使用中的安全性和操作的方便性，不能出現(xiàn)任何在操作中可能導致操作失誤的結構和部件。本設計采用填料塔，填料塔結構簡單，生產(chǎn)能力大，分離效率高，持液量小，操 作 彈 性 大 。 吸收劑的比選 當 吸 收 是 為 了 制 取 某 種 溶 液 產(chǎn) 品 時 ， 只 能 用 某 種 特 定 的 吸 收 劑 ， 如 由 氯 化氫 制 造 鹽 酸 ， 只 能 用 水 作 吸 收 劑 。 當 吸 收 是 為 了 對 氣 體 混 合 物 作 組 分 分 離 時 ，吸 收 劑 的 合 理 選 擇 ， 對 吸 收 操 作 的 成 功 與 否 有 重 大 影 響 。 優(yōu) 良 吸 收 劑 的 性 能包 括 ：① 溶 質 在 其 中 有 較 高 的 溶 解 度 ， 因 而 有 較 大 的 過 程 推 動 力 ， 并 可 減 少 吸 收劑 的 用 量 ；② 易 于 再 生 ， 便 于 循 環(huán) 使 用 ；③ 有 較 高 的 選 擇 性 ， 以 取 得 較 高 純 度 的 解 吸 氣 ；④ 不 易 揮 發(fā) ,以 減 少 損 耗 ；⑤ 粘 度 較 低 ,不 易 起 泡 ， 以 保 證 兩 相 在 塔 內(nèi) 接 觸 良 好 ；⑥ 化 學 性 質 穩(wěn) 定 ， 以 免 在 使 用 過 程 中 降 解 變 質 。⑦ 價 廉 易 得 ,使 用 安 全 （ 無 毒 、 不 易 燃 燒 等 ） 。30 9工業(yè)上常用吸收劑溶質 吸收劑氨丙酮蒸氣氯化氫二氧化碳二氧化硫硫化氫苯蒸氣丁二烯二氯化碳一氧化碳水、硫酸水水水、堿液、碳酸丙烯酯水堿液、砷堿液、有機溶劑煤油、洗油乙醇、乙腈煤油銅氨液由 于 該 處 理 項 目 中 ， 要 去 除 雜 質 丙 酮 。 丙 酮 在 水 中 的 溶 解 度 比 較 大 ， 而 且容 易 獲 取 ， 價 格 低 廉 ， 吸 收 效 果 好 。 雖 然 丙 酮 易 溶 于 有 機 溶 劑 ， 但 有 機 溶 劑容 易 揮 發(fā) ， 造 成 大 氣 污 染 ， 成 本 也 高 。 所 以 ， 在 清 水 與 有 機 溶 劑 兩 者 比 較 中 ，本 課 程 設 計 選 用 清 水 作 為 吸 收 劑 。 填料的作用以及選擇 填料的作用：填料泛指被填充于其他物體中的物料。在化學工程中，填料指裝于填充塔內(nèi)的惰性固體物料，例如鮑爾環(huán)和拉西環(huán)等，其作用是增大氣液的接觸面，使其相互強烈混合。近年來，由于填料結構的改進，新型的高效，高負荷填料的開發(fā)，不但提高了塔的通過能力以及分離效率，又保持了壓力降以及性能穩(wěn)定的特點，因此填料已經(jīng)被推廣到許多大型氣液操作中。種 類 的 選 擇填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個方面：①傳質效率傳質效率即分離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當量的填料層高度表示，即 HETP 值；另一是以傳質速率進行計算的表示方法，以每個傳質單元相當?shù)奶盍蠈痈叨鹊谋硎?，?HTU 值。在滿足工藝要求的前提下，應選用傳質效率高，即 HETP(或 HTU)值較低的填料。②通量 在相同的液體負荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦越大。因此，在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高的泛點氣速或氣相動能因子的填料。30 10③填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應用性能，填料層的壓降愈低，動力消耗越低，操作費用愈小，選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。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 ΔP/Z，另一是比較填料層單位傳質效率的比壓降 ΔP/N T。④填料的操作性能填料的操作性能主要是指操作彈性、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。此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修（3）填料規(guī)格的選擇通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格表示方法不同，選擇的方法亦不盡相同。①散裝填料規(guī)格的選擇散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16，D N25,DN38,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，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，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，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D/d的推薦值列于表 22。 塔徑與填料公稱直徑的比值 D/d 的推薦值填料種類 D/d 推薦值拉西環(huán) D/d≥20~30鞍環(huán) D/d≥15鮑爾環(huán) D/d≥10~15階梯環(huán) D/d＞8環(huán)矩鞍 D/d＞8②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)格的表示方法有很多，國內(nèi)習慣用比表面積表示，主要有 12150、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，傳質效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。（4）填料材質的選擇工業(yè)上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。①陶瓷填料陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無機酸、有機酸的腐蝕，對強堿介質，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。30 11陶瓷填料因其質脆、易碎，不宜在高沖擊強度下使用。陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程。②金屬填料金屬填料可用多種材料制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物質的腐蝕性和金屬材質的耐腐蝕性來綜合考慮。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除 Cl以外常見物系的腐蝕，但其造價較高；鈦材、特種合金鋼等材質制成的填料造價極高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。金屬填料可制成薄壁結構（～ mm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，工業(yè)應用主要以金屬填料為主。③塑料填料塑料填料的材質主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材料。塑料材料的耐腐蝕性能良好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在 100℃以下使用。塑料填料具有質輕、價廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中，塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，在某些特殊應用場合需要對其表面進行處理，以提高表面潤濕性能。填料材質評估表填料名稱 評估值 對評估植的評價 排序絲網(wǎng)波紋填料 很好 1孔板波紋填料 相當好 2金屬 Intalox 相當好 3金屬鞍形環(huán) 相當好 4金屬階梯環(huán) 一般好 5金屬鮑爾環(huán) 一般好 6瓷 Intalox 較好 7瓷鞍形環(huán) 略好 8瓷拉西環(huán) 略好 9選用填料時要注意以下幾點要求1. 單位體積填料的表面積要大，而且填料表面要容易被液體潤濕2. 填料的孔隙率需大，對氣體阻力小3. 填料單位體積價格低4. 填料應該具有化學穩(wěn)定性，不被氣體或者液體所腐蝕5. 填料的重度需小，機械強度需大。根據(jù)綜合考慮，本設計選用 50mm X 50mm X1mm 的拉西環(huán)鋼制亂堆，其具體參數(shù)30 12性質如下：a=110 ； 空隙率 Y= ； 32m/ 3m/填料分類： 填料可分為亂堆填料和規(guī)整填料，由于該設計處理量不大，造價要經(jīng)濟，因此運用亂堆填料。 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,若為化學反應過程控制,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。 流向選擇 在兩相進出口摩爾分數(shù)相同情況下， 逆流時的對數(shù)平均推動力必大于并流，因此就吸