【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多φ4 mm~φ6 mm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） 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。其缺點(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。 填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。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(fèi)用較低。 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(gè)方面：（1） 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(jí)進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質(zhì)速率進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTU值。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即HETP(或HTU值)低的填料。對(duì)于常用的工業(yè)填料，其HETP(或HTU)值可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可通過一些經(jīng)驗(yàn)公式來估算。（2） 通量。在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速愈高或氣相動(dòng)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(shí)，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(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。對(duì)于大多數(shù)常用填料，其泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可通過一些經(jīng)驗(yàn)公式來估算。（3） 填料層的壓降。填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降愈低，動(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用愈小。選擇低壓降的填料對(duì)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△P/Z；另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降△P/NT。填料層的壓降可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，亦可從有關(guān)圖表中查出。（4） 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(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定。同時(shí)，還應(yīng)具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，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。 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，現(xiàn)分別加以介紹。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DN1DN2DN3DN50、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(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)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(jì)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)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。 填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)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(jī)酸、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)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。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不宜在高沖擊強(qiáng)度下使用。（2） 金屬填料。金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)極高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高。金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)(~)，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(qiáng)度下使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。（3） 塑料填料。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低溫(低于0℃)時(shí)具有冷脆性，在低于0℃的條件下使用要慎重，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有質(zhì)輕。價(jià)廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)濕性能。 填料塔工藝尺寸的計(jì)算 填料塔參數(shù)確定（1） 填料的規(guī)格及相關(guān)參數(shù) 本設(shè)計(jì)擬選用5050（亂堆）。填料參數(shù)為： （2） 計(jì)算泛點(diǎn)氣速uf 本設(shè)計(jì)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的NaOH為吸收液（參數(shù)近似取水的物理參數(shù)）。取液氣比因，即 （411）所以 （412）查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖知 （413）圖49 ?？颂仃P(guān)聯(lián)圖吸收液溫度為20℃，μL=1mPas可得 （414）（3） 計(jì)算操作氣速u操作氣速為 （415）（4） 計(jì)算塔徑 填料塔中的混合氣體體積流量為（416）取D= （417）（5） 利用圓整后的塔徑重新計(jì)算操作氣速u （418）（6） 校核填料直徑與塔體直徑的比 符合要求 （419）（7） 校核填料塔的噴淋密度 當(dāng)填料時(shí)，填料最小潤(rùn)濕率為填料層高度的計(jì)算：由設(shè)計(jì)資料得 （420）當(dāng)?shù)卮髿鈮? （421）入塔氣體中污染物體積含量 （422）出塔氣體中污染物體積含量 （423）則入塔氣體中污染物的分壓 （424）則出塔氣體中污染物的分壓 （425）吸收液中活性則組分的臨界濃度 （426）填料塔液相進(jìn)口的臨界濃度 （427）填料塔液相進(jìn)口的臨界濃度 （428）液相進(jìn)口處活性組分的濃度 （429）液相總 （430）由物料平衡式知得 （431）即 （432）則 （433）因,所以塔中反應(yīng)為界面反應(yīng)。求25℃時(shí)氣體的摩爾體積V 因,則 （434）得 （435）氣體的摩爾流率： （436）流體的摩爾流率： （437）填料塔床層高： （438） 填料塔床層壓降的計(jì)算 （439）查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖知:，查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖可知填料塔床層壓降：=2000pa （440） 填料塔附件選擇（1） 選用斜口氣體分布器，進(jìn)口管直徑450mm，阻力約500Pa；（2） 選用柵板支承板，阻力約200Pa；（3） 選用多孔盤管式液體分布器，阻力約為50Pa；（4） 選用液封排液裝置；（5） 選用折板除霧器，出口管直徑250mm，阻力約100Pa。 填料塔總壓降 （441） 吸附塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 基本原理 吸附原理在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時(shí)，流體中的某一些組分可以被吸引到固體表面并濃集其上，此現(xiàn)象稱為吸附，吸附處理廢氣時(shí)，吸附的對(duì)象是氣態(tài)污染物，被吸附的氣體組分稱為附質(zhì)，多孔性物質(zhì)稱為吸附劑。固體表面吸附了吸附質(zhì)后，一部分被吸附的吸附質(zhì)可從吸附劑表面脫離，此現(xiàn)象稱為脫附。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)間后，由于表面吸附質(zhì)的濃集，使其吸附能力明顯下降而不能滿足吸附凈化的要求，此時(shí)需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，已恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個(gè)過程稱為吸附劑的再生。因此，在實(shí)際工作中，正是利用吸附劑的吸附再生吸附的循環(huán)過程，達(dá)到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的。由于多孔性固體吸附劑表面存在著剩余吸引力，固表面具有吸附力。根據(jù)吸附劑表面與被吸附物質(zhì)之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附，但同一污染物可在較低溫度下發(fā)生物理吸附，而在較高溫度下發(fā)生化學(xué)吸附，或者兩種吸附同時(shí)發(fā)生，兩者之間沒有嚴(yán)格的界限。兩者的主要區(qū)別見下表43[15]：表43 兩種吸附比較性質(zhì)物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附層數(shù)單層活多層單層吸附熱小(近于液化熱)大(近于反應(yīng)熱)選擇性無或很差較強(qiáng)可逆性可逆不可逆吸附平衡易達(dá)到不易達(dá)到吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng)，當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分解壓降低或溫度升高時(shí)，容易發(fā)生脫附。工業(yè)上的吸附操作正是利用這種可逆進(jìn)行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。 吸附等溫線與吸附等溫方程式 吸附等溫線在氣體吸附中，其平衡關(guān)系可表示為：A=f（p，T） （442）式中A——平衡吸附量；P——吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓力；T——吸附溫度根據(jù)需要，對(duì)一定的吸附體系可測(cè)得如下關(guān)系：（1） 當(dāng)保持T不變，可測(cè)得A與P的變化關(guān)系；（2） 當(dāng)保持P不變，可測(cè)得A與T的變化關(guān)系；（3） 當(dāng)保持A不變，可測(cè)得P與T的變化關(guān)系。依據(jù)上述變化關(guān)系，可分別會(huì)出相應(yīng)的關(guān)系曲線，分別為吸附等溫線，吸附等壓線和吸附等量線。由于吸附過程中，吸附溫度一般變化不大，因此吸附等溫線最為常用。吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時(shí)，吸附劑的吸附量隨氣相中組分壓力的不同而變化的情況。根據(jù)對(duì)大量的不同氣體與蒸汽的吸附測(cè)定，吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型。（1） 朗格謬爾方程式朗格謬爾吸附理論假定：①吸附僅是單分子層的；②氣體分子在吸附劑表面上吸附于脫附呈動(dòng)態(tài)平衡；③吸附劑表面性質(zhì)是均一的，被吸附的分子之間相互不受影響；④氣體的吸附速率與該氣體在氣相的分壓成正比。根據(jù)上述假設(shè)，可推導(dǎo)出朗格繆爾等溫式： （443）式中θ——吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分?jǐn)?shù)；A——吸附系數(shù)，是吸附作用的平衡常數(shù)；P——?dú)庀喾謮?。朗格繆爾等溫式的另一種表現(xiàn)形式為： （444）式中Vm——單分子層覆蓋滿時(shí)（θ=1）的吸附量；V——在氣相分壓p下的吸附量。在壓力很低時(shí)，或者吸附很難時(shí)，上式變成： （445）由朗格繆爾等溫式得到的結(jié)果與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合，能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，它目前仍是常用的基本的等溫式。在很多體系中，朗格繆爾等溫式不能在較大的θ范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。（2） 弗羅因德利希方程式 （446）式中：q——固體吸附氣體的量，kg/kg吸附劑；P——平衡時(shí)氣體分壓；k,n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。在一定溫度下，對(duì)一定體系而言是常數(shù)，k和n隨溫度變化而變化；m——吸附質(zhì)質(zhì)量，kg；x——被吸附氣體的質(zhì)量。費(fèi)羅因德利系等溫方程式只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式，它所適用的θ范圍比朗格繆爾式要大些，可用于未知組成物質(zhì)的吸附，如有機(jī)物或礦物油的脫色，通過實(shí)驗(yàn)來確定k與n。有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實(shí)驗(yàn)值。（3） BET方程由于朗格繆爾的單分子層吸附理論及其等溫方程對(duì)中壓合高壓物理吸附不能很好地吻合，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了BET理論。它除了接受朗格繆爾理論地幾條假定，即固體表面是均勻的，被吸附分子不受其他分子的影響，吸附與脫附在吸附表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以外，還以為在吸附劑表面吸附了一層分子以后，由于范德華力的