【正文】 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 。 綜合考慮以上各個因素 ,本設(shè)計中 選用 DN38 聚丙烯塑料階梯環(huán)填料 ,有關(guān)特性數(shù)據(jù)如下表 : 齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)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 。 表 22 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 選擇填料材質(zhì)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。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。在選擇塔填料時，應(yīng)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(zhì)效率 .除此之外 ,還應(yīng)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(yīng)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(yīng)具有較大的操作彈性 ,以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定 .同時還應(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 。 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 。液體則相反 , 其可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)地增高。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。 填料吸收塔是常用的微分接觸設(shè)備。溶劑逐板下降 , 其可溶組分的濃度階越式地升高。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。 吸收塔設(shè)備及填料選擇 吸收塔的設(shè)備選擇 按氣液兩相接觸的方式不同可將吸收設(shè)備分為級式接觸設(shè)備與微分接觸設(shè)備兩大類。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。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） 。若混合氣體中溶質(zhì)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。 齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計 8 表 21 物理吸收劑與化學(xué)吸收劑的特征 物理吸收劑 化學(xué)吸收劑 （ 1）吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓 （ 2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀? （ 3）常用降壓閃蒸解吸 （ 4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合 （ 5）對設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì) （ 1）吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感 （ 2）吸收熱效應(yīng)顯著 （ 3）用低壓蒸汽氣提解吸 （ 4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合 （ 5）對設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì) 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(shè)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。 (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 。 （二）對溶質(zhì)有較高的吸收選擇性 對溶質(zhì)有較高的選擇性 ,即吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)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(zhì)氣體的純度 。對吸收劑的選擇，一般遵循以下原則： (一 )對溶質(zhì)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。 齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計 7 第 2 章 設(shè)計方案 吸收過程的設(shè)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(shè)備類型選擇、操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容 。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。因此要求填料層的空隙率大。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。 對填料的基本要求有：傳質(zhì)效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。 事實上 ,任何一個塔設(shè)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(shè)計。 （ 4） 流體流動的阻力小 ,即流體通過聽設(shè)備的壓力降小 ,以達到節(jié)能降低操作費用的要求 。 （ 2） 高的傳質(zhì)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 。 化工生產(chǎn)對塔設(shè)備的要求 吸收操作是氣液兩相之間的接觸傳質(zhì)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(zhì)，特別是溶劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系。 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(zhì)，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。 在微分接觸設(shè)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。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。 在級式接觸設(shè)備中，氣體與液體逐級逆流接觸。 吸收設(shè)備有多種形式，但以塔式最為常見。它所耗用的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中所占的比例也較多 ,例如在年產(chǎn)250 萬噸常壓及減壓煉油蒸餾裝置中耗用的鋼材重量占 %,年產(chǎn) 60 及 120 萬噸的催化裂化裝置占 %。 在化工、石油化工及煉油廠中 ,塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額 ,以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面 ,都有重大影響。 齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計 5 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位 塔設(shè)備是化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、石油化工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M行吸收，是廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。 廢棄的治理 ， 很多工業(yè)廢氣中含有 SO NOx（主要是 NO 及 NO2）、汞蒸汽等有害氣體成分，雖然濃度一般很低，但對人體和環(huán)境仍危害甚大而必須進行處理。 某些產(chǎn)品的制取 ， 將氣體中需用的成分以指定的溶劑吸收出來，成分溶液態(tài)的產(chǎn)品或半成品。就雜質(zhì)的濃度來說，多數(shù)很低，但因危害大而仍要求很高的凈化率，如煤氣中的 H2S 含量一般遠(yuǎn)低于 1%（體積分?jǐn)?shù)），但凈化率仍要求高于 90%；也有初始濃度相當(dāng)高的。按吸收時氣液作用方式吸收塔可分為表面式、膜式、噴淋式和鼓泡式等。操作時，從塔頂噴淋的液體吸收劑與由塔底上升的氣體混合物在塔中各層填料或塔盤上密切接觸，以便進行吸收。 用以進行吸收操作的塔器。該塔結(jié)構(gòu)簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應(yīng)性強，塔阻力小，壓力損失為 300～ 700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為 0． 5～ 1． 2m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密 度 6～ 8m3／ (m2， h)以保證填料潤濕，液氣比控制在 2～10L／ m3。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填齊齊哈爾大學(xué)化工原理課程設(shè)計 4 料， 20 世紀(jì) 80 年代后開發(fā)的新型填料如 QH— 1 型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ) [13]。 填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。 塔內(nèi)氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。 2021 年杭氧、開空、川空和中國空分設(shè)備公司等主要企業(yè)以填料塔、全精餾制氬、內(nèi)壓縮流程為代表的新一代大型空分設(shè)備占據(jù)了國內(nèi) 2 萬 m3／ h 以下空分設(shè)備市場，生產(chǎn)任務(wù)也都十分飽滿。 1986 年底大檢修時 ,對部分設(shè)備進行了改造 ,用填料塔取代了浮閥塔。 1980 年 ,Merchuk 川曾將填料塔作為氧合器 ,對幾種較小尺寸的填料進行了傳質(zhì)性能的測定 ,并進行了血液氧合過程 的嘗試川。 1977 年 Simonsl 吩紹了脈沖填料塔在己內(nèi)酚胺生產(chǎn)中的應(yīng)用，并提出脈沖填料塔的傳質(zhì)效率與塔徑和塔中是否存在反應(yīng)無關(guān)，因而具有易于放大的優(yōu)點。 到 1972 年蘇爾采公司已建造了 12 個 CY 塹填料塔 ,并且已成功地運轉(zhuǎn)著。 1970 年，我國建成第一座金屬絲網(wǎng)波紋填料塔， 20 多年來估計有數(shù)百座金屬絲網(wǎng)波紋填料塔投人生產(chǎn)。自 1966 年世界上 建立起莽一批網(wǎng)波填料塔以來 ,十多年的實踐證明 ,風(fēng)波填料具有效率高、負(fù)荷大、壓降低、滯液星小、幾乎無放大效應(yīng)以及易于機械化加工等優(yōu)點 ,因此其應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。 在 1951 年 Danckwerts〔側(cè)針對滲透理論假定旋渦在界面上停留一個固定的時間的不合理性，特別對攪拌槽、亂堆填料塔、鼓泡塔、噴霧塔，其中的氣泡和液滴有較寬的尺度分布，對滲透理論進行改進，提出了表面更新理論。 1950 年后，填料塔進入了緩慢發(fā)展時期，在這個時期內(nèi)，人們注意了對塔內(nèi)件的研究，力圖解決填料塔的放大問題，但由于各種 板式塔的出現(xiàn)及其成功應(yīng)用，使填料塔倍受冷落。 1914 年 Rachig 環(huán)問世 ,標(biāo)志著第一代亂堆填料的誕生 ,但實際生產(chǎn)效果仍沒有很大的提高 ,人們開始意識到汽液分布性能對填料塔操作的重要性 。 1914 年瓷質(zhì)拉西環(huán)的問世 ,標(biāo)志著填料塔進入了科學(xué)發(fā)展的年代。填料塔所用填料 ,對于亂堆填料除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外 ,階梯環(huán)、金屬矩鞍環(huán)已大量采用 ,由于金屬絲網(wǎng)及金屬板波紋填料規(guī)整填料的使用 ,并配合新型塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)使填料塔的效率大為提高 ,因此應(yīng)用范圍日益擴大。 目前 ,我國常用的板式塔仍為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔和舌形塔盤塔。直徑在 10 米以上的板式塔已經(jīng) 出現(xiàn) ,塔板數(shù)多達上百塊 ,塔的高度達 80 余米 ,重量達幾百噸 。這一時期填料塔也在瓷環(huán)填料被廣泛采用的基礎(chǔ)上開發(fā)了鮑爾環(huán)填料、狄克松環(huán)填料、麥克馬洪填料、矩鞍形填料等。當(dāng)時煉油工業(yè)多采用泡罩塔 ,無機工業(yè)以填料塔為主。 1881 年工業(yè)規(guī) 模的填料塔開始用于蒸餾操作 ,當(dāng)時的填料是碎磚瓦、小石塊和管子短節(jié)等。所以，填料塔的應(yīng)用前景也將更加廣闊。目前，解吸設(shè)備也多用填料塔。 可用于吸收操作的設(shè)備種類很多，如填料塔、板式塔、噴灑塔等，工業(yè)上較多的使用填料塔。這種使溶質(zhì)組分從溶液中脫出的過程稱為解吸 ,是吸收的逆過程 ,也是一種通過相際間傳質(zhì)而實現(xiàn)物質(zhì)分離的單元操