【正文】 。其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造?，F(xiàn)介紹幾種典型的散裝填料。 散裝填料 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。 此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。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。比較填料的壓降 (4)填料的操作性能。 (3)填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降越低，動(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用越小。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)于常用的工業(yè)填料，其 HEYP(或HTU 值 )可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可以通過(guò)一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。 填料性能評(píng)價(jià) 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]一下幾個(gè)方面 : (1)傳質(zhì)效率 傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表的方法：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；另一方面是以傳質(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)高度表示，即 HTU 值。 塔填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材料。填料的比表面積越大，氣液分布也就越均勻，傳 質(zhì)效率也越高，它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。 （ a） 并流 （ b）逆流 圖 吸收流程 用水吸收 NH3屬高溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本設(shè)計(jì) 選用逆流吸收流程。實(shí)際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過(guò)程處理的液量不大而氣相流量很大時(shí)，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支撐板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。應(yīng)當(dāng)指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動(dòng)力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。對(duì)于非等溫吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。 (3)吸收劑部分再循環(huán)操作 在 逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。并流操作的特點(diǎn)是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流操作。 流程選擇及流程說(shuō)明 吸收裝置的流程主要有以下幾種： (1)逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。水廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過(guò)程對(duì)吸收劑的基本要求。 吸收劑對(duì)溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。 (4)黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。 (2)選擇性 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，而對(duì)混合氣體中其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效分離。 2 設(shè)計(jì)方案的確定 吸收劑的選擇 吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。一個(gè)完整的吸收分離過(guò)程，包括吸收和解吸兩個(gè)部分。 (2)除去有害組分以凈化氣體。 利用混合氣體中各組分在同一種液體 (溶劑 )中溶解度差異而實(shí)現(xiàn)組分分離的過(guò)程稱為氣體吸收氣體吸收是一種重要的分離操作，它在化工生產(chǎn)中主要用來(lái)達(dá)到以下幾種目的。 因此，為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對(duì)于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，本次課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來(lái)凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。短期內(nèi)吸入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴(yán)重者可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時(shí)可能發(fā)生呼吸道刺激癥狀。若吸入的氨氣過(guò)多，導(dǎo)致血液中氨濃度過(guò)高，就會(huì)通過(guò)三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟的停搏和呼吸停止，危及生命。進(jìn)入肺泡內(nèi)的氨，少部分為二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可隨汗液、尿液或呼吸排出體外?？陕楸院粑览w毛和損害粘膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減弱 人體對(duì)疾病的抵抗力。 氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染， 氨對(duì)接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，可以吸收皮膚組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪皂化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。而且 ,20 世紀(jì) 80 年代以來(lái) ,以高效填料及塔內(nèi)件為主要技術(shù)代表的新型填料塔成套分離工程技術(shù) 在國(guó)內(nèi)受到普遍重視。利用分離技術(shù)可為社會(huì)提供大量的能源，化工產(chǎn)品和環(huán)保設(shè)備，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著重要的作用。 過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)：分離技術(shù)就是指在沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的情況 下分離出混合物中特定組分的操作。例如在 DMF 回收裝置的擴(kuò)產(chǎn)改造項(xiàng)目中 ,要求利用原常壓塔塔頂蒸汽 ,工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù) ,達(dá)到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果，在硝基氯苯分離項(xiàng)目中 。隨著對(duì)填料塔的研究和開發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在某些場(chǎng)合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。以前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多用板式塔，處理量小時(shí)采用填料塔。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一 種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。所以塔設(shè)備的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注的重要課題。沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 1 緒論 在煉油、石油化工、精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保等部門，塔設(shè)備屬于使用量大應(yīng)用面廣的重要單元設(shè)備。塔設(shè)備廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、洗滌、傳熱等單元操作中。 在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。 塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類；板式塔和填料塔。近年來(lái)由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過(guò)能力和分離效能又保持了壓降小、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。 綜合考察各分離吸收設(shè)備中以填料塔為代表，填料塔 技術(shù)用于各類工業(yè)物系的分離 ,雖然設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在塔體及塔內(nèi)件等核心部分 ,但與之相配套的外部工藝和換熱系統(tǒng)應(yīng)視具體的工程特殊性作相應(yīng)的改進(jìn)。改原多塔精餾、兩端結(jié)晶工藝為單塔精餾、端結(jié)晶流程 ,并對(duì)富間硝基氯苯母液進(jìn)行精餾分離 ,獲得 99%以上的間硝基氯苯 ,既提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,又取得了降低能耗的技術(shù)效果。這種操作包括蒸餾，吸收，解吸，萃取，結(jié)晶，吸附，過(guò)濾，蒸發(fā)，干燥，離子交換和膜分離等。為了使填料塔的設(shè)計(jì)獲得滿足分離要求的最佳設(shè)計(jì)參數(shù) (如理論板數(shù)、熱負(fù)荷等 )和最優(yōu)操作工況 (如進(jìn)料位置、回流比等 ),準(zhǔn)確地計(jì)算出全塔各處的組分濃度分布 (尤其是腐蝕性組分 )、溫度分布、汽液流率分布等 ,常采用高效填料塔沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 2 成套分離技術(shù)。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。氨的溶解度極高，所以主要對(duì)動(dòng)物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，常被吸附在皮膚粘膜和眼結(jié)膜上，從而產(chǎn)生刺激和炎癥。氨通常以氣體形式吸入人體，氨被吸入肺后容易通過(guò)肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運(yùn)氧功能。 短期內(nèi)吸入大量氨氣后會(huì)出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐、乏力等。 長(zhǎng)期接觸氨氣，部分人可能會(huì)出現(xiàn)皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；氨氣被呼入肺后容易通過(guò)肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白 結(jié)合，破壞運(yùn)氧功能。因此，吸收空氣中的氨，防止氨超標(biāo)具有重要意義。設(shè)計(jì)采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)?填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過(guò)程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而可以使吸收操作過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。 (1)分離混合氣體以獲得一定的組分。 (3)制備某沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 3 種氣體的溶液。典型過(guò)程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。 (1)溶解度 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。 (3)揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)損失。 (5)其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性，不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。所以本設(shè)計(jì)選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質(zhì)。且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇Ｄ媪鞑僮鞯奶攸c(diǎn)是傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。 (2)并流操作 氣、液兩相均從塔頂流向，此即并流操作。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 4 需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。通常用于以下操作：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度 。該流程特別適宜于相平衡常數(shù) m 值很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。 (4)多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大，或由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝 在幾個(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。 (5)串聯(lián) 并聯(lián)混合操作 若吸收過(guò)程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過(guò)大，操作氣速勢(shì)必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。 列出幾種常見的吸收過(guò)程如圖 。 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 5 該填料塔中，氨氣和空氣混合氣體，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。 塔填料選擇 塔填料（簡(jiǎn)稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。填料的種類主要從傳質(zhì)效率、通量、填料層的壓降來(lái)考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即 HEYP(或 HTU值 )低的填料。 (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。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，也可以通過(guò)一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估 算。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏性物系的分離尤為重要。填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。 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)溫度變化。 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 6 裝填類型選擇 填料種類很多，根據(jù)填料方式不同，可分為散裝填 料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。 (1)拉西環(huán)填料。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)速率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少用了。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。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)