【正文】 圖45 吸收劑部分循環(huán)的吸收解吸聯(lián)合流程本設(shè)計采用逆流裝置流程。吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效的分離。操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。工業(yè)上常用的吸收劑列于表42。 操作溫度與壓力的確定（1） 操作溫度的確定。例如水吸收CO2的操作中用水量極大，吸收溫度主要由水溫決定，而水溫又取決于大氣溫度，故應(yīng)考慮夏季循環(huán)水溫高時補充一定量地下水以維持適宜溫度。由吸收過程的氣液平衡關(guān)系可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。 填料的類型和選擇塔填料（簡稱為填料）是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。 散裝填料 散裝填料[14]是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。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)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少應(yīng)用。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進而得。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)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種?；“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低。（5） 矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。環(huán)矩鞍填料(國外稱為Intalox)是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設(shè)計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。 規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。和45176。以代號BX(或X)表示，傾角為45176。（1） 金屬絲網(wǎng)波紋填料是阿波紋填料的主要形式，是由金屬絲網(wǎng)制成的。分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。（2） 金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。加強橫向混合的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場合。其缺點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，造價高。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用較低。傳質(zhì)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(dāng)量的填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質(zhì)速率進行計算的表示方法，以每個傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTU值。對于常用的工業(yè)填料，其HETP(或HTU)值可由有關(guān)手冊或文獻(xiàn)中查到，也可通過一些經(jīng)驗公式來估算。在相同的液體負(fù)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。對于大多數(shù)常用填料，其泛點氣速或氣相動能因子可由有關(guān)手冊或文獻(xiàn)中查到，也可通過一些經(jīng)驗公式來估算。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，動力消耗越低，操作費用愈小。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。（4） 填料的操作性能。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。此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。散裝填料規(guī)格的選擇。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN1DN2DN3DN50、DN76等幾種規(guī)格。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)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。設(shè)計時應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。（1） 陶瓷填料。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。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(yīng)優(yōu)先考慮使用；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價極高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用；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。（3） 塑料填料。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。聚丙烯填料在低溫(低于0℃)時具有冷脆性，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。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。 填料塔工藝尺寸的計算 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)計擬選用5050（亂堆）。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=1mPa求25℃時氣體的摩爾體積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算 （439）查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖知:，查?？颂赝ㄓ藐P(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。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。因此，在實際工作中，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。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，或者兩種吸附同時發(fā)生，兩者之間沒有嚴(yán)格的界限。工業(yè)上的吸附操作正是利用這種可逆進行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。依據(jù)上述變化關(guān)系，可分別會出相應(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。吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時，吸附劑的吸附量隨氣相中組分壓力的不同而變化的情況。（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。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（θ=1）的吸附量；V——在氣相分壓p下的吸附量。在很多體系中，朗格繆爾等溫式不能在較大的θ范圍內(nèi)與實驗結(jié)果相吻合。在一定溫度下，對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。有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實驗值。EE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，由于范德華力的作用還可以吸附多層分子，而第一層與以后的各層有所不同。很多實驗證明，當(dāng)比壓P/Po在范圍內(nèi)時，BT公式是比較準(zhǔn)確的，在低壓下可以與朗格繆爾等溫式一致。因此，吸附量取決于吸附速率，而吸附速率與吸附過程有關(guān)，吸附過程可分為以下幾步：（1） 外擴散，吸附質(zhì)從氣流主體穿過顆粒物周圍氣膜擴散至吸附劑的外表面。（3） 吸附，到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附。物理吸附過程一般為內(nèi)外擴散控制，化學(xué)吸附既有表面動力學(xué)控制，又有內(nèi)外擴散控制。 吸附器選擇的設(shè)計計算吸附器的設(shè)計計算因包括確定吸附器的形式，吸附劑的種類，吸附劑的需要量，吸附床高度，吸附周期等，這些參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡，吸附傳質(zhì)速率及壓降來考慮。吸附工藝根據(jù)吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài)，可將吸附器分為固定床、移動床和流化過程，相應(yīng)的三種吸附器的主要特點比較見表44：表44 三種吸附器主要特點比較[16]類型主要特點比較固定床吸附器、制造簡單、價格低廉、分散、間歇性的污染物治理、間歇操作移動床吸附器，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化，吸附劑磨損較為嚴(yán)重流化床吸附器，造價昂貴，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源結(jié)合工藝特點和經(jīng)濟技術(shù)可行性分析，本設(shè)計吸附器采用臥式圓錐形固定床吸附器，殼體為橢圓形，其優(yōu)點是流體阻力小，可以減少氣體流經(jīng)吸附床層的動力消耗，易產(chǎn)生氣流分配不均勻現(xiàn)象。基礎(chǔ)運行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：10000m179。一切固體物質(zhì)的表面，對于流體的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具備以下一些要求：(1) 具有大的比表面積；(2) 具有良好的選擇性吸附作用；(3) 吸附容量大；(4) 具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸；(5) 有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；(6) 有良好的再生性能。其中活性炭是應(yīng)用最早、用途較廣的一種具有非極性表面，為疏水性和親有機物的吸附劑，故活性炭常常被用來吸附回收空氣中有機溶劑和惡臭物質(zhì)，在環(huán)境保護方面用來處理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物。實際應(yīng)用表明蜂窩狀活性炭吸附性能好、脫附速率快，完全滿足了工藝使用要求。綜合衡量各方面因素，如果企業(yè)經(jīng)濟允許的話，建議吸附劑選用蜂窩狀活性炭纖維能較好的滿足技術(shù)經(jīng)濟要求，其物理性能參數(shù)見表45：表45 蜂窩狀活性炭的性能表[18]性能TF1TF2外形尺寸(長*寬*高)(mm)100*50*50100*50*50孔數(shù)(cm2)1616孔壁厚(mm)縱向耐奪強度(MPa)橫向耐壓強度(MPa)密度(g/cm3)~~比表面積(m2/g)700700苯吸附率(%)著火點( ℃ )2020著火點(℃)550550其吸附性能主要取決于它的幾個主要材料參數(shù)和過程參數(shù)[18]。穿透曲線是表征材料吸附性能的主要性能之一，是吸附前后吸附質(zhì)濃度比值隨時間變化的一個函數(shù)[19]。對蜂窩狀活性炭來說，壁厚是一個非常重要的參數(shù)，可以提高它的吸附效率。這是因為壁厚增加，蜂窩中流體通道的截面積減少，這樣真實的表面或體積流速也會增大。在給定的條件下，這個平衡關(guān)系將決定吸附增加還是減少。 空塔氣速和橫截面的確定空塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面的速度。氣速很小，則吸附器尺寸很大，不經(jīng)濟；氣速過大，則壓降會增大，使吸附效率受到影響。原始條件：處理風(fēng)量：Q=10000m179。由于廢氣中，空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以近似看作為干空氣的物理性質(zhì)，查《化學(xué)原理》附錄9得以下數(shù)據(jù)：空氣混合物性質(zhì)：流體密度ρ=179。在吸附作用時間內(nèi)所吸附污染物的量為[23]：X=aSLρb (449)式中：X——在時間ξ內(nèi)的吸附量；a——靜活度，重量，﹪；S——吸附層的截面積，m3；L——吸附層高度，m；ρb——吸附劑的堆積密度，設(shè)計為470Kg/m3?；钚蕴康淖饔脮r間由下式算出[24]: (450)式中：V——活性炭的裝填量，C——進口氣污染物的濃度，Q——氣流量，T——活性炭的使用時間，hD——活性炭的堆密度W——活性炭原粒度的中重量穿透炭容，％ (451)算出苯和甲苯每小時的排放量：“二苯”的濃度： (452)假設(shè)吸附器的吸附效率為85％，則達(dá)標(biāo)排放時需要吸附總的污染物的量為： (453)