化工单元操作-气体吸收

4.3吸收设备及其操作4.3.1填料塔的结构金属或陶瓷塔体一般均为圆柱形大型耐酸石或耐酸砖则以砌成放形或年多角形为便概述（Introduction）气液传质设备的基本功能：形成气液两相充分接触的相界面，使质、热的传递快速有效地进行，接触混合与传质后的气、液两相能及时分开，互不夹带等。气液传质设备的分类：气液传质设备的种类很多，按接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广。操作原理：在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。填料塔溶剂填料塔气体一、填料塔的结构塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。液体分布器液体再分布器支承板除沫器填料填料塔的结构54.3.2填料填料是填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：值越小，流动阻力越小。机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。注意：一些难以定量表达的因素(几何形状)对填料的流体力学和传质性能也有重要的影响。新型填料的开发一般是改进填料几何形状使之更为合理，从而获得高的填料效率。4）堆积密度p：单位体积填料的质量(kg/m3)。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。4.3.3填料塔的附件（1）填料支承板用以支承填料的部件。它应具有：(1)足够的机械强度以承受设计载荷量，支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液泛状态下持液的重量。(2)足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应尽可能不小于填料层的自由截面积。开孔率过小可导致液泛提前发生。一般开孔率在70%以上。常用的支承板有栅板、升气管式和气体喷射式等类型。填料支承板（Packingsupportplate）栅板(supportgrid)：优点是结构简单，造价低；缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。填料支承板（Packingsupportplate）升气管式：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。填料支承板（Packingsupportplate）气体喷射式(multibeampackingsupportplate)：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。（2）液体分布器（Liquiddistributor）作用：将液体均匀分布于填料层顶部。液体初始分布质量将直接影响到液体在整个填料层的分布，从而影响填料塔的分离效率和操作弹性，因此液体分布器是填料塔的一个极为重要的内部构件。莲蓬头分布器：喷头的下部为半球形多孔板，喷头直径为塔径的1/3~1/5，一般用于直径在0.6m以下的塔中。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫夹带量大。液体分布器（Liquiddistributor）压力型多孔管式分布器：有环形和梯形两种。优点：结构简单、造价低、易于支承。自由面积较大(一般在70%以上)，气体阻力小，适用于气体流量很大的场合。其操作弹性在2:1~2.5:1之间。缺点：也存在小孔易堵塞的问题，故被喷淋的液体不能有固体颗粒或悬浮物。液体分布器（Liquiddistributor）梯形二级槽式液体分布器液体分布器（Liquiddistributor）优点：具有较多的喷淋点数，分布质量比较高，且操作弹性可高达4:1。缺点：结构较复杂，造价较高，对安装水平度要求高。气体通过阻力较大，一般适用于气体负荷不太大的场合。孔流分布器：有盘式和槽式两种。盘式孔流分布器：气、液流道分离，液体自盘底的喷淋孔流下，盘中维持有一定高度的液位，气体则从盘中设置的圆管中上升。液体分布器（Liquiddistributor）优点：抗堵、抗腐蚀能力强，操作可靠，可处理含固体的物料，操作弹性和处理量较大，操作弹性可达到4:1。缺点：分布质量极易受液面的波动和分布器水平度的影响，故通常必须装有水平调节装置。槽式溢流分布器：液体从通常为V字形的溢流口中溢出。一般适用于直径大于1.0m的填料塔中。（3）液体再分布器（Liquidredistributor）随液体流经的填料层厚度的增加，偏流程度增加，液体的大尺度不良分布就越严重。解决方法：每隔一定高度设置一液体再分布器。偏流效应越严重，设置液体再分布器的填料间隔应越小，如拉西环每段填料高度一般约为塔径的3倍，而鲍尔环和鞍形填料可分为塔径的5~10倍。再分布器的形式：有盘式、槽式及截锥式等。盘式液体再分布器截锥式再分布器（4）气体分布器（Gasdistributor）对于直径小于3000塔，可采用单管底部双排孔分布器。不仅气体分布均匀、阻力小，而且结构简单、造价低。超过3000塔可采用多排管式或升气管式气体分布器。还可以采用双效气体分布器，既提供良好的气体分布，又具有较高的传质效率。（5）液体收集器（Liquidcollector）气液流率的偏差会造成局部气液比不同，使塔截面出现径向浓度差，如不及时重新混合，就会越来越坏。一般15～20个理论级需进行一次气液再分布。在各床层间用液体收集器将流下的液体完全收集并混合，再进入液体分布器，以消除塔径向质与量的偏差。斜板式液体收集器盘式液体收集器（6）除沫器（Demister）当塔内气速较高，液沫夹带较严重时，在塔顶气体出口处需设置除沫装置。折板除沫器(AngleVane-typeDemisters)：阻力较小(50~100Pa)，但只能除去50m以上的液滴。除沫器（Demister）丝网除沫器(Wiregauzedemister)：造价较高，可除去5m的液滴，但压降较大(约250Pa)。除沫器（Demister）TJCW型除雾器（TJCWDemister）：结构简单、造价低、易安装、除雾效率高、操作弹性大。对于5m的液滴除雾率达到99.8%以上，对8~40m的液滴，除雾效率可达100%。TJCW型除雾器除雾机理各种形式TJCW型除雾器5400TJCW型除雾器（7）防壁流圈在填料安装过程中，填料与塔壁之间存在一定的缝隙，为防止产生气液因壁流而短路，需在此间隙加防壁流圈。防壁流圈可与填料做成一体，也可分开到塔内组装。小直径整圆盘填料的防壁流圈常与填料做成一体，有时身兼两职，既做防壁流圈，又起捆绑填料的作用；Ø300板波纹填料防壁流圈分块式防壁流圈对于大直径的塔，可采用分块的防壁流圈。填料的种类：1、实体填料2、网状填料三、填料支承装置删板填料支承升气管式支承四、液体的分布装置•1塔顶液体分布装置•a莲蓬头式喷洒器•b盘式分布器•c齿槽式分布器•2液体再分布器•壁流效应:液体沿填料下流时,逐渐向塔壁汇流的现象•a截锥式液体再分布器•b升气管式支承板作液体再分布器填料塔与板式塔的比较1操作范围2物料要求和清洗3温度要求装置的安装难易4规模5准确可靠性6造价7对易气泡的物系的适用情况8对物系的腐蚀性的适用情况9热敏性物系10板压降,耗能11对气膜控制的适用