吸收設(shè)備安全技術(shù)詳解

作者： 2015年11月10日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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目前，工業(yè)生產(chǎn)中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。 　　一、吸收塔 　　完成吸收操作的設(shè)備是吸收塔。塔設(shè)備的主要作用是為氣液兩相提供充分接觸表面，使兩相間的傳質(zhì)與
　　目前，工業(yè)生產(chǎn)中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。
 
　　一、 吸收塔
 
　　完成吸收操作的設(shè)備是吸收塔。塔設(shè)備的主要作用是為氣液兩相提供充分接觸表面，使兩相間的傳質(zhì)與傳熱過程能夠充分有效地進(jìn)行，并能使接觸之后的氣液兩相及時分開，互不夾帶。其性能的好壞直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、吸收率及消耗定額等。因此在實際生產(chǎn)中選用吸收塔時，通常要求吸收塔具備生產(chǎn)能力大、分離效率高、操作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。
 
　　(一) 填料塔
 
　　填料塔是吸收操作中使用最廣泛的一種塔型。填料塔由填料、塔內(nèi)件及塔體構(gòu)成，它的結(jié)構(gòu)如圖11—13所示。塔體多為圓筒形，兩端有封頭，并裝有氣液體進(jìn)、出口接管，塔下部裝有支承柵板，板上填充一定高度的填料，填料可以亂堆，亦可以整砌。塔頂有填料壓板和液體噴灑裝置，以保證液體均勻地噴淋到整個塔的截面上。液體自塔頂經(jīng)分布裝置分散后沿填料表面流下，由于填料層中的液體往往有向塔壁流動的傾向，故填料層較高時，常將其分若干段，每兩段之間設(shè)有液體再分布裝置，可將向塔壁流動的液體重新噴灑到截面中心，保證整個填料表面都能得到很好的濕潤。
 
　　在填料塔的操作中，氣體在壓強(qiáng)差的推動下， 自下而上通過填料間的間隙由塔的底部流向頂部；吸收劑則由塔頂噴淋裝置噴出分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面向下流動形成液膜，由塔底引出。氣液兩相在塔內(nèi)互成逆流接觸，兩相的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體與氣體間的界面上進(jìn)行。填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。
 
　　填料塔的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大、分離效率高、阻力小、操作彈性大、結(jié)構(gòu)簡單、易用耐腐蝕材料制作、造價低。
 
　　(二) 湍球塔

　　湍球塔也是吸收操作使用較多的一種塔型。它的結(jié)構(gòu)如圖“所示。它的主要構(gòu)件有支承柵板、球形填料、擋網(wǎng)、霧沫分離器、液體噴嘴等。操作使用時把一定數(shù)量的球形填料放在柵板上，氣體由塔底引入，液體由塔頂入經(jīng)噴嘴噴灑而下。當(dāng)氣速達(dá)到一定值時，便使小球懸浮起來并形成湍動旋轉(zhuǎn)和相互碰撞的任意方向的三相湍流運(yùn)動和攪拌作用，使液膜表面不斷更新，從而加強(qiáng)了傳質(zhì)作用。此外，由于小球向各個方向做無規(guī)則運(yùn)動，球面相互碰撞而又起到自己清洗自己的作用。
 
　　湍球塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，氣液分布均勻，操作彈性及處理能力大，不易被固體和黏性物料堵塞，由于傳質(zhì)強(qiáng)化而使塔高可以降低。缺點(diǎn)是小球無規(guī)則湍動有一定程度的返混，另外因小球常用塑料制成，操作溫度受到一定限制。
 
　　(三) 噴射式吸收器
 
　　噴射式吸收器是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛的一種吸收設(shè)備。操作時吸收劑靠泵的動力送到喉頭處，由噴嘴噴成細(xì)霧或極細(xì)的液滴，在喉管處由于吸收劑流速的急劇變化，使部分靜壓能轉(zhuǎn)化為動能，在氣體進(jìn)口處形成真空，從而使氣體吸入。噴射式吸收器的優(yōu)點(diǎn)是吸收劑噴成霧狀后與氣相接觸，這樣兩相接觸面積增加，吸收速率高，處理能力大，此外吸收劑利用壓力流過喉管霧化而吸氣，因此不需要加設(shè)送風(fēng)機(jī)，效率較高。缺點(diǎn)是吸收劑用量較大，但循環(huán)使用時可以節(jié)省吸收劑用量并提高吸收液中吸收質(zhì)的濃度。
 
　　二、 填料安全分析
 
　　(一) 填料選擇的安全原則
 
　　填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的相界面，是決定填料塔性能的主要因素。為了使填料塔高效率地操作，可按以下原則選擇填料。
 
　　(1)有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱為比表面積，用符號a表示，單位為m2／m3。在吸收塔中，填料的表面只有被流動的液相所潤濕，才可能構(gòu)成有效的傳質(zhì)面積。填料的比表面積越大，所提供的氣液傳質(zhì)面積越大，對吸收越有利。因此應(yīng)選擇比表面積大的填料，此外還要求填料有良好的潤濕性能及有利于液體均勻分布的形狀。
 
　　(2)有較高的空隙率。單位體積填料孔具有的空隙體積稱為空隙率，用符號e表示，單位為m3／m3。當(dāng)填料的空隙率較高時，氣流阻力小，氣體通過的能力大，氣液兩相接觸的機(jī)會多，對吸收有利；同時，填料層質(zhì)量輕，對支承板要求低，也是有利的。
 
　　(3)具有適宜的填料尺寸和堆積密度。單位體積填料的質(zhì)量為填料的堆積密度。單位體積內(nèi)堆積填料的數(shù)目與填料的尺寸大小有關(guān)。對同一種填料而言，填料尺寸小，堆積的填料數(shù)目多，比表面積大，空隙率小，則氣體流動阻力大；反之填料尺寸過大，在靠近塔壁處，由于填料與塔壁之間的空隙大，易造成氣體由此短路通過或液體沿壁下流，使氣液兩相沿塔截面分布不均勻，為此，填料的尺寸不應(yīng)大于塔徑的1／10～1／8。
 
       (4)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。為使填料在堆砌過程及操作中不被壓碎，要求填料具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
 
　　(5)對于液體和氣體均須具有化學(xué)穩(wěn)定性。
　　
(二) 填料安全性能
 
　　氣液兩相在填料表面進(jìn)行逆流接觸，填料不僅提供了氣液兩相接觸的傳質(zhì)表面，而且促使氣液兩相分散，并使液膜不斷更新。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、流量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越優(yōu)良，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則流量越大，壓降亦越低。
 
　　(三) 填料的類型

　　填料的種類很多，大致可以分為實體填料與網(wǎng)體填料兩大類。實體填料包括環(huán)形填料(如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)和階梯環(huán))、鞍形填料(如弧鞍、矩鞍)以及柵板填料和波紋填料等，由陶瓷、金屬、塑料等材質(zhì)制成。網(wǎng)體填料主要是由金屬絲網(wǎng)制成的各種填料，如鞍形網(wǎng)、多孔網(wǎng)、波紋網(wǎng)等。
 
　　(1)拉西環(huán) 拉西環(huán)是工業(yè)上最老的應(yīng)用最廣泛的一種填料。它的構(gòu)造如圖(a)所示，是外徑和高度相等的空心圓柱。在強(qiáng)度允許的情況下，其壁厚應(yīng)當(dāng)盡量減薄，以提高空隙率并減小堆積填料的重度。
 
　　拉西環(huán)雖然應(yīng)用很廣，但存在著一定的缺點(diǎn)。在填料塔內(nèi)，由于拉西環(huán)堆放的不均勻，而使一部分填料不能和液體接觸，形成溝流及壁流，減小了汽液兩相實際接觸面，因而效率隨塔徑及層高的增加而顯著下降；對氣體流速的變化敏感、操作彈性范圍較窄；氣體阻力較大等。這些都不能適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的需要。
 
　　(2)鮑爾環(huán) 鮑爾環(huán)是針對拉西環(huán)存在的缺點(diǎn)加以改進(jìn)而研制成功的一種填料，它的構(gòu)造如圖(b)所示，在普通拉西環(huán)的壁上開上下兩層長方形窗孔，窗孔部分的環(huán)壁形成葉片向環(huán)中心彎入，在環(huán)中心相搭，上下兩層小窗位置交叉。由于鮑爾環(huán)填料在環(huán)壁上開了許多窗孔，使得填料塔內(nèi)的氣體和液體能夠從窗孔自由通過，填料層內(nèi)氣體和液體分布得到改善，同時降低了氣體流動阻力。
 
　　鮑爾環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是氣體阻力小，壓強(qiáng)降低，液體分布比較均勻，穩(wěn)定操作范圍比較大，操作及控制簡單。
 
　　(3)階梯環(huán) 階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)進(jìn)一步改進(jìn)的產(chǎn)物。階梯環(huán)的總高為直徑的5倍，圓筒一端有向外翻卷的喇叭口，如圖(c)所示。這種填料的孔隙率大，而且填料個體之間呈點(diǎn)接觸，可使液膜不斷更新，具有壓力降小和傳質(zhì)效率高等特點(diǎn)，是目前使用的環(huán)形填料中性能最為良好的一種。階梯環(huán)多用金屬及塑料制造。
 
　　(4)矩鞍形填料 如圖(d)所示，矩鞍形填料是一種敞開的填料，散裝于塔內(nèi)互相處于套接狀態(tài)，不容易形成大量的局部不均勻區(qū)。
 
　　矩鞍形填料的優(yōu)點(diǎn)是有較大的空隙率，阻力小，效率較高，且因液體流道通暢，不易被懸浮物堵塞，制造也比較容易，并能采用價格便宜又耐腐蝕的陶瓷和塑料等。實踐證明，矩鞍形填料是工業(yè)上較為理想而且很有發(fā)展前途的一種填料。
 
　　(5)波紋填料與波紋網(wǎng)填料 波紋填料是由許多層波紋薄板制成，各板高度相同但長短不等，搭配排列而成圓餅狀，波紋與水平方向成45°傾角，相鄰兩板反向疊靠，使其波紋傾斜方向互相垂直。圓餅的直徑略小于塔殼內(nèi)徑，各餅豎直疊放于塔內(nèi)。相鄰的上下兩餅之間，波紋板片排列方向互成90”角。如圖(e)所示。波紋填料的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大，流體阻力小，液體經(jīng)過一層都得到一次再分布，故流體分布均勻，傳質(zhì)效果好。同時，制作方便，容易加工，可用多種材料制造，以適應(yīng)各種不同腐蝕性、不同溫度、壓力的場合。
 
　　絲網(wǎng)波紋填料是用絲網(wǎng)制成一定形狀的填料。這是一種高效率的填料，其形狀有多種。優(yōu)點(diǎn)是絲網(wǎng)細(xì)而薄，做成填料體積較小，比表面積和空隙率都比較大，因而傳質(zhì)效率高。
 
　　波紋填料的缺點(diǎn)是制造價格很高，通道較小，清理不方便，容易堵塞，不適宜于易結(jié)垢和含固體顆粒的物料，故它的應(yīng)用范圍受到很大限制。
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標(biāo)簽：吸收塔

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