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1、吸收设备,吸收设备的分类和特点,(1)对吸收设备的基本要求 a.气液之间有较大的接触面积和一定的接触 时间; b.气液之间扰动剧烈,吸收阻力小,吸收效 率高; c.操作稳定并有合适的弹性; d.气流通过时的压降小; e.结构简单,制造维修方便,造价低廉; f.针对具体情况,要求具有抗蚀和防堵能力。,(2)吸收设备的分类 a.表面吸收器 凡能使气液两相在固定的接触面上进行吸收操作的设 备均称为表面吸收器。如填料塔、湍球塔等。废气由 塔底进入,吸收剂由塔顶均匀地喷淋到填料层中并向 下流动。废气与吸收剂在填料层中充分接触,吸收传 质的平均推动力大,吸收效果好。 b.鼓泡式吸收器 典型的鼓泡式吸收器是
2、板式塔,塔内装有多孔塔板, 板上装满吸收剂,呈连续相;气体由板下进入,在塔 板上与液体形成鼓泡层,在此有害组分被吸收。常见 的设备有鼓泡塔和各种板式塔。 c.喷洒式吸收器 用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴,以增大气-液 接触面,完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒 吸收器(喷雾塔或称空塔)和文丘里吸收器。,(3) 几种常用吸收塔的结构与特点,a.填料塔 填料塔的典型结构如图所示。塔内装有支撑板,板 上堆放填料层,吸收液通过安装在填料上部的分布器洒 向填料。填料在整个塔内可堆成一层,也可分成几层。 当填料分层堆放时,层与层之间常装有液体再分布装置 逆流式填料塔应用最多。吸收剂自塔顶向下喷淋,
3、 均匀的流经填料层,气体从塔底被送入,沿填料间空隙 上升,填料的润湿表面作气液接触的传质表面。 常用的填料塔填料有拉西环、鲍尔环、鞍形和波纹填料等。,填料塔运行稳定,操作时,一般要求液体喷淋密度在10m3/m2h 以上,且喷淋均匀。 填料塔的空塔气速一般为0.31.5ms,压降通常为0.150.60kPa/m填料,液气比为0.52.0kg/m3。 填料塔优点:结构简单、便于制造,气液接触良好,压降较小等优点。 缺点:当烟气中含有悬浮颗粒时,填料容易堵塞,清理检修时填料损耗大。,b.湍球塔 湍球塔结构如图所示,在塔内筛板上装有空心或实心小球。气流高速通过筛板时,小球在塔内湍动旋转,相互碰撞,吸收
4、剂自上向下喷淋,多为逆流吸收操作。 湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制作,也有采用不锈钢的。小球直径有25mm、30mm、38mm等几种规格,当塔的直径大于200mm时,填料的静止床层高度控制到0.20.3m。,净化气体 吸收剂 废气 吸收液 湍球塔结构示意图,操作时,湍球塔的空塔速度般为26ms,阻力损失约为0.41.2kPa。 湍球塔的优点是气流速度高,处理能力大,设备体积小,吸收效率高,不易被固体颗粒堵塞。它的缺点阻力较高,塑料小球不能承受高温,使用寿命短,需经常更换。 除尘、脱硫一体化时可考虑使用它。,c.筛板塔,筛板塔的结构如图所示。 在截面为圆形的塔内,沿塔
5、高装有多层筛板。筛板上开有215mm的小孔,开孔率一般为625。 操作时,气体从下而上经筛孔进入筛板上的液层,气液在筛板上交错流动,通过气体的鼓泡进行吸收。气液可以进行逐级的多次接触。 一般控制空塔速度为1.02.5ms,气体穿过筛孔的气速约为4.512.8ms,每块板的压降为0.82.0kPa。,d.喷淋塔 (空塔),用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴,以增大气-液相的接触面积,完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。喷淋塔的结构见下图。 在吸收器中,气体通常是自下而上流动,而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒。当塔体比较高时,可将喷洒器分层放置,也可以采用组合喷洒方
6、式。 空塔结构简单,造价低廉,阻力小,效率较高(90),因此在火电厂烟气湿法脱硫中得到了广泛的应用。,(4)吸收设备的选择,a.当气液反应速度很快,可优先选喷淋塔、填料塔等; b.若反应速度极快,热效应大时,也可以采用筛板塔; c.如果反应物浓度高,可选用文丘里或空塔; d.当气液传质速度慢时,需要提供大量的液体,此时 采用鼓泡塔;或增大液气比; e.在吸收容易产生固体时,宜选用内部构件少、阻力 小、压降小的设备,如泼水轮吸收室等; f.在达到吸收要求的前提下,尽可能选用结构简单、 造价低廉、容易操作的设备。,填料塔,填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面,并为提高其湍动程度(主要是气相)创
7、造条件,以利于传质(包括传热)。它们应能使气、液接触面大、传质系数高,同时通量大而阻力小,所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好,并在结构上还要有利于两相密切接触,促进湍流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性,并具有一定的机械强度,使填料层底部不致因受压而碎裂、变形。 选择填料的原则:有较大的比表面积 有较高的空隙率 具有适宜的填料尺寸和堆积密度 有足够的机械强度 对于液体和气体均需具有化学稳定性 制造容易,价格便宜,填料塔-填料的类型和性能评价,(a)拉西环填料 拉西环(Rashing Ring)填料是1914年发现的,是使用最早的一种填料,为高度与直径相等的圆环,常用的直径为
8、2575mm(亦有小至6mm,大至150mm的,但少用),陶瓷环壁厚2.59.5mm,金属环壁厚 0.81.6mm。填料多乱堆在塔内,直径大的亦可整砌,以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势。在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板,即成为列辛环;环内加螺旋形隔板则成为螺旋环。隔板有提高填料能力与增大表面的作用。 由于拉西环在填装时容易产生架桥、空穴等现象,液体不易流入圆环的内部,所以极易产生液体的偏流、沟流和壁流,气液分布较差,传质效率低,又由于填料层持液量大,气体通过填料层折返的路径长,气体通过填料层的阻力大、通量小。故近年来使用较少。,(b)弧鞍填料 弧鞍又称贝尔鞍(Berl saddle),是
9、出现较早的鞍形填料,形如马鞍,大小自25mm至50mm的较常用。弧鞍填料的特点是表面不分内外全部敞开,液体在表面两侧均匀流动,表面利用率高,流道呈弧形,流动阻力小。它的另一特点是堆放在塔内时,对塔壁侧压力比环形填料小。其缺点是由于两侧表面构形相同,堆放时填料容易叠合,因而减少暴露的表面,不能被液体润湿,使传质效率降低。最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。,填料塔-填料的类型和性能评价,填料塔-填料的类型和性能评价,(c)矩鞍(Intalox saddle) 为克服弧鞍填料容易套叠的缺点,将弧鞍填料两端的弧形改为矩形,且两面大小不等,即成为矩鞍填料。 矩鞍填料堆积时不会叠
10、合,液体分布较均匀,且较耐压力,构形简单。一般采用陶瓷材料制成,其性能优于拉西环。目前国内大多数应用瓷质拉西环的场合均以被瓷质矩鞍填料所取代。,填料塔-填料的类型和性能评价,(d)鲍尔环(Pall ring) 鲍尔环的构造,相当于在拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔,开孔时只断开四条边中的三条边,另一边保留,向环内弯曲,形成内伸的舌叶,这些舌片在环内几乎对接起来。填料的空隙率与比表面并未因而增加。但由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气体流动阻力降低,液体分布比较均匀。因此,鲍 尔环比拉西环气体通量增大50&以上,传质效率增加30%左右。鲍尔环填料以其优良性能得到广泛应
11、用。,填料塔-填料的类型和性能评价,(e)阶梯环(Cascade miniring) 是在鲍尔环基础上加以改造而得出的一种新型填料,阶梯环与鲍尔环相似之处是环壁上也开有窗孔。但其高度是鲍尔环的二分之一,由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。阶梯环填料的一端增加了一个翻边,不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主,变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。阶梯环成为目前使用的环形填料中最为优良的一种,,填料塔-填料的类型和性能评价,(f)金属环矩鞍填料
12、(Metal Intalox saddle) 这是一种兼有环形填料和鞍 形填料结构特点的新型填料,该 填料一般用金属材料制作。在鞍 的背部冲出两条狭带,弯成环形 筋,筋上又冲出四个小爪弯入环 内。它在构形上是鞍与环的结合, 敞开的侧壁有利于气体和液体通 过,减少了填料层内滞液死区, 填料层内流通孔道增多,使气液 分布更加均匀,传质效率得以提 高。金属环矩鞍填料的综合性能 优于鲍尔环和阶梯环,是散装填 料中应用较多、性能优良的一种 填料。,填料塔-填料的类型和性能评价,(g)球形填料 是散装填料的另一种形式,一般采用塑料材质注塑而成,其结构有多种。有许多板片构成的多面球形填料;也有许多枝条的格栅
13、组成的球形填料。它们的特点是球体为空心,可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性,填料填装密度均匀,不易产生空穴和架桥,所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定场合,工程应用较少。,填料支撑装置,填料支撑装置的作用是支撑塔内填料层,对其要求是:第一,应具有足够的强度和刚度,能支撑填料的重量、填料层的持液量及操作中的附加压力等;第二,应具有大于填料层孔隙率的开孔率,以防止在此处首先发生液泛;第三,结构合理,有利于气液二相的均匀分布,阻力小,便于拆装。,填料支撑装置,常用的填料支撑装置有栅板型、孔管型和驼峰型。如图4.8所示。选择哪种支撑装置,主要根据塔径、使用的填料种类和型号
14、、塔体及填料的材质、气液流速而定。 (a)栅板型 (b)孔管型 (c)驼峰型,图4.8 填料支撑装置,填料塔-液体分布装置,(5)液体分布装置 为了实现填料内气液二相密切接触、高效传质,填料塔的传质过程要求塔内任一截面上气液两相流体能均匀分布,特别是液体的初始分布至关重要,理想的液体分布器应具备以下条件: 与填料相匹配的液体均匀分布点。填料比表面积越大,分离要求越精密,则液体分布器分布点密度也应越大。 操作弹性较大,适应性好。 为气体提供尽可能大的自由截面,实现气体的均匀分布,且阻力小。 结构合理,便于制造、安装、调整和检修。 液体分布装置的种类多样,有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。,填
15、料塔-液体分布装置,喷头式分布器如图4.10(a)所示。液体由半球形喷头的小孔喷出,小孔直径为3-10mm,同心圆排列,喷洒角小于80,喷洒直径1/5-1/3 D。这种分布器结构简单,只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞,一般应用较少。 盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。如图4.10(b)、(c)所示。液体加至分布盘上,经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6-0.8倍,此种分布器用于D800mm的塔中。,(a)喷头式,(b)盘式筛孔式,(c)盘式溢流管式,填料塔-液体分布装置,管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单,供气流流过的自由截面大,阻力小。但小孔易堵塞、弹性一般较小,管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中,在减压精馏及丝网波纹填料中,由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状,如图片4.10(d)、(e)所示。,(d)排管式,(e)环管式,填料塔-液体分布装置,槽式液体分布器通常是由分流槽(又称主槽或一级槽)、分布槽(又称副槽或二级槽)构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分为若干流股,分别加入其下方的液体分布槽,分布槽