吸收設(shè)備專業(yè)培訓教材

1、吸收設(shè)備專業(yè)培訓教材吸收設(shè)備的分類和特點1對吸收設(shè)備的根本要求 a.氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸 b.氣液之間擾動劇烈，吸收阻力小，吸收效 率高； c.操作穩(wěn)定并有適宜的彈性； d.氣流通過時的壓降小； e.結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低廉； f.針對具體情況，要求具有抗蝕和防堵能力。 2吸收設(shè)備的分類a.外表吸收器 凡能使氣液兩相在固定的接觸面上進行吸收操作的設(shè) 備均稱為外表吸收器。如填料塔、湍球塔等。廢氣由 塔底進入，吸收劑由塔頂均勻地噴淋到填料層中并向 下流動。廢氣與吸收劑在填料層中充分接觸，吸收傳 質(zhì)的平均推動力大，吸收效果好。b.鼓泡式吸收器 典型的鼓泡式吸收器是板式塔，塔內(nèi)

2、裝有多孔塔板， 板上裝滿吸收劑，呈連續(xù)相；氣體由板下進入，在塔 板上與液體形成鼓泡層，在此有害組分被吸收。常見 的設(shè)備有鼓泡塔和各種板式塔。c.噴灑式吸收器 用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣-液 接觸面，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑 吸收器噴霧塔或稱空塔和文丘里吸收器。3幾種常用吸收塔的結(jié)構(gòu)與特點a.填料塔 填料塔的典型結(jié)構(gòu)如下圖。塔內(nèi)裝有支撐板，板 上堆放填料層，吸收液通過安裝在填料上部的分布器灑 向填料。填料在整個塔內(nèi)可堆成一層，也可分成幾層。 當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置 逆流式填料塔應用最多。吸收劑自塔頂向下噴淋， 均勻的流經(jīng)填料層，氣體從塔底

3、被送入，沿填料間空隙 上升，填料的潤濕外表作氣液接觸的傳質(zhì)外表。 常用的填料塔填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形和波紋填料等。 填料塔運行穩(wěn)定，操作時，一般要求液體噴淋密度在10m3/m2h 以上，且噴淋均勻。 填料塔的空塔氣速一般為0.31.5ms，壓降通常為0.150.60kPa/m填料，液氣比為0.52.0kg/m3。 填料塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、便于制造，氣液接觸良好，壓降較小等優(yōu)點。 缺點：當煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易堵塞，清理檢修時填料損耗大。 b.湍球塔 湍球塔結(jié)構(gòu)如下圖，在塔內(nèi)篩板上裝有空心或?qū)嵭男∏?。氣流高速通過篩板時，小球在塔內(nèi)湍動旋轉(zhuǎn)，相互碰撞，吸收劑自上向下噴淋，多為逆流吸收操作

4、。 湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或發(fā)泡聚苯乙烯等塑料制作，也有采用不銹鋼的。小球直徑有25mm、30mm、38mm等幾種規(guī)格，當塔的直徑大于200mm時，填料的靜止床層高度控制到0.20.3m。 凈化氣體 吸收劑 廢氣 吸收液 湍球塔結(jié)構(gòu)示意圖 操作時，湍球塔的空塔速度般為26ms，阻力損失約為0.41.2kPa。 湍球塔的優(yōu)點是氣流速度高，處理能力大，設(shè)備體積小，吸收效率高，不易被固體顆粒堵塞。它的缺點阻力較高，塑料小球不能承受高溫，使用壽命短，需經(jīng)常更換。 除塵、脫硫一體化時可考慮使用它。c.篩板塔 篩板塔的結(jié)構(gòu)如下圖。 在截面為圓形的塔內(nèi)，沿塔高裝有多層篩板。篩板上開有215mm

5、的小孔，開孔率一般為625。 操作時，氣體從下而上經(jīng)篩孔進入篩板上的液層，氣液在篩板上交錯流動，通過氣體的鼓泡進行吸收。氣液可以進行逐級的屢次接觸。 一般控制空塔速度為1.02.5ms，氣體穿過篩孔的氣速約為4.512.8ms，每塊板的壓降為0.82.0kPa。 d.噴淋塔 空塔 用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣-液相的接觸面積，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑吸收器和文丘里吸收器。噴淋塔的結(jié)構(gòu)見以下圖。 在吸收器中，氣體通常是自下而上流動，而液體那么是由裝在塔頂?shù)膰娚淦鞒世葼顕姙ⅰ．斔w比較高時，可將噴灑器分層放置，也可以采用組合噴灑方式。 空塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，阻力小

6、，效率較高90，因此在火電廠煙氣濕法脫硫中得到了廣泛的應用。 4吸收設(shè)備的選擇a.當氣液反響速度很快，可優(yōu)先選噴淋塔、填料塔等；b.假設(shè)反響速度極快，熱效應大時，也可以采用篩板塔；c.如果反響物濃度高，可選用文丘里或空塔；d.當氣液傳質(zhì)速度慢時，需要提供大量的液體，此時 采用鼓泡塔；或增大液氣比；e.在吸收容易產(chǎn)生固體時，宜選用內(nèi)部構(gòu)件少、阻力 小、壓降小的設(shè)備，如潑水輪吸收室等；f.在到達吸收要求的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單、 造價低廉、容易操作的設(shè)備。填料塔 填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為提高其湍動程度(主要是氣相)創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)(包括傳熱)。它們應能使氣、液接觸面大

7、、傳質(zhì)系數(shù)高，同時通量大而阻力小，所以要求填料層空隙率高、比外表積大、外表濕潤性能好，并在結(jié)構(gòu)上還要有利于兩相密切接觸，促進湍流。制造材料又要對所處理的物料有耐腐蝕性，并具有一定的機械強度，使填料層底部不致因受壓而碎裂、變形。 選擇填料的原那么：有較大的比外表積 有較高的空隙率 具有適宜的填料尺寸和堆積密度 有足夠的機械強度 對于液體和氣體均需具有化學穩(wěn)定性 制造容易，價格廉價 填料塔-填料的類型和性能評價 (a)拉西環(huán)填料 拉西環(huán)(Rashing Ring)填料是1914年發(fā)現(xiàn)的，是使用最早的一種填料，為高度與直徑相等的圓環(huán)，常用的直徑為2575mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用

8、)，陶瓷環(huán)壁厚2.59.5mm，金屬環(huán)壁厚 0.81.6mm。填料多亂堆在塔內(nèi)，直徑大的亦可整砌，以降低阻力及減少液體流向塔壁的趨勢。在拉西環(huán)內(nèi)部空間的直徑位置上加一隔板，即成為列辛環(huán)；環(huán)內(nèi)加螺旋形隔板那么成為螺旋環(huán)。隔板有提高填料能力與增大外表的作用。由于拉西環(huán)在填裝時容易產(chǎn)生架橋、空穴等現(xiàn)象，液體不易流入圓環(huán)的內(nèi)部，所以極易產(chǎn)生液體的偏流、溝流和壁流，氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，又由于填料層持液量大，氣體通過填料層折返的路徑長，氣體通過填料層的阻力大、通量小。故近年來使用較少。 (b)弧鞍填料 弧鞍又稱貝爾鞍(Berlsaddle)，是出現(xiàn)較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自25mm至50mm的

9、較常用?；“疤盍系奶攸c是外表不分內(nèi)外全部敞開，液體在外表兩側(cè)均勻流動，外表利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。它的另一特點是堆放在塔內(nèi)時，對塔壁側(cè)壓力比環(huán)形填料小。其缺點是由于兩側(cè)外表構(gòu)形相同，堆放時填料容易疊合，因而減少暴露的外表，不能被液體潤濕，使傳質(zhì)效率降低。最近已漸為構(gòu)形改善了的矩鞍填料所代替?；“疤盍隙嘤锰沾芍圃?。 填料塔-填料的類型和性能評價 填料塔-填料的類型和性能評價 (c)矩鞍(Intaloxsaddle) 為克服弧鞍填料容易套疊的缺點，將弧鞍填料兩端的弧形改為矩形，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會疊合，液體分布較均勻，且較耐壓力，構(gòu)形簡單。一般采用陶瓷材料制

10、成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國內(nèi)大多數(shù)應用瓷質(zhì)拉西環(huán)的場合均以被瓷質(zhì)矩鞍填料所取代。 填料塔-填料的類型和性能評價 (d)鮑爾環(huán)(Pallring) 鮑爾環(huán)的構(gòu)造，相當于在拉西環(huán)的壁面上開一排或兩排正方形或長方形孔，開孔時只斷開四條邊中的三條邊，另一邊保存，向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，這些舌片在環(huán)內(nèi)幾乎對接起來。填料的空隙率與比外表并未因而增加。但由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)外表的利用率，氣體流動阻力降低，液體分布比較均勻。因此，鮑 爾環(huán)比拉西環(huán)氣體通量增大50&以上，傳質(zhì)效率增加30%左右。鮑爾環(huán)填料以其優(yōu)良性能得到廣泛應用。 填料塔-填料的類型和性能評價 (e)階梯環(huán)(Cascad

11、eminiring) 是在鮑爾環(huán)根底上加以改造而得出的一種新型填料，階梯環(huán)與鮑爾環(huán)相似之處是環(huán)壁上也開有窗孔。但其高度是鮑爾環(huán)的二分之一，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)填料的一端增加了一個翻邊，不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主，變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料外表流動的聚集分散點，可以促進液膜的外表更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種， 填料塔-填料的類型和性能評價 (f)金屬環(huán)矩鞍填料(MetalIntaloxsaddle) 這是一種兼有環(huán)形填料和

12、鞍 形填料結(jié)構(gòu)特點的新型填料，該 填料一般用金屬材料制作。在鞍 的背部沖出兩條狹帶，彎成環(huán)形 筋，筋上又沖出四個小爪彎入環(huán) 內(nèi)。它在構(gòu)形上是鞍與環(huán)的結(jié)合， 敞開的側(cè)壁有利于氣體和液體通 過，減少了填料層內(nèi)滯液死區(qū)， 填料層內(nèi)流通孔道增多，使氣液 分布更加均勻，傳質(zhì)效率得以提 高。金屬環(huán)矩鞍填料的綜合性能 優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是散裝填 料中應用較多、性能優(yōu)良的一種 填料。 填料塔-填料的類型和性能評價 g球形填料 是散裝填料的另一種形式，一般采用塑料材質(zhì)注塑而成，其結(jié)構(gòu)有多種。有許多板片構(gòu)成的多面球形填料；也有許多枝條的格柵組成的球形填料。它們的特點是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內(nèi)部通過。

13、由于球體結(jié)構(gòu)的對稱性，填料填裝密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定場合，工程應用較少。填料支撐裝置 填料支撐裝置的作用是支撐塔內(nèi)填料層，對其要求是：第一，應具有足夠的強度和剛度，能支撐填料的重量、填料層的持液量及操作中的附加壓力等；第二，應具有大于填料層孔隙率的開孔率，以防止在此處首先發(fā)生液泛；第三，結(jié)構(gòu)合理，有利于氣液二相的均勻分布，阻力小，便于拆裝。填料支撐裝置 常用的填料支撐裝置有柵板型、孔管型和駝峰型。如圖4.8所示。選擇哪種支撐裝置，主要根據(jù)塔徑、使用的填料種類和型號、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流速而定。 (a)柵板型 (b)孔管型 (c)駝峰型

14、 圖4.8 填料支撐裝置填料塔-液體分布裝置 5液體分布裝置 為了實現(xiàn)填料內(nèi)氣液二相密切接觸、高效傳質(zhì)，填料塔的傳質(zhì)過程要求塔內(nèi)任一截面上氣液兩相流體能均勻分布，特別是液體的初始分布至關(guān)重要，理想的液體分布器應具備以下條件： 與填料相匹配的液體均勻分布點。填料比外表積越大，別離要求越精密，那么液體分布器分布點密度也應越大。 操作彈性較大，適應性好。 為氣體提供盡可能大的自由截面，實現(xiàn)氣體的均勻分布，且阻力小。 結(jié)構(gòu)合理，便于制造、安裝、調(diào)整和檢修。 液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。填料塔-液體分布裝置 噴頭式分布器如圖4.10a所示。液體由半球形噴頭的小孔噴出，小

15、孔直徑為3-10mm,同心圓排列，噴灑角小于80，噴灑直徑1/5-1/3 D。這種分布器結(jié)構(gòu)簡單，只適用于直徑小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般應用較少。 盤式分布器有盤式篩孔型分布器、盤式溢流管式分布器等形式。如圖4.10b、c所示。液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔或溢流管流下。分布盤直徑為塔徑的倍，此種分布器用于D800mm的塔中。(a)噴頭式 (b)盤式篩孔式 (c)盤式溢流管式填料塔-液體分布裝置 管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單，供氣流流過的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞、彈性一般較小，管式液體分布器多用于中等以下液體負荷的填料塔中，在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋

16、填料中，由于液體負荷較小故常用之。管式分布器有排管式、環(huán)管式等不同形狀，如圖片4.10d、e所示。(d)排管式 (e)環(huán)管式 填料塔-液體分布裝置 槽式液體分布器通常是由分流槽又稱主槽或一級槽、分布槽又稱副槽或二級槽構(gòu)成的。一級槽通過槽底開孔將液體初分為假設(shè)干流股，分別參加其下方的液體分布槽，分布槽的槽底或槽壁上設(shè)有孔道，將液體均勻分布于填料層上，如圖片4.10f所示。槽式分布器具有較大的操作彈性和較好的抗污性，特別適合于氣液負荷大及含有固體懸浮物、粘度大的別離場合。由于槽式分布器具有優(yōu)良的分布性能和抗污垢性能，應用范圍非常廣泛。 (f)槽式 填料塔-液體分布裝置 槽盤式分布器是近年來開發(fā)的新

17、型液體分布器，它將槽式及盤式分布器的優(yōu)點有機地結(jié)合一體，兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，操作彈性高達10：1，氣流分布均勻，阻力小，特別適用于易發(fā)生夾帶、易堵塞的場合。槽盤式液體分布器的結(jié)構(gòu)如圖4.10(g)所示。 (g)槽盤式 圖4.10 液體分布器填料塔-填料壓緊裝置 4填料壓緊裝置 為保持操作中填料床層為一高度恒定的固定床，從而保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，在填料填裝后于其上方安裝填料壓緊裝置。這樣，可以防止在高壓降、瞬時負荷波動等情況下填料床層發(fā)生松動和跳動。 填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。圖4.9列出了幾種常用的填料壓緊裝置，填料壓板自由放置于填料層

18、上端，靠自身重力將填料壓緊，它適用于陶瓷、石墨制的散裝填料，因其易碎，當填料層發(fā)生破碎時，填料層孔隙率下降，此時填料壓板可隨填料層一起下落，仍能緊緊壓住填料而不會引起填料松動。床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。因金屬及塑料填料不易破碎，且有彈性，在填裝正確時不會使填料下沉。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對于小塔可用螺絲固定于塔壁，而大塔那么用支耳固定。 (a)填料壓緊網(wǎng)板 (b)填料壓緊柵板 (c)金屬壓板 圖4.9 填料壓緊裝置 填料塔 6液體收集及再分布裝置 當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層分布不均勻，從而使反響效率下降。為此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設(shè)置再分布裝置，液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩局部，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后送到液體再