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喷嘴在吸收塔中的应用

发布时间:2013-7-2 15:05:04    浏览次数:

吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔;第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔;第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和?#30340;?#21560;收塔。
 
  塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作,吸收剂以塔顶加入自上而下流动,与从下向上流动的气体接触,吸收了吸收质的液体从塔底排出,净化后的气体从塔顶排出。
 
  工业吸收塔应具备以下基本要求:
 
  1.塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。
 
  2.气液两相应具有强烈扰动,减少传?#39318;?#21147;,提高吸收效?#30465;?br />  
  3.操作范围宽,运行稳定。
 
  4.设备阻力小,能耗低。
 
  5.具有足够的机械强度和?#36879;?#34432;能力。
 
  6.结构简单、便于制造?#22270;?#20462;。
 
  几种常用的吸收塔
 
  1.填料塔
 
  填料塔结构见图1,它由外壳、填料、填?#29616;С小?#28082;体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成,塔外壳多采用金属材料,也可用塑?#29616;?#36896;。
 
 
 

 
 
  填料是填料塔的核心,它提供了塔内气液两相的接触面,填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备?#27927;?#30340;比表面,有?#32454;?#30340;空隙?#30465;?#33391;好的润湿性、?#36879;?#34432;、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料,20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填?#31995;齲?#20026;先进的填料塔设计提供了基础。
 
  填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程,多用于气体的净化。该塔结构简单,易于用?#36879;?#34432;材?#29616;?#20316;,气液接触面积大,接触时间长,气量变化时塔的适应性强,塔阻力小,压力损失为300~700Pa,与板式塔相比处理风量小,空塔气速通常为0.5~1.2m/s,气速过大会形成液泛,喷淋密度6~8m3/(m2,h)以保证填料润湿,液气比控制在2~10L/m3。填料塔不宜处理含尘量?#27927;?#30340;烟气,设计时应克服塔内气液分布不均的问题。
 
  2.湍球塔
 
  湍球塔结构见图2,它是填料塔的一种特殊形式,运行时塔内填?#27927;?#20110;运动状态,以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻?#24066;?#29699;填料(?#26412;?9~38mm),吸收剂自塔顶喷下,湿润小球表面,气体从塔底进入,小球被吹起湍动旋转,由于气、液、固三相充分接触,小球表面液膜不?#32454;?#26032;,增加了吸收推动力。提高了吸收效?#30465;?br />  
  该塔制造、安装、维修较方便,可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量?#27927;螅?#31354;塔气速1.5~6.0m/s,喷淋密度20~110m3/(m2·h),压力损失1 500~3 800Pa,而?#19968;?#21487;处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温,小球易裂(一般0.5~1年),需经常更换,成本高。
 
  3.板式塔
 
  板式塔是在塔内装有一层层的塔板,液体从塔顶进入。气体从塔底进入,气液的传?#30465;?#20256;热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类:一类是降液管式,如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等;另一类是穿流式板塔,如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。
 
  (1)筛孔板塔
 
  筛板结构如图3,筛?#23383;本?#19968;般取5~10mm,筛孔总面积占筛板面积的10%~18%。为使筛板上液层厚度保持均匀,筛板上设有溢流堰,液层厚度一般为40mn左右,筛板空塔风速约为1.0~3.5m/s,筛板小孔气速6~13m/s,每层筛板阻力300~600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单,处理风量大,并能处理含尘气体。不足之处是筛?#38181;?#22622;清理?#19979;櫸常?#22612;的安装要求?#32454;瘢?#22612;板应保持水平;操作弹性较小。
 
 
 

图3  筛板塔示意图
 
 
 
  (2)斜孔板塔
 
  斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式,见图4。斜孔宽10~20m,长10~15mm,高6mm。空塔气流速度一般取1~3.5m/s,筛孔气流速?#28909;?0~15m/s。气体?#26377;?#23380;水平喷出,相邻两孔的孔口方向相反,交错排列,液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm),与气流方向垂直流动,造成气液的高度湍流,使气液表面不?#32454;?#26032;,气液充分接触,传?#24066;?#26524;较好,净化效率高,同时可以处理含尘气体,不?#38181;?#22622;,每层筛板阻力约为400~600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂,制造较困难,安装要求?#32454;瘢?#23481;易发生偏流。
 
 
 

图4  斜孔板吸收塔结构示意图
 
1、6—溢流堰  2、3、5—斜孔  4—斜孔板
 
 
 
  (3)文氏管吸收器
 
  文氏管吸收器如图5,通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成,操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中,气流速度为60~100m/s,处理100m3/min的废气需液体雾化喷人量为40L/min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传?#24335;先?#26131;,特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流,气液接触时间短,不适合难溶或反应速度慢的气液吸收,而且压力损失大(800~9000h),能耗高。
 
 
 

 
 
  填料塔的吸收设计
 
  1.吸收剂用量的?#33539;?br />  
  在设计时需处理的风量(V)及其组成(Y1)、吸收后气体组成(Y2)及吸收剂的组成(X2)是给定的,而出塔的吸收?#40548;?#25104;(X1)与吸收剂的用量(1)有关。
 
  吸收剂用量一般为
 
L=(1.1~2)Lmin
 
式中  Lmin——吸收剂的最小用量,kmol/h。
 
    (1)
 
  X1*——与Y1对应平衡时的吸收液浓度(用比摩尔分数表示)。
 
  当吸收服从亨利定律?#20445;琘=mX,则式(1)可简化为:
 
       (2)
 
式中  m——相平衡常数;
 
    ——最小液气比,L/m3。
 
  在工程上,若吸收剂用量取Lmin值,则塔为无限高,不现实;若过多增加吸收剂,液气比增大,塔高可降低,但吸收液的解吸、再生、循环使用的能耗加大,不经济。故吸收剂用量应根据工?#23637;?#31243;和经济技术的合理性?#33539;ā?#22312;选择吸收剂用量时要保证填料有足够的湿润,一般情况下喷淋密度(即每小时每平方米塔截面上喷淋的液体量)至少大于5m3/(m2·h)。
 
  2.填料塔?#26412;?#30340;?#33539;?br />  
       (3)
 
式中  D——塔?#26412;叮琺;
 
    V——气体体积流量,m3/s;
 
    ω——实际空塔流速,m/s。
 
       ω=(0.6~0.8) ωf
 
       ωf——液泛点的空塔流速,m/s。
 
  3.填料层高度
 
  计算方法有等板高度法、传?#23454;?#20803;高度法?#25353;?#36136;系数法。用等板高度法计算如下:
 
Z=NT(HETP)  (4)
 
式中  Z——填料层高度;
 
    NT——论塔板数(可用图解法求出);
 
    HETP——等板高度(由经验公式求出)。
 
  吸收塔高度=填料高度+填料间高度+塔顶空间高+塔底空间高。
 
  4.填料层压力降
 
  填料层压力降可由填料层压降通用关联图查找、也可用阻力系数法计算。
 
      (5)
 
式中  △P——填料层的压降,Pa;
 
    ξ——阻力系数;
 
    Z——填料层的高度,m;
 
    ω——空塔气速,m/s;
 
    ——气体密度,kg/m3。
 


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