填料吸收塔

2022-10-14 22:57:04 字數 3234 閱讀 9855

(1)具有適宜的流體力學條件,可使氣液兩相接觸良好;

(2)結構簡單,處理能力大,壓降低;

(3)強化質量傳遞和能量傳遞。

表 5-11 塔裝置設計標準

填料吸收塔的操作方式有①逆流操作;②並流操作;③吸收劑部分再迴圈操作;④多塔串聯操作;⑤串聯-併聯混合操作。採用逆流操作時,氣相自塔底進入由塔底排出,液相自塔頂進入由塔底排出。逆流操作的特點是,傳質平均推動力大,傳質速率快,分離效率高,吸收劑利用率高,工業生產中多採用逆流操作,該吸收塔的設計採用逆流操作。

吸收過程是依靠氣體溶質在吸收劑中的溶解度來實現的,因此,吸收劑效能的優劣,是覺得吸收效果的關鍵之一。選擇吸收劑時,主要考慮一下幾個方面:①溶解度;②選擇性;③揮發性;④粘度;⑤其他。

該吸收塔選用廉價的水作為吸收劑,同時,塔頂進入的水也起到冷凝作用,使得氣相丙烯腈溫度下降而液化。

由aspen模擬的結果,塔頂的操作壓力為120 ,溫度為39.4℃;塔底的操作壓力為140 ,溫度為39.4℃。

填料是填料塔中氣液接觸的基本構件,其效能的優劣是決定填料塔操作效能的主要因素,因此,塔填料的選擇是填料塔設計的重要環節。

(1)填料的型別

根據裝填方式不同,填料可分為散裝填料與規整填料。

a、散裝填料是乙個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體,一般以隨機的方式堆積在塔內,又稱為亂堆填料或顆粒填料,主要包括:①拉西環填料;②鮑爾環填料;③階梯環填料;④弧鞍填料;⑤矩鞍填料;⑥環矩鞍填料等。

b、規整填料是按一定的集合圖形排列,蒸汽堆徹的填料。規整填料種類很多,根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈衝填料等,目前工業上常用的規整填料為波紋填料,其基本型別有絲網形和孔板形兩大類,可用陶瓷、塑料、金屬等材質製造。加工中,波紋與塔軸的傾角有300和450兩種,傾角為300的用代號bx(或x)表示,傾角為450用代號cy(或y)表示。

金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式,是由金屬絲網製成的。其特點是壓降低、分離效率高,特別適用於精密精餾及真空精餾裝置,為難分離物係、熱敏性物係的精餾提供了有效的手段。

金屬網板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多φ4-φ6mm的小孔,可起到分配板片上的液體,加強橫向混合的作用。金屬孔板波紋填料強度高,耐腐蝕性強,特別適用於大直徑塔及氣液負荷較大的場合。

波紋填料的優點是結構緊湊,阻力小,傳質效率高,處理能力大,比表面積大。其缺點是不適於處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料,且裝卸、清理困難,造價高。

總體來講,規整填料可以實現單位理論級的壓降最小,從而它們非常適合於要求能耗最小並需要很多理論級的分離過程。分離熱敏性物係時,它們又可使塔底溫度最低。儘管規整填料的投資一般比散裝填料高,但對分離過程的經濟考察發現,在總費用中能耗經常是決定性因素,因此,許多情況下,寧可採用規整填料而不用散裝填料。

(2)填料的選擇

填料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質等,所選填料既要滿足生產工藝的要求,又要使裝置投資和操作費用較低。

考慮到本塔的氣相負荷較大,塔徑較大,考慮選用規整填料。進行規整填料種類的選擇,應主要注意一下幾個方面的問題。

(3)填料種類的選擇

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮一下幾個方面。

①傳質效率傳質效率即分離效率,它有兩種表示方法:一是以理論級進行計算的表示方法,以每個理論級當量的填料層高度表示,即hetp值;另一是以傳質效率進行計算的表示方法,以每個傳質單元高度相當的填料層高度表示,即htu值。在滿足工藝要求的前提下,應選用傳質效率高,即hetp值低的填料。

常用規整填料的hetp值如表1。

表5-12 幾種常見規整填料的特性引數

②通量在相同的液體負荷下,填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大,則通量愈大,塔的處理能力愈大。因此,在選擇填料種類時,在保證具有較高傳質效率的前提下,應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。

③填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應用效能,填料層的壓降愈低,動力消耗越低,操作費用愈小。選擇低壓降的填料對熱敏性物係的分離尤為重要。

④填料的操作效能填料的操作效能主要指操作彈性、抗汙阻性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性,以保證塔內氣液負荷發生波動時維持操作穩定。同時,還應具有一定的抗汙阻、抗熱敏能力,以適應物料的變化及塔內溫度的變化。

⑤填料層分段

當確定了總填料層高度後,應考慮填料層是否需分擔,分段的目的是保證填料層中分布均勻,同時為上公升氣體提供橫向混合的空間和機會,從而減小放大效應,提高傳質效率。

表5-13 常見規整填料的分段高度

工業上常用規整填料的規格和型號有很多表示方法,國內習慣用比表面積表示。同種型別的規整填料,其比表面積越大,傳質效率越高,但阻力增加,通量減小,填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、裝置投資及操作費用等方面綜合考慮。

工業上,填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。

①陶瓷填料。陶瓷填料具有較好的耐腐蝕性及耐熱性,一般可耐出氫氟酸以外的其他各種無機酸和有機酸。陶瓷填料易碎,不宜在高衝擊強度下使用,但具有較好的潤濕性能。

②金屬填料。金屬填料可用多種材質製成,碳鋼填料造價低,且具有較好的表面潤濕性能,可適用於無腐蝕或低腐蝕的體系;不鏽鋼填料耐腐蝕性強,但造價較高。金屬填料的抗衝擊性強,能在高溫、高壓、高強度下應用,工業上主要以金屬填料為主。

③塑料填料。塑料填料的材質主要包括聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)及聚氯乙烯(pvc)等,其耐腐蝕性能較好,可耐一般的無機酸、鹼和有機溶劑等,但具有冷脆性,不宜在0℃一下使用,但表面潤濕性能稍差。

為保證填料充分潤濕,傳質良好且投資費用較低,應選用合適的液體噴淋密度。常用填料的液體噴淋密度如表8。

表5-14 常用填料的液體噴淋密度

由上述的分析可知,mellapak-250y型規整填料,每公尺填料的理論板數較大,液相通量較大,填料層的壓降較小,比表面積較大,是理想的規整填料。考慮到體系氫氰酸(hcn)有腐蝕作用,選用不鏽鋼材質。

mellapak規整填料為瑞士蘇爾壽公司為克服金屬絲網波紋填料由於價貴、易堵和易腐蝕而在推廣應用上有侷限性的缺點,而推出的一種能廣泛應用的規整填料。它由金屬薄片壓成帶斜齒的波紋形片組成填料盤。波紋對軸線傾角為300,450,板片上可開小孔,以促使液體分散和橫向混合,板片上可壓出溝紋以增進液體均布和潤濕。

在安裝時,每盤填料上下交錯900安放。目前已成為高效、低壓降、通量大的通用性規整填料。可用金屬、塑料、陶瓷做成。

所選mellapak-250y型規整填料的規格如下表。

表5-15 mellapak-250y型規整填料的規格

由aspen模擬結果,可將物料衡算結果總結如下:

塔頂表 5-16 塔頂進料情況

塔底表5-17 塔底進料情況

換算成操作條件下的總體積流量為

塔頂表5-18 塔頂產品組成

換算為塔頂條件下的總體積流量為

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