精餾塔課程設(shè)計文獻綜述

1、二 文獻綜述關(guān)鍵詞：填料塔；聚丙烯；吸收摘 要: 填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域 ,在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實踐表明 ,合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計 ,是保證凈化效果的前提。本文簡述聚丙烯階梯填料應(yīng)用于水吸收氨過程的工藝設(shè)計以及工程問題。（一） 引言填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。而塔填料塔內(nèi)件及工藝流程又是填料塔技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從塔填料、塔內(nèi)件以及工藝流程,特別是塔填料三方面對填料塔技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作了介紹,說明了塔填料及塔內(nèi)件在填料塔技術(shù)中的重要性。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點：

2、（1）生產(chǎn)能力大；（2）分離效率高；（3）壓降小；（4）操作彈性大；（5）持液量小。聚丙烯材質(zhì)填料作為塔填料的重要一類，在化工上應(yīng)用較為廣泛，與其他材質(zhì)的填料相比，聚丙烯填料具有質(zhì)輕、價廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點，但其明顯的缺點是表面潤濕性能差。研究表明，聚丙烯填料的有效潤濕面積僅為同類規(guī)格陶瓷填料的 40 % ，由于聚丙烯填料表面潤濕性能差，故傳質(zhì)效率較低，使應(yīng)用受到一定的限制.為此，對聚丙烯填料表面進行處理，以提高其潤濕及傳質(zhì)性能的研究日益受到人們的重視. 近年來，國內(nèi)外一些學(xué)者做了該方面的研究工作，研究結(jié)果表明，聚丙烯填料經(jīng)表面處理后，潤濕及傳質(zhì)性能得到了較大的提高。聚丙烯階梯環(huán)

3、填料為外徑是高度的兩倍的圓環(huán) ,在側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔 , 并在一端增加了一個錐形翻邊，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連 ,另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲 ,形成內(nèi)伸的舌葉 ,各舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔 ,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率 ,氣流阻力小 ,液體分布均勻。階梯環(huán)與鮑爾環(huán)相比 ,其高度減少了一半 ,并在一端增加了一個錐形翻邊。（二） 填料塔技術(shù)填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不

4、設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(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。當(dāng)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(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)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部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量

5、小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當(dāng)液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等1 填料的類型填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。（1）散裝填料散裝填料是一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(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料。其中有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍環(huán)、矩鞍環(huán)、金屬環(huán)矩鞍環(huán)、球形填料等。（2）規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的幾何構(gòu)

6、形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。在散裝填料發(fā)展的同時出現(xiàn)了規(guī)整填料。60年代以后，生產(chǎn)規(guī)模大型化要求具有大通量，能改善液體均勻分布，以提高分離效率及克服放大效應(yīng)，降低填料層阻力及持液量，以起到節(jié)能效果。規(guī)整填料在這方面有獨特的優(yōu)點，因此各種規(guī)整填料運應(yīng)而生。規(guī)整填料在整個塔截面上，集合形狀規(guī)則、對稱、均勻。它規(guī)定了氣液流量，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小。在相同的能量和壓降下，與散裝填料相比，可以安排更大的表面積，因此效率高。由于起結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，合理的設(shè)計可以做到幾乎無放大效應(yīng)。經(jīng)過短短的二十幾年已經(jīng)形成了比較完整的規(guī)整填料系列

7、。2 填料的幾何特性填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數(shù)。（1）比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評價填料性能優(yōu)劣的一個重要指標。（2）空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料性能優(yōu)劣的又一重要指標。 （3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子

8、，填料未被液體潤濕時的a/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時的a/e3稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動阻力越小。3 填料的性能評價填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通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，表面的潤濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學(xué)方法對九種常用填料的性能進行了評價，得出如表3-1所示的結(jié)論。可看出，絲網(wǎng)波紋填料綜合性能最好，拉西環(huán)最差。（三）填料塔的流體力學(xué)性能填料塔的流體力學(xué)性能

9、主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。1填料層的持液量填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示?？偝忠毫繛殪o持液量和動持液量之和，即 。填料層的持液量可由實驗測出，也可由經(jīng)驗公式計算。一般來說，適當(dāng)?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的，但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。2填料層的壓降在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，

10、液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降dp/z與空塔氣速u的關(guān)系標繪在對數(shù)坐標紙。3液泛在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾啵藭r氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐?，此種情況稱為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。4液體噴淋密度和填料表面的潤濕填料塔中氣液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動的液膜上進行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)

11、的表面潤濕性能。5返混在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象的原因很多，如：填料層內(nèi)的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流；液體噴淋密度過大時所造成的氣體局部向下運動；塔內(nèi)氣液的湍流脈動使氣液微團停留時間不一致等。（四）填料的選擇填料的選擇包括填料種類的選擇、填料規(guī)格的選擇（散裝填料規(guī)格的選擇、規(guī)整填料規(guī)格的選擇）、填料材質(zhì)的選擇等，所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用最低。（五）填料塔的內(nèi)件填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及

12、優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。1填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的填料支承裝置有如圖片3-14所示的柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。2填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(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。3液體分布裝置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。4液體收集及再分布裝置液體沿填料層向下流動時，有偏向塔壁流動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流將導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液體

13、再分布裝置。最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。截錐式再分布器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但它只起到將壁流向中心匯集的作用，無液體再分布的功能，一般用于直徑小于0.6m的塔中。在通常情況下，一般將液體收集器及液體分布器同時使用，構(gòu)成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進行液體再分布。常用的液體收集器為斜板式液體收集器。前已述及，槽盤式液體分布器兼有集液和分液的功能，故槽盤式液體分布器是優(yōu)良的液體收集及再分布裝置。（六） 工藝流程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢填料塔技術(shù)用于各類工業(yè)物系的分離,雖然設(shè)計的重點在塔體及塔內(nèi)件等核心部分,但與之相配套的外部工藝和換熱系統(tǒng)應(yīng)

14、視具體的工程特殊性作相應(yīng)的改進。例如在dmf回收裝置的擴產(chǎn)改造項目中,要求利用原常壓塔塔頂蒸汽,工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù),達到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果，在硝基氯苯分離項目中;改原多塔精餾、兩端結(jié)晶工藝為單塔精餾、端結(jié)晶流程,并對富間硝基氯苯母液進行精餾分離,獲得99%以上的間硝基氯苯,既提高產(chǎn)品質(zhì)量,又取得了降低能耗的技術(shù)效果。綜合考察各分離過程的優(yōu)缺點：分離技術(shù)就是指在沒有化學(xué)反應(yīng)的情況下分離出混合物中特定組分的操作。這種操作包括蒸餾，吸收，解吸，萃取，結(jié)晶，吸附，過濾，蒸發(fā)，干燥，離子交換和膜分離等。利用分離技術(shù)可為社會提供大量的能源，化工產(chǎn)品和環(huán)保設(shè)備，對國

15、民經(jīng)濟起著重要的作用。為了使填料塔的設(shè)計獲得滿足分離要求的最佳設(shè)計參數(shù)(如理論板數(shù)、熱負荷等)和最優(yōu)操作工況(如進料位置!回流比等),準確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分)、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離技術(shù)。而且,20世紀80年代以來,以高效填料及塔內(nèi)件為主要技術(shù)代表的新型填料塔成套分離工程技術(shù)在國內(nèi)受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。（一）設(shè)計方案簡介一 方案的確定1在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強烈的刺激性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會造成破壞和污染，因此，為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進行吸收，本次化工原理課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達到排放標準。設(shè)計采用填料塔進行吸