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文檔簡介

1、第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 復習: 板式塔與填料塔塔設備n塔器:高徑比很大的設備n(1)板式塔:逐級接觸式n 處理物料量大、所需塔徑較大n(2)填料塔:微分接觸式n 處理物料量小、塔徑在0.8m以下n 近年來這個格局已被打破。一、板式塔 板式塔為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設備,它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)成。 板式塔的結(jié)構(gòu) 1. 殼體2. 塔板3. 溢流堰4. 受液盤5. 降液管板式塔液相連續(xù)相汽相分散相二、板式塔篩孔塔板示意圖 1. 篩孔2. 鼓泡層3. 泡沫層4. 降液管 填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設備,它主要由圓柱形殼體、液體分布器、

2、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構(gòu)成。 1.塔殼體;2.液體分布器;3.填料壓板;4.填料;5.液體再分布器;6.填料支承板。填料塔結(jié)構(gòu)示意圖填料塔液相連續(xù)相氣相分散相二、填料塔塔設備的兩條原則n(1)使氣液兩相充分接觸,適當湍動,以提供盡可能大的傳質(zhì)面積和傳質(zhì)系數(shù),接觸后兩相又能及時完善分離;n(2)在塔內(nèi)使氣液兩相最大限度地接近逆流,以提供最大的傳質(zhì)推動力。塔設備性能評價指標n(1)通量:單位塔截面的生產(chǎn)能力n(2)分離效率:單位壓降塔的分離效果n(3)適應能力:操作彈性n(4)其他:流動阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、n 金屬耗量小、造價低、n 易于操作控制等塔設備性能評價指標n一般

3、來說,通量、效率和壓力降是互相影響甚至是互相矛盾的。對于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)來說,應在保持高通量前提下,爭取效率不過于降低;對于精密分離來說,應優(yōu)先考慮高效率,而通量和壓力降則放在第二位。與板式塔相比,填料塔具有以下特點:v 生產(chǎn)能力大v 側(cè)線進料和出料較難v 壓力降小,持液量小v 操作彈性大v 分離效率高v 造價較高v 易堵塞板式塔和填料塔的比較8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 8.7 填料塔 一、填料的類型 二、填料的性能及其評價 一、填料的類型(1) 環(huán)形填料 拉西環(huán)勒辛環(huán)十字隔板環(huán)螺旋環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)扁環(huán)改變通量,改善氣液流動狀況增加填料比表面積1.

4、散裝填料拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)扁環(huán)(2)鞍形填料與環(huán)鞍形填料 弧鞍填料改進矩鞍填料矩鞍填料與環(huán)形填料相結(jié)合環(huán)矩鞍填料一、填料的類型弧鞍填料矩鞍填料金屬環(huán)矩鞍填料(3)球形填料與花環(huán)填料 球形填料 v 多面球填料 v 花環(huán)填料 通常用塑料注塑而成v TRI球形填料 v 共軛環(huán)填料 v 海爾環(huán)填料 v 納特環(huán)填料 花環(huán)填料一、填料的類型多面球形填料TRI 球形填料花環(huán)填料海爾環(huán)填料共軛環(huán)填料納特環(huán)填料塑料異型環(huán)矩鞍填料(1)格柵填料 格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的,具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等。格柵

5、填料的比表面積較低,主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場合。 2.規(guī)整填料一、填料的類型木格柵填料格里奇格柵填料(2)波紋填料 目前工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料,它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料,波紋與塔軸的傾角有30和45兩種,組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi),相鄰的兩盤填料間交錯90排列。 波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類。一、填料的類型金屬孔板波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料陶瓷板波紋填料塑料板波紋填料二、填料的性能及其評價 (1)比表面積 單位體積填料層的表面積稱為比表面積,以 表示,其單位為 m2/m3。 傳質(zhì)面積傳質(zhì)效率流動阻力生產(chǎn)能力分析 1.

6、填料的幾何特性 (2)空隙率 單位體積填料層的空隙體積稱為空隙率,以 表示,其單位為 m3/m3,或以%表示。 流動阻力塔壓降生產(chǎn)能力傳質(zhì)效率流動阻力分析 二、填料的性能及其評價 (3)填料因子 填料的比表面積與空隙率三次方的比值稱為填料因子,以 表示,其單位為1/m。 3分析 傳質(zhì)效率流動阻力生產(chǎn)能力二、填料的性能及其評價 干填料因子在操作狀態(tài)下濕填料因子壓降填料因子 P泛點填料因子 F二、填料的性能及其評價 L濕填料因子PP 操作氣速 uFPF 泛點氣速 uF二、填料的性能及其評價 2.填料的性能評價 填料的性能評價指標 v 生產(chǎn)能力大v 傳質(zhì)效率高v 填料層壓降低v 操作彈性大v 造價低

7、 9 種填料綜合性能評價 填料名稱 評估值 評 價 排序 絲網(wǎng)波紋填料 0.86 很好 1 孔板波紋填料 0.61 相當好 2 金屬Intalox填料 0.59 相當好 3 金屬鞍形環(huán)填料 0.57 相當好 4 金屬階梯環(huán)填料 0.53 一般好 5 金屬鮑爾環(huán)填料 0.51 一般好 6 瓷Intalox填料 0.41 較好 7 瓷鞍形環(huán)填料 0.38 略好 8 瓷拉西環(huán)填料 0.36 略好 9 二、填料的性能及其評價 三、填料的選擇 1.填料類型的選擇 填料類型的選擇考慮因素 v 填料的傳質(zhì)效率要高v 填料的通量要大v 填料的壓降要低v 填料抗污堵性能強v 填料便于拆裝、檢修2.填料規(guī)格的選擇

8、 散裝填料常用的規(guī)格(公稱直徑) DN16 DN25 DN38 DN50 DN76(1)散裝填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格傳質(zhì)效率填料層壓降選擇原則:D/d 8塔徑填料公稱直徑三、填料的選擇 (2)規(guī)整填料規(guī)格的選擇 規(guī)整填料常用的規(guī)格(比表面積)125 150 250 350 500 700 同種類型的規(guī)整填料,其比表面積越大,傳質(zhì)效率越高,但阻力增加,通量減少,填料費用也明顯增加。故選用時,應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)以及設備投資、操作費用等方面綜合考慮。 三、填料的選擇 8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.7 填料塔 8.7.2 填料塔的流體力學性能與操作特性一、填料塔的流體

9、力學性能 填料層的持液量是指在一定操作的條件下,在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積。 持液量總持液量 Ht動持液量 Hc靜持液量 Hs1.填料層的持液量 HtHc Hs分析 Ht填料層壓降傳質(zhì)效率生產(chǎn)能力m3液體/m3填料填料層的壓降形成v 液膜與填料表面的摩擦v 液膜與上升氣體的摩擦u 一定L L 一定u填料塔的流體力學性能分析 PPPZP /u單位高度填料層壓降一、填料塔的流體力學性能2.填料層的壓降 填料層的P u關(guān)系液泛區(qū)載液區(qū)恒持液量區(qū)泛點載點二、填料塔的操作特性 氣液兩相的均勻分布是填料塔設計與操作中十分重要的問題。 氣液分布初始分布動態(tài)分布1.填料塔內(nèi)的氣液分布 進塔的氣液兩相通

10、過分布裝置所進行的強制分布。 在一定的操作條件下,氣液兩相在填料層內(nèi),依靠自身性質(zhì)與流動狀態(tài)所進行的隨機分布。 2.液體噴淋密度與填料表面的潤濕 單位塔截面積上單位時間內(nèi)噴淋的液體體積液體噴淋密度。LU3600m3/(m2h)L 液體體積流量,m3/s 填料塔的截面積,m2二、填料塔的操作特性(1)液體噴淋密度 (2)最小液體噴淋密度 為保證填料層的充分潤濕,必須保證液體噴淋密度大于某一極限值 最小液體噴淋密度。Uminminmin)(WLU最小液體噴淋密度,m3/(m2h)最小噴淋密度計算式 最小潤濕速率,m3/(mh)經(jīng)驗值二、填料塔的操作特性min)(WL 在泛點氣速下,持液量的增多使液

11、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?,此時氣體呈氣泡形式通過液層,氣流出現(xiàn)脈動,液體被帶出塔頂,塔的操作極不穩(wěn)定,甚至被破壞,此種情況稱為液泛。 液泛時的空塔氣速u泛點氣速 uF二、填料塔的操作特性3.液泛(1)填料塔的液泛現(xiàn)象 uF影響液泛的因素填料特性流體物性LLV液氣比分析 uFuFuFuF二、填料塔的操作特性VLWW(2)影響液泛的因素 (3)泛點率100Fuu散裝填料50規(guī)整填料6085%95%二、填料塔的操作特性 為保證填料塔正常操作,其操作氣速應低于泛點氣速,操作氣速與泛點氣速的比值稱為泛點率。 安全系數(shù)uFu(4)泛點氣速的計算二、填料塔的操作特性??颂?Ecker

12、t)通用關(guān)聯(lián)圖 散裝填料的泛點氣速可用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計算。??颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖5 . 0)(LVVLWW橫坐標縱坐標2 . 02)(LLVFFguLO2H泛點填料因子UbaFlglg二、填料塔的操作特性a、b 關(guān)聯(lián)式常數(shù),由有關(guān)手冊查出。 為了工程計算方便,將散裝填料的泛點填料因子進行歸納整理,得到與液體噴淋密度無關(guān)的泛點填料因子平均值。 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)象原因 返混的影響傳質(zhì)推動力變小,傳質(zhì)效率降低放大效應。v 填料層內(nèi)的氣液分布不均v 氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流v 氣液的湍流脈動使氣液微團停留時間不一致二、填料塔的操作特

13、性4.填料塔的返混8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.7 填料塔 8.7.2 填料塔的流體力學性能與操作特性8.7.3 填料塔的內(nèi)件一、 填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。填料支承裝置類型柵板型 孔管型 駝峰型 二、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。 填料壓緊裝置類型柵板型 網(wǎng)板型 三、液體分布裝置 液體分布裝置作用是將進塔液體均勻分布,以噴灑在填料層的上方。液體分布裝置類型噴頭式 盤式 管式 槽式 槽盤式 噴頭式液體分布器 盤式液體分布器 管式液體分布器 槽式液體分布器 槽盤式液體分布器 四、液體收集及再分布裝置 液體沿填料層向下

14、流動時,有偏向塔壁流動的現(xiàn)象壁流。壁流導致填料層內(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)設置液體再分布裝置。 液體收集及再分布裝置類型截錐式 斜板式 槽盤式液體分布器 截錐式液體收集及再分布器 斜板式液體收集器 課外資料:國內(nèi)常用的填料手冊1. 李錫源等. 新型工業(yè)塔填料應用手冊散裝填 料部分. 西安: 化學工業(yè)部第六設計院,19892. 劉乃鴻等. 工業(yè)塔新型規(guī)整填料應用手冊. 天 津: 天津大學出版社,19933. 王樹楹等. 現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南.北京:中國石 化出版社,19984. 徐崇嗣等. 塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊.北京:化學 工業(yè)出版社,1995練 習 題 目思考題1.填料有哪些主要類型?2.填料的幾何特性包括哪些參數(shù)?3.評價填料性能有那些指標?4. 填料塔的流體力學性能包括哪些方面,對填料 塔的傳質(zhì)

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