丙酮?dú)怏w吸收裝置的工藝設(shè)計(jì)

1、填料塔的選擇是填料塔設(shè)計(jì)中最重要的部分。一般要求塔填料具有較大的流量、較低的壓力、較高的傳質(zhì)效率、較大的操作靈活性和穩(wěn)定的性能，能夠滿足系統(tǒng)腐蝕性、結(jié)垢性和熱敏性的特殊要求。填料強(qiáng)度要求高，便于塔的拆卸、組裝和維護(hù)，價(jià)格低廉。因此，填料應(yīng)具有較大的比表面積、較高的孔隙率、開放的結(jié)構(gòu)、較小的死空間、良好的液體再分布性能以及填料類型、尺寸和材料的適當(dāng)選擇。填充類型現(xiàn)代工業(yè)包裝按其形狀和結(jié)構(gòu)可分為規(guī)整填料和顆粒填料。(a)顆粒包裝(隨機(jī)包裝)粒狀填料通常是濕的或干的散裝填料。拉西環(huán)拉西環(huán)是最早使用的包裝。它的結(jié)構(gòu)簡單而廉價(jià)，可以由陶瓷、鋼、硅、有色金屬、塑料等材料制成。拉西環(huán)容易在塔內(nèi)產(chǎn)生壁流效應(yīng)和

2、內(nèi)竄，其通量和傳質(zhì)效率不如其他顆粒填料，目前應(yīng)用日益減少。涼亭環(huán)涼亭環(huán)是一個(gè)小矩形窗口，在萊西環(huán)的壁上有一兩層向內(nèi)彎曲。與萊西環(huán)相比，鮑爾環(huán)具有較小的氣流阻力、較大的流量、較高的傳質(zhì)效率和較大的操作靈活性。它可由金屬、塑料和陶瓷制成，是目前使用最廣泛的填料之一，但其價(jià)格高于萊西環(huán)。矩形鞍形填料矩形鞍形填料是在弧形鞍形填料基礎(chǔ)上改進(jìn)的開式填料。與弧形鞍形填料相比，矩形鞍形填料在填料床中的重疊部分明顯較少，床層均勻，空隙率較大，氣流比拉西環(huán)小，傳質(zhì)效率高，且采用陶瓷材料。梯形環(huán)梯形環(huán)是近年來發(fā)展起來的一種填料。填料的高度是鮑爾環(huán)高度的一半，一端的環(huán)壁上開有一個(gè)矩形孔。戒指上有兩層交叉的鰭，另一端是

3、一個(gè)喇叭口。氣體繞填料外壁流動(dòng)的平均路徑比鮑爾環(huán)短，喇叭口增加了填料的不對稱性，使填料主要在床內(nèi)點(diǎn)接觸，床層均勻，孔隙率大，氣流阻力小。點(diǎn)接觸有利于下流液體的匯聚和分散以及液膜的表面更新，因此傳質(zhì)效率高，流量比鮑爾環(huán)增加10%，壓力降低25%左右。梯子環(huán)可以由陶瓷、塑料和金屬材料制成。金屬環(huán)鞍形填料是介于開孔環(huán)填料和鞍形填料之間的一種新型顆粒填料。它不僅具有類似于開口環(huán)形填料的圓形開口和向內(nèi)延伸的舌片，而且具有類似于矩形鞍形填料的側(cè)面，因此其側(cè)壁非常開放，這有利于氣體和液體的通過，并且內(nèi)部滯留液體的死角少，改善了填料層中的液體分布，減少了壁流，氣液阻力小，流量大，效率提高。一般來說，顆粒環(huán)形填

4、料具有流量大的優(yōu)點(diǎn)，但其液體再分布性能較差。鞍形填料具有較好的液體分布性能，但其流量較小。馬鞍形填料是一種新型填料，它結(jié)合了環(huán)形填料和馬鞍形填料的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)。(2)常規(guī)包裝(組合包裝、預(yù)成型包裝)規(guī)整填料是由幾個(gè)形狀和幾何尺寸相同的單元組成的填料，整體填充在塔內(nèi)。有波紋包裝、網(wǎng)格包裝、纏繞包裝等。目前，波紋填料在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，包括波紋網(wǎng)和波紋板。波紋填料是通過垂直排列平行的金屬絲網(wǎng)波紋片組裝而成的。網(wǎng)格的波紋方向與塔軸一般形成30或45的傾角，相鄰網(wǎng)格的波紋傾斜方向相反，因此在波紋片之間形成一系列相互交錯(cuò)的三角形通道，兩個(gè)相鄰的圓盤成90放置。直徑小于1500毫米的塔采

5、用整體填料塔盤，直徑大于1上述兩種規(guī)整填料適用于精餾、吸收、解吸等單元操作。波紋網(wǎng)狀填料更適用于熱敏、難分離或要求高純度的產(chǎn)品的分離，特別是高真空蒸餾分離。二。填充物尺寸顆粒填料的大小直接影響塔的運(yùn)行和設(shè)備投資。一般來說，同類型填料的分離效率隨著尺寸的減小而增大，但填料層對氣流的阻力增大，通量減小，因此對于具有一定生產(chǎn)能力的塔來說，填料的投資成本將會(huì)增加。但是，在小直徑塔中使用較大尺寸的填料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氣液分布不良、氣流短路、液壁流動(dòng)嚴(yán)重等問題，從而降低塔的分離效率。實(shí)踐證明，塔徑與填料外徑之比有一個(gè)下限。如果直徑比低于該下限，塔壁附近填料層的孔隙率大且不均勻，氣流容易短路，液壁流量急劇增加。各

6、種填料的直徑比下限為：萊西環(huán)2030(最小不小于810)鮑爾環(huán)1015(最小不小于8)鞍形填料15(最小不小于8)對于一定的塔徑，滿足徑比下限的填料可能有幾種尺寸，應(yīng)根據(jù)填料性能和經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行選擇。一般情況下，當(dāng)塔的直徑d小于或等于300毫米時(shí)，建議選用25毫米的填料。當(dāng)300毫米D900毫米時(shí)，選擇25 38號填料；當(dāng)D900毫米時(shí)，選擇50 76毫米包裝。三。填料材料包裝材料的選擇應(yīng)根據(jù)材料的腐蝕性、材料的耐腐蝕性、操作溫度和綜合包裝性能以及經(jīng)濟(jì)因素。常用的材料有金屬、陶瓷和塑料。主要金屬材料有碳鋼、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、鋁及鋁合金、低碳合金鋼等。塑料材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯

7、乙烯及其增強(qiáng)塑料和其他工程塑料。塑料包裝耐腐蝕性能好，重量輕，價(jià)格適中，但耐溫性和潤濕性較差，因此主要用于工作溫度較低的吸收和水洗設(shè)備。陶瓷填料具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，普通陶瓷可以抵抗除氫氟酸以外的各種無機(jī)酸、有機(jī)酸和各種有機(jī)溶劑的腐蝕；耐堿瓷填料可用于強(qiáng)堿介質(zhì)，其價(jià)格便宜但易碎。當(dāng)一般運(yùn)行溫度較高且系統(tǒng)無明顯腐蝕性時(shí)，可使用金屬環(huán)座或金屬球環(huán)；如果溫度較低，可以使用塑料鮑爾環(huán)和塑料階梯環(huán)填料；如果系統(tǒng)有腐蝕性且工作溫度高，應(yīng)采用陶瓷鞍形填料。氣液平衡數(shù)據(jù)亨利系數(shù)對于溶解度低的難溶氣體或低濃度(10%)的氣體混合物，當(dāng)吸收液相為稀溶液時(shí)，氣液平衡關(guān)系可用亨利定律表示。P =E x(公式1)一些氣體

8、水溶液的亨利系數(shù)可以在化學(xué)工程手冊、其他化學(xué)工程手冊和化學(xué)工程原理教材中找到。一些有機(jī)液體蒸氣可溶于水，在低濃度范圍內(nèi)，平衡關(guān)系符合亨利定律，其亨利常數(shù)E可由以下經(jīng)驗(yàn)公式：計(jì)算丙酮蒸汽(x0.01，t=1545)LogE=9.171-2040/(t 273)(公式2)甲醇蒸汽(x0.10，t=1050)LogE=7.484-1550/(t 273)(公式3)乙醇蒸汽(x0.01，t=2080)LogE=9.586-2390/(t 273)(公式4)(2)溶解度數(shù)據(jù)關(guān)于一般溶解度數(shù)據(jù)，請參考化學(xué)手冊或化學(xué)原理教科書。(3)碳?xì)浠衔锏钠胶獬?shù)碳?xì)浠衔镌谟椭械娜芙舛瓤捎梢韵缕胶怅P(guān)系：表示Y=kx

9、(公式5)根據(jù)一定溫度下的氣液平衡數(shù)據(jù)，可以在x-y或X-Y坐標(biāo)上繪制等溫吸收過程的氣液平衡線。非等溫吸收氣液平衡線的確定如果吸收過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)較大，且對氣液平衡關(guān)系和吸收速度有明顯影響，則考慮非等溫吸收。在逆流吸收塔中，隨著液相濃度從頂部開始增加L C L (t n-t n-1 )=L H d均值(x n-x n-1)T n=t n-1 H d平均值/C L (x n-x n-1)(公式6)因?yàn)樗數(shù)囊合嘟M成是x 2，所以溫度t 2是已知的，并且可以找到相應(yīng)的氣液平衡濃度。根據(jù)等式6，可以逐段計(jì)算每個(gè)液相濃度x n下的溫度t n，從而獲得對應(yīng)于x n的氣相濃度y n ，直到x n=x 1

10、，t n=t 1，y n=y n ，這可以由對應(yīng)的x- y 確定各系統(tǒng)溶液的熱量數(shù)據(jù)請參考相關(guān)化學(xué)手冊。物料平衡和操作線方程物料平衡逆流吸收塔，以惰性氣體和吸收劑為基礎(chǔ)，物料平衡公式為：G=V B (Y 1-Y 2)=L S (X 1-X 2)(公式1)(2)操作線方程Y=(公式2)等式2是繪制在X-Y坐標(biāo)圖上的吸收操作線，該線的斜率為()，穿過兩點(diǎn)(X 1，Y 1)和(X 2，Y 2)。最小吸收劑劑量和吸收劑劑量最低吸收劑消耗量(公式3)如果氣液兩相濃度很低，且平衡關(guān)系符合亨利定律，也可以用以下公式計(jì)算：(公式4)如果氣液平衡線是凸的，則公式3中的X 1 *應(yīng)由操作線和平衡線的切點(diǎn)處的液相組

11、成X e *代替，該平衡線與切點(diǎn)處的氣相組成Y e(特定摩爾分?jǐn)?shù))平衡。吸收劑消耗量吸收劑的用量直接影響吸收塔的大小、塔底液相的濃度和操作成本，因此應(yīng)通過權(quán)衡設(shè)備成本、操作成本和工藝要求來決定。一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信噪比=(1.12.0)信噪比，最小值塔直徑計(jì)算填料塔的直徑根據(jù)混合氣體的處理能力和所選擇的合適的氣體速度由以下公式計(jì)算：D=(公式5)洪水點(diǎn)氣體流速的計(jì)算填料塔的泛點(diǎn)氣速與氣液流量、物料系統(tǒng)性質(zhì)、填料類型、尺寸等因素有關(guān)，計(jì)算方法很多。目前，工程計(jì)算中常用?？颂乜倝合嚓P(guān)圖或貝恩和豪根相關(guān)圖來計(jì)算驅(qū)點(diǎn)氣速f一般壓力相關(guān)圖橫坐標(biāo)值根據(jù)氣液流速和密度計(jì)算。垂直線與隨機(jī)包裝的泛點(diǎn)線相交，讀取交點(diǎn)的

12、垂直坐標(biāo)值。氣體速度由垂直標(biāo)準(zhǔn)公式通過已知參數(shù)計(jì)算得出，如驅(qū)氣速度u f。貝恩和胡根的相關(guān)性(公式6)表1 1貝恩和胡根相關(guān)性中的常數(shù)值填料的類型蕾絲戒指瓷器弧形馬鞍瓷矩形鞍座鮑爾環(huán)級聯(lián)環(huán)瓷金屬塑料的金屬瓷塑料的金屬恒定值0.0220.260.1760.06230.09420.1000.02940.2040.106安全系數(shù)一般工業(yè)設(shè)備中常用的填料的安全系數(shù)值如下。包裝安全系數(shù)%花邊環(huán)6080鞍座和球環(huán)填料60-85份對于有起泡傾向的系統(tǒng)，安全系數(shù)應(yīng)為4555%。根據(jù)生產(chǎn)條件，可用的氣體速度可以從允許的壓降計(jì)算出來。填料塔的一般操作氣體速度范圍吸收系統(tǒng)操作氣體速度，米/秒氣體溶解度高的吸收過程氣

13、體溶解度適中或稍小的吸收過程低氣體溶解度的吸收過程純堿溶液的二氧化碳吸收過程一般除塵13.01.52.00.30.81.52.01.82.8如果按上述方法計(jì)算的塔徑不是整數(shù)，則應(yīng)按壓力容器公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)取整，取整方法與板式塔相同。填料塔噴淋密度的驗(yàn)證吸收劑劑量和塔徑確定后，還應(yīng)檢查液體的噴霧密度，即單位時(shí)間內(nèi)每m 2塔段的吸收劑量為m3/(m2)或kg/(m2)。為了充分濕潤填料表面，噴霧密度應(yīng)高于最小噴霧密度LSPRESim min，m3/(m2)。一般情況下，最小噴灑密度l噴灑mi n為5 12 m3/(m2h)。Morris和Jackson推薦的最小潤濕率(MWR):對于直徑小于75毫米

14、的環(huán)形填料和板間直徑小于50毫米的網(wǎng)格填料，可以是0.08立方米/(米小時(shí))；對于超過上述尺寸的填料，0.12 m3/(mh)是優(yōu)選的實(shí)際噴灑密度應(yīng)大于最小噴灑密度。然而，當(dāng)處理大量低濃度或易溶解的氣體時(shí)，吸收劑的量不足以完全潤濕填料，這影響了吸收效率。在這種情況下，可以采取以下措施：在工藝條件范圍內(nèi)，吸收劑的用量應(yīng)適當(dāng)增加。填料層適當(dāng)加高進(jìn)行補(bǔ)償。在允許的范圍內(nèi)調(diào)整塔架直徑。使用液體部分再循環(huán)來增加噴霧密度(但要注意驅(qū)動(dòng)力的降低程度)。填料層壓降填料層壓降可分為干填料層壓降和噴霧壓降。干填料層的壓降可視為空氣流過多孔層的阻力，壓降基本上與湍流中空氣速度的平方成正比。當(dāng)有噴霧時(shí)，填料表面被液膜

15、覆蓋，其孔隙率、比表面積和流體力學(xué)條件隨氣液速度的變化而變化，這遠(yuǎn)比干填料層復(fù)雜。計(jì)算填料壓降的方法有很多。這里，我們主要通過相關(guān)圖法介紹?？颂貕航?見圖4)。在此圖中，除了注水管線，還有許多等壓降管線。根據(jù)已知的參數(shù)(氣液負(fù)荷、物理性質(zhì))和所用填料的壓降填充系數(shù)(而不是填充系數(shù))，計(jì)算曲線圖的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)值，并查圖讀取相應(yīng)的壓降曲線值，即通過每米填料層的氣流壓降。表3壓降填充系數(shù)包裝尺寸，毫米包裝類型1625385076金屬鮑爾環(huán)金屬環(huán)鞍座金屬梯環(huán)塑料鮑爾環(huán)塑料梯環(huán)瓷鞍瓷花邊戒指306343700105013823217621557611493.4118114116140450987182Mi 125110號井891602883662注：米是一個(gè)米形的塑料球環(huán)；這口井是一個(gè)之字形塑料鮑爾環(huán)。表3中列出的