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填料吸收塔设计与应用及填料选择

  
填料吸收塔设计与应用及填料选择
 
填料塔作为一种气液传质分离设备,已广泛应用于化工、石化、医药和环保等行业的吸收操作中。化工厂吸收工艺可用于混合气体的分离、原料气的净化、混合气体中某一组分的回收、化工产品的制备等工艺过程。
一、吸收原理
在吸收操作中,选择合适的溶剂,使气体混合物中的一种或多种气体溶解在溶剂中,达到分离混合气体的目的。
吸收操作通常分为物理吸收和化学吸收。物理吸收是指溶质气体溶解在溶剂中,溶质和溶剂之间不发生显著的化学反应。
化学吸收是指溶质与溶剂发生明显化学反应的吸收过程。
二、吸收操作的特点
由于气体的溶解度随着压力的增加和温度的降低而增加,平衡线随着压力的增加而下移,增加了吸收过程的驱动力。但如果压力过高,设备投资和频繁运行成本会增加,降温也会受到气温和运行成本的影响。因此,需要选择合适的操作压力和温度。
三、填料吸收塔工艺流程
大多数填料吸收塔采用气液逆流操作工艺,在整个塔内往往有较大的气液相平均驱动力,从而提高传质效率。但在一些特殊的化学吸收中,当溶解溶质与吸收液的反应是不可逆过程时,并流和逆流的平均驱动力没有区别,填料是液相反应的催化剂。在这种情况下,可以采用并流工艺,如石油工业中的加氢精制。
填料吸收塔的设计主要包括两个部分,一是吸收过程的计算,二是吸收塔的设计。根据物料系统性质、被吸收组分的分离纯度、操作条件等参数,进行吸收过程的物料和热平衡计算;传质计算,以确定所需的填料层高度;计算塔设备的结构,确定塔的直径和高度,合理设计液气分布器等塔内件。
四、填料的选择
填料的类型、尺寸和材料应根据材料系统的性质、分离难度、操作条件、材料系统的腐蚀性能等因素进行选择。
填料可以是规整填料或散装填料。规整填料空隙率大、压力低、允许流量大,适用于难分离系统的气膜控制。然而,与散装填料相比,规整填料的制造和安装更加昂贵和麻烦。散装填料在吸收中应用广泛,适应性强,填料便宜,制造、安装和清洗方便。规整填料或散装填料有各种类型和尺寸,但流体力学性能、传质性能和运行弹性负荷却有很大不同。可以先选择几种填料,计算塔径和压降,估算设备投资成本和运行成本,通过优化比较确定填料的类型和尺寸。一般来说,吸收过程中的液体量很大,因此应使用大型填料。
至于填料材料,金属、塑料和陶瓷可用于吸收过程,这取决于被分离介质的特性和操作条件。金属材料通常是不锈钢、碳钢、铝、铜和低合金钢,塑料材料是聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯,陶瓷是耐酸陶瓷和耐碱陶瓷。材料的选择要根据材料体系的腐蚀程度,还要考虑塑料材料的耐热性。

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