吸收設備安全技術詳解

作者： 2015年11月10日來源：互聯網瀏覽量：

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目前，工業生產中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。　　一、吸收塔　　完成吸收操作的設備是吸收塔。塔設備的主要作用是為氣液兩相提供充分接觸表面，使兩相間的傳質與

　　目前，工業生產中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。

　　一、吸收塔

　　完成吸收操作的設備是吸收塔。塔設備的主要作用是為氣液兩相提供充分接觸表面，使兩相間的傳質與傳熱過程能夠充分有效地進行，并能使接觸之后的氣液兩相及時分開，互不夾帶。其性能的好壞直接影響到產品質量、生產能力、吸收率及消耗定額等。因此在實際生產中選用吸收塔時，通常要求吸收塔具備生產能力大、分離效率高、操作穩定、結構簡單等特點。

　　(一) 填料塔

　　填料塔是吸收操作中使用最廣泛的一種塔型。填料塔由填料、塔內件及塔體構成，它的結構如圖11—13所示。塔體多為圓筒形，兩端有封頭，并裝有氣液體進、出口接管，塔下部裝有支承柵板，板上填充一定高度的填料，填料可以亂堆，亦可以整砌。塔頂有填料壓板和液體噴灑裝置，以保證液體均勻地噴淋到整個塔的截面上。液體自塔頂經分布裝置分散后沿填料表面流下，由于填料層中的液體往往有向塔壁流動的傾向，故填料層較高時，常將其分若干段，每兩段之間設有液體再分布裝置，可將向塔壁流動的液體重新噴灑到截面中心，保證整個填料表面都能得到很好的濕潤。

　　在填料塔的操作中，氣體在壓強差的推動下，自下而上通過填料間的間隙由塔的底部流向頂部；吸收劑則由塔頂噴淋裝置噴出分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面向下流動形成液膜，由塔底引出。氣液兩相在塔內互成逆流接觸，兩相的傳質通常是在填料表面的液體與氣體間的界面上進行。填料塔屬于連續接觸式的氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化，在正常操作狀態下，氣相為連續相，液相為分散相。

　　填料塔的優點是生產能力大、分離效率高、阻力小、操作彈性大、結構簡單、易用耐腐蝕材料制作、造價低。

　　(二) 湍球塔

　　湍球塔也是吸收操作使用較多的一種塔型。它的結構如圖“所示。它的主要構件有支承柵板、球形填料、擋網、霧沫分離器、液體噴嘴等。操作使用時把一定數量的球形填料放在柵板上，氣體由塔底引入，液體由塔頂入經噴嘴噴灑而下。當氣速達到一定值時，便使小球懸浮起來并形成湍動旋轉和相互碰撞的任意方向的三相湍流運動和攪拌作用，使液膜表面不斷更新，從而加強了傳質作用。此外，由于小球向各個方向做無規則運動，球面相互碰撞而又起到自己清洗自己的作用。

　　湍球塔的優點是結構簡單，氣液分布均勻，操作彈性及處理能力大，不易被固體和黏性物料堵塞，由于傳質強化而使塔高可以降低。缺點是小球無規則湍動有一定程度的返混，另外因小球常用塑料制成，操作溫度受到一定限制。

　　(三) 噴射式吸收器

　　噴射式吸收器是目前工業生產中應用十分廣泛的一種吸收設備。操作時吸收劑靠泵的動力送到喉頭處，由噴嘴噴成細霧或極細的液滴，在喉管處由于吸收劑流速的急劇變化，使部分靜壓能轉化為動能，在氣體進口處形成真空，從而使氣體吸入。噴射式吸收器的優點是吸收劑噴成霧狀后與氣相接觸，這樣兩相接觸面積增加，吸收速率高，處理能力大，此外吸收劑利用壓力流過喉管霧化而吸氣，因此不需要加設送風機，效率較高。缺點是吸收劑用量較大，但循環使用時可以節省吸收劑用量并提高吸收液中吸收質的濃度。

　　二、填料安全分析

　　(一) 填料選擇的安全原則

　　填料是填料塔的核心構件，它提供了氣液兩相接觸傳質的相界面，是決定填料塔性能的主要因素。為了使填料塔高效率地操作，可按以下原則選擇填料。

　　(1)有較大的比表面積。單位體積填料層所具有的表面積稱為比表面積，用符號a表示，單位為m2／m3。在吸收塔中，填料的表面只有被流動的液相所潤濕，才可能構成有效的傳質面積。填料的比表面積越大，所提供的氣液傳質面積越大，對吸收越有利。因此應選擇比表面積大的填料，此外還要求填料有良好的潤濕性能及有利于液體均勻分布的形狀。

　　(2)有較高的空隙率。單位體積填料孔具有的空隙體積稱為空隙率，用符號e表示，單位為m3／m3。當填料的空隙率較高時，氣流阻力小，氣體通過的能力大，氣液兩相接觸的機會多，對吸收有利；同時，填料層質量輕，對支承板要求低，也是有利的。

　　(3)具有適宜的填料尺寸和堆積密度。單位體積填料的質量為填料的堆積密度。單位體積內堆積填料的數目與填料的尺寸大小有關。對同一種填料而言，填料尺寸小，堆積的填料數目多，比表面積大，空隙率小，則氣體流動阻力大；反之填料尺寸過大，在靠近塔壁處，由于填料與塔壁之間的空隙大，易造成氣體由此短路通過或液體沿壁下流，使氣液兩相沿塔截面分布不均勻，為此，填料的尺寸不應大于塔徑的1／10～1／8。

(4)有足夠的機械強度。為使填料在堆砌過程及操作中不被壓碎，要求填料具有足夠的機械強度。

　　(5)對于液體和氣體均須具有化學穩定性。

(二) 填料安全性能

　　氣液兩相在填料表面進行逆流接觸，填料不僅提供了氣液兩相接觸的傳質表面，而且促使氣液兩相分散，并使液膜不斷更新。填料性能的優劣通常根據效率、流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，表面的潤濕性能越優良，則傳質效率越高；填料的空隙率越大，結構越開敞，則流量越大，壓降亦越低。

　　(三) 填料的類型

　　填料的種類很多，大致可以分為實體填料與網體填料兩大類。實體填料包括環形填料(如拉西環、鮑爾環和階梯環)、鞍形填料(如弧鞍、矩鞍)以及柵板填料和波紋填料等，由陶瓷、金屬、塑料等材質制成。網體填料主要是由金屬絲網制成的各種填料，如鞍形網、多孔網、波紋網等。

　　(1)拉西環拉西環是工業上最老的應用最廣泛的一種填料。它的構造如圖(a)所示，是外徑和高度相等的空心圓柱。在強度允許的情況下，其壁厚應當盡量減薄，以提高空隙率并減小堆積填料的重度。

　　拉西環雖然應用很廣，但存在著一定的缺點。在填料塔內，由于拉西環堆放的不均勻，而使一部分填料不能和液體接觸，形成溝流及壁流，減小了汽液兩相實際接觸面，因而效率隨塔徑及層高的增加而顯著下降；對氣體流速的變化敏感、操作彈性范圍較窄；氣體阻力較大等。這些都不能適應當前工業發展的需要。

　　(2)鮑爾環鮑爾環是針對拉西環存在的缺點加以改進而研制成功的一種填料，它的構造如圖(b)所示，在普通拉西環的壁上開上下兩層長方形窗孔，窗孔部分的環壁形成葉片向環中心彎入，在環中心相搭，上下兩層小窗位置交叉。由于鮑爾環填料在環壁上開了許多窗孔，使得填料塔內的氣體和液體能夠從窗孔自由通過，填料層內氣體和液體分布得到改善，同時降低了氣體流動阻力。

　　鮑爾環的優點是氣體阻力小，壓強降低，液體分布比較均勻，穩定操作范圍比較大，操作及控制簡單。

　　(3)階梯環階梯環是對鮑爾環進一步改進的產物。階梯環的總高為直徑的5倍，圓筒一端有向外翻卷的喇叭口，如圖(c)所示。這種填料的孔隙率大，而且填料個體之間呈點接觸，可使液膜不斷更新，具有壓力降小和傳質效率高等特點，是目前使用的環形填料中性能最為良好的一種。階梯環多用金屬及塑料制造。

　　(4)矩鞍形填料如圖(d)所示，矩鞍形填料是一種敞開的填料，散裝于塔內互相處于套接狀態，不容易形成大量的局部不均勻區。

　　矩鞍形填料的優點是有較大的空隙率，阻力小，效率較高，且因液體流道通暢，不易被懸浮物堵塞，制造也比較容易，并能采用價格便宜又耐腐蝕的陶瓷和塑料等。實踐證明，矩鞍形填料是工業上較為理想而且很有發展前途的一種填料。

　　(5)波紋填料與波紋網填料波紋填料是由許多層波紋薄板制成，各板高度相同但長短不等，搭配排列而成圓餅狀，波紋與水平方向成45°傾角，相鄰兩板反向疊靠，使其波紋傾斜方向互相垂直。圓餅的直徑略小于塔殼內徑，各餅豎直疊放于塔內。相鄰的上下兩餅之間，波紋板片排列方向互成90”角。如圖(e)所示。波紋填料的特點是結構緊湊，比表面積大，流體阻力小，液體經過一層都得到一次再分布，故流體分布均勻，傳質效果好。同時，制作方便，容易加工，可用多種材料制造，以適應各種不同腐蝕性、不同溫度、壓力的場合。

　　絲網波紋填料是用絲網制成一定形狀的填料。這是一種高效率的填料，其形狀有多種。優點是絲網細而薄，做成填料體積較小，比表面積和空隙率都比較大，因而傳質效率高。

　　波紋填料的缺點是制造價格很高，通道較小，清理不方便，容易堵塞，不適宜于易結垢和含固體顆粒的物料，故它的應用范圍受到很大限制。

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