5.8吸收设备.ppt

吸收设备 吸收设备的分类和特点 1 对吸收设备的基本要求a 气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间 b 气液之间扰动剧烈 吸收阻力小 吸收效率高 c 操作稳定并有合适的弹性 d 气流通过时的压降小 e 结构简单 制造维修方便 造价低廉 f 针对具体情况 要求具有抗蚀和防堵能力 2 吸收设备的分类a 表面吸收器凡能使气液两相在固定的接触面上进行吸收操作的设备均称为表面吸收器 如填料塔 湍球塔等 废气由塔底进入 吸收剂由塔顶均匀地喷淋到填料层中并向下流动 废气与吸收剂在填料层中充分接触 吸收传质的平均推动力大 吸收效果好 b 鼓泡式吸收器典型的鼓泡式吸收器是板式塔 塔内装有多孔塔板 板上装满吸收剂 呈连续相 气体由板下进入 在塔板上与液体形成鼓泡层 在此有害组分被吸收 常见的设备有鼓泡塔和各种板式塔 c 喷洒式吸收器用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴 以增大气 液接触面 完成传质过程 比较典型的设备是空心喷洒吸收器 喷雾塔或称空塔 和文丘里吸收器 3 几种常用吸收塔的结构与特点 a 填料塔填料塔的典型结构如图所示 塔内装有支撑板 板上堆放填料层 吸收液通过安装在填料上部的分布器洒向填料 填料在整个塔内可堆成一层 也可分成几层 当填料分层堆放时 层与层之间常装有液体再分布装置逆流式填料塔应用最多 吸收剂自塔顶向下喷淋 均匀的流经填料层 气体从塔底被送入 沿填料间空隙上升 填料的润湿表面作气液接触的传质表面 常用的填料塔填料有拉西环 鲍尔环 鞍形和波纹填料等 填料塔运行稳定 操作时 一般要求液体喷淋密度在10m3 m2 h以上 且喷淋均匀 填料塔的空塔气速一般为0 3 1 5m s 压降通常为0 15 0 60kPa m填料 液气比为0 5 2 0kg m3 填料塔优点 结构简单 便于制造 气液接触良好 压降较小等优点 缺点 当烟气中含有悬浮颗粒时 填料容易堵塞 清理检修时填料损耗大 b 湍球塔湍球塔结构如图所示 在塔内筛板上装有空心或实心小球 气流高速通过筛板时 小球在塔内湍动旋转 相互碰撞 吸收剂自上向下喷淋 多为逆流吸收操作 湍球塔采用的小球通常由聚乙烯 聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制作 也有采用不锈钢的 小球直径有25mm 30mm 38mm等几种规格 当塔的直径大于200mm时 填料的静止床层高度控制到0 2 0 3m 净化气体吸收剂废气吸收液湍球塔结构示意图 操作时 湍球塔的空塔速度 般为2 6m s 阻力损失约为0 4 1 2kPa 湍球塔的优点是气流速度高 处理能力大 设备体积小 吸收效率高 不易被固体颗粒堵塞 它的缺点阻力较高 塑料小球不能承受高温 使用寿命短 需经常更换 除尘 脱硫一体化时可考虑使用它 c 筛板塔 筛板塔的结构如图所示 在截面为圆形的塔内 沿塔高装有多层筛板 筛板上开有2 15mm的小孔 开孔率一般为6 25 操作时 气体从下而上经筛孔进入筛板上的液层 气液在筛板上交错流动 通过气体的鼓泡进行吸收 气液可以进行逐级的多次接触 一般控制空塔速度为1 0 2 5m s 气体穿过筛孔的气速约为4 5 12 8m s 每块板的压降为0 8 2 0kPa d 喷淋塔 空塔 用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴 以增大气 液相的接触面积 完成传质过程 比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器 喷淋塔的结构见下图 在吸收器中 气体通常是自下而上流动 而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒 当塔体比较高时 可将喷洒器分层放置 也可以采用组合喷洒方式 空塔结构简单 造价低廉 阻力小 效率较高 90 因此在火电厂烟气湿法脱硫中得到了广泛的应用 4 吸收设备的选择 a 当气液反应速度很快 可优先选喷淋塔 填料塔等 b 若反应速度极快 热效应大时 也可以采用筛板塔 c 如果反应物浓度高 可选用文丘里或空塔 d 当气液传质速度慢时 需要提供大量的液体 此时采用鼓泡塔 或增大液气比 e 在吸收容易产生固体时 宜选用内部构件少 阻力小 压降小的设备 如泼水轮吸收室等 f 在达到吸收要求的前提下 尽可能选用结构简单 造价低廉 容易操作的设备 填料塔 填料的作用是为气 液两相提供充分的接触面 并为提高其湍动程度 主要是气相 创造条件 以利于传质 包括传热 它们应能使气 液接触面大 传质系数高 同时通量大而阻力小 所以要求填料层空隙率高 比表面积大 表面湿润性能好 并在结构上还要有利于两相密切接触 促进湍流 制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性 并具有一定的机械强度 使填料层底部不致因受压而碎裂 变形 选择填料的原则 有较大的比表面积 有较高的空隙率 具有适宜的填料尺寸和堆积密度 有足够的机械强度 对于液体和气体均需具有化学稳定性 制造容易 价格便宜 填料塔 填料的类型和性能评价 a 拉西环填料拉西环 RashingRing 填料是1914年发现的 是使用最早的一种填料 为高度与直径相等的圆环 常用的直径为25 75mm 亦有小至6mm 大至150mm的 但少用 陶瓷环壁厚2 5 9 5mm 金属环壁厚0 8 1 6mm 填料多乱堆在塔内 直径大的亦可整砌 以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势 在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板 即成为列辛环 环内加螺旋形隔板则成为螺旋环 隔板有提高填料能力与增大表面的作用 由于拉西环在填装时容易产生架桥 空穴等现象 液体不易流入圆环的内部 所以极易产生液体的偏流 沟流和壁流 气液分布较差 传质效率低 又由于填料层持液量大 气体通过填料层折返的路径长 气体通过填料层的阻力大 通量小 故近年来使用较少 b 弧鞍填料弧鞍又称贝尔鞍 Berlsaddle 是出现较早的鞍形填料 形如马鞍 大小自25mm至50mm的较常用 弧鞍填料的特点是表面不分内外全部敞开 液体在表面两侧均匀流动 表面利用率高 流道呈弧形 流动阻力小 它的另一特点是堆放在塔内时 对塔壁侧压力比环形填料小 其缺点是由于两侧表面构形相同 堆放时填料容易叠合 因而减少暴露的表面 不能被液体润湿 使传质效率降低 最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替 弧鞍填料多用陶瓷制造 填料塔 填料的类型和性能评价 填料塔 填料的类型和性能评价 c 矩鞍 Intaloxsaddle 为克服弧鞍填料容易套叠的缺点 将弧鞍填料两端的弧形改为矩形 且两面大小不等 即成为矩鞍填料 矩鞍填料堆积时不会叠合 液体分布较均匀 且较耐压力 构形简单 一般采用陶瓷材料制成 其性能优于拉西环 目前国内大多数应用瓷质拉西环的场合均以被瓷质矩鞍填料所取代 填料塔 填料的类型和性能评价 d 鲍尔环 Pallring 鲍尔环的构造 相当于在拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔 开孔时只断开四条边中的三条边 另一边保留 向环内弯曲 形成内伸的舌叶 这些舌片在环内几乎对接起来 填料的空隙率与比表面并未因而增加 但由于环壁开孔 大大提高了环内空间及环内表面的利用率 气体流动阻力降低 液体分布比较均匀 因此 鲍尔环比拉西环气体通量增大50 以上 传质效率增加30 左右 鲍尔环填料以其优良性能得到广泛应用 填料塔 填料的类型和性能评价 e 阶梯环 Cascademiniring 是在鲍尔环基础上加以改造而得出的一种新型填料 阶梯环与鲍尔环相似之处是环壁上也开有窗孔 但其高度是鲍尔环的二分之一 由于高径比减少 使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短 减少了气体通过填料层的阻力 阶梯环填料的一端增加了一个翻边 不仅增加了填料的机械强度 而且使填料之间由线接触为主 变成以点接触为主 这样不但增加了填料间的空隙 同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点 可以促进液膜的表面更新 有利于传质效率的提高 阶梯环成为目前使用的环形填料中最为优良的一种 填料塔 填料的类型和性能评价 f 金属环矩鞍填料 MetalIntaloxsaddle 这是一种兼有环形填料和鞍形填料结构特点的新型填料 该填料一般用金属材料制作 在鞍的背部冲出两条狭带 弯成环形筋 筋上又冲出四个小爪弯入环内 它在构形上是鞍与环的结合 敞开的侧壁有利于气体和液体通过 减少了填料层内滞液死区 填料层内流通孔道增多 使气液分布更加均匀 传质效率得以提高 金属环矩鞍填料的综合性能优于鲍尔环和阶梯环 是散装填料中应用较多 性能优良的一种填料 填料塔 填料的类型和性能评价 g 球形填料是散装填料的另一种形式 一般采用塑料材质注塑而成 其结构有多种 有许多板片构成的多面球形填料 也有许多枝条的格栅组成的球形填料 它们的特点是球体为空心 可以允许气体 液体从其内部通过 由于球体结构的对称性 填料填装密度均匀 不易产生空穴和架桥 所以气液分散性能好 球形填料一般只适用于某些特定场合 工程应用较少 填料支撑装置 填料支撑装置的作用是支撑塔内填料层 对其要求是 第一 应具有足够的强度和刚度 能支撑填料的重量 填料层的持液量及操作中的附加压力等 第二 应具有大于填料层孔隙率的开孔率 以防止在此处首先发生液泛 第三 结构合理 有利于气液二相的均匀分布 阻力小 便于拆装 填料支撑装置 常用的填料支撑装置有栅板型 孔管型和驼峰型 如图4 8所示 选择哪种支撑装置 主要根据塔径 使用的填料种类和型号 塔体及填料的材质 气液流速而定 a 栅板型 b 孔管型 c 驼峰型 图4 8填料支撑装置 填料塔 液体分布装置 5 液体分布装置为了实现填料内气液二相密切接触 高效传质 填料塔的传质过程要求塔内任一截面上气液两相流体能均匀分布 特别是液体的初始分布至关重要 理想的液体分布器应具备以下条件 与填料相匹配的液体均匀分布点 填料比表面积越大 分离要求越精密 则液体分布器分布点密度也应越大 操作弹性较大 适应性好 为气体提供尽可能大的自由截面 实现气体的均匀分布 且阻力小 结构合理 便于制造 安装 调整和检修 液体分布装置的种类多样 有喷头式 盘式 管式 槽式及槽盘式等 填料塔 液体分布装置 喷头式分布器如图4 10 a 所示 液体由半球形喷头的小孔喷出 小孔直径为3 10mm 同心圆排列 喷洒角小于80 喷洒直径1 5 1 3D 这种分布器结构简单 只适用于直径小于600mm的塔中 因小孔容易堵塞 一般应用较少 盘式分布器有盘式筛孔型分布器 盘式溢流管式分布器等形式 如图4 10 b c 所示 液体加至分布盘上 经筛孔或溢流管流下 分布盘直径为塔径的0 6 0 8倍 此种分布器用于D 800mm的塔中 a 喷头式 b 盘式筛孔式 c 盘式溢流管式 填料塔 液体分布装置 管式分布器由不同结构形式的开孔管制成 其突出的特点是结构简单 供气流流过的自由截面大 阻力小 但小孔易堵塞 弹性一般较小 管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中 在减压精馏及丝网波纹填料中 由于液体负荷较小故常用之 管式分布器有排管式 环管式等不同形状 如图片4 10 d e 所示 d 排管式 e 环管式 填料塔 液体分布装置 槽式液体分布器通常是由分流槽 又称主槽或一级槽 分布槽 又称副槽或二级槽 构成的 一级槽通过槽底开孔将液体初分为若干流股 分别加入其下方的液体分布槽 分布槽的槽底 或槽壁 上设有孔道 将液体均匀分布于填料层上 如图片4 10 f 所示 槽式分布器具有较大的操作弹性和较好的抗污性 特别适合于气液负荷大及含有固体悬浮物 粘度大的分离场合 由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污垢性能 应用范围非常广泛 f 槽式 填料塔 液体分布装置 槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器 它将槽式及盘式分布器的优点有机地结合一体 兼有集液 分液及分气三种作用 结构紧凑 操作弹性高达10 1 气流分布均匀 阻力小 特别适用于易发生夹带 易堵塞的场合 槽盘式液体分布器的结构如图4 10 g 所示 g 槽盘式图4 10液体分布器 填料塔 填料压紧装置 4 填料压紧装置为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床 从而保持均匀一致的空隙结构 使操作正常 稳定 在填料填装后于其上方安装填料压紧装置 这样 可以防止在高压降 瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动 填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类 图4 9列出了几种常用的填料压紧装置 填料压板自由放置于填料层上端 靠自身重力将填料压紧 它适用于陶瓷 石墨制的散装填料 因其易碎 当填料层发生破碎时 填料层孔隙率下降 此时填料压板可随填料层一起下落 仍能紧紧压住填料而不会引起填料松动 床层限制板用于金属散装填料 塑料散装填料及所有规整填料 因金属及塑料填料不易破碎 且有弹性 在填装正确时不会使填料下沉 床层限制板要固定在塔壁上 为不影响液体分布器的安装和使用 不能采用连续的塔圈固定 对于小塔可用螺丝固定于塔壁 而大塔则用支耳固定 a 填料压紧网板 b 填料压紧栅板 c 金属压板图4 9填料压紧装置 填料塔 6 液体收集及再分布装置当液体沿填料层向下流动时 有逐渐向塔壁集中的趋势 使得塔壁附近的液流量逐渐增大 这种现象称为壁流 壁流效应造成气液两相在填料层分布不均匀 从而使反应效率下降 为此 当填料层较高时 需要进行分段 中间设置再分布装置 液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分 上层填料流下的液体经液体收集器收集后送到液体再分布器 经重新分布后喷淋到下层填料的上方 最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器 如图4 11 a 所示 截锥式再分布器结构简单 安装方便 但它只起到将壁流向中心汇集的作用 无液体再分布的功能 一般用于直径小于0 6m的塔中 a 截锥式再分布器 图4 11液体收集再分布装置 填料塔 在通常情况下 一般将液体收集器及液体分布器同时使用 构成液体收集及再分布装置 液体收集器