吸收设备安全技术

吸收设备安全技术吸收设备安全技术 目前 工业生产中使用的吸收塔的主要类型有板式塔 填 料塔 湍球塔 喷洒塔和喷射式吸收器等 一 一 吸收塔吸收塔 完成吸收操作的设备是吸收塔 塔设备的主要作用是为气 液两相提供充分接触表面 使两相间的传质与传热过程能够充 分有效地进行 并能使接触之后的气液两相及时分开 互不夹 带 其性能的好坏直接影响到产品质量 生产能力 吸收率及 消耗定额等 因此在实际生产中选用吸收塔时 通常要求吸收 塔具备生产能力大 分离效率高 操作稳定 结构简单等特点 一 填料塔 填料塔是吸收操作中使用最广泛的一种塔型 填料塔由填 料 塔内件及塔体构成 它的结构如图 11 13 所示 塔体多为 圆筒形 两端有封头 并装有气液体进 出口接管 塔下部装 有支承栅板 板上填充一定高度的填料 填料可以乱堆 亦可 以整砌 塔顶有填料压板和液体喷洒装置 以保证液体均匀地 喷淋到整个塔的截面上 液体自塔顶经分布装置分散后沿填料 表面流下 由于填料层中的液体往往有向塔壁流动的倾向 故 填料层较高时 常将其分若干段 每两段之间设有液体再分布 装置 可将向塔壁流动的液体重新喷洒到截面中心 保证整个 填料表面都能得到很好的湿润 在填料塔的操作中 气体在压强差的推动下 自下而上通 过填料间的间隙由塔的底部流向顶部 吸收剂则由塔顶喷淋装 置喷出分布于填料层上 靠重力作用沿填料表面向下流动形成 液膜 由塔底引出 气液两相在塔内互成逆流接触 两相的传 质通常是在填料表面的液体与气体间的界面上进行 填料塔属 于连续接触式的气液传质设备 两相组成沿塔高连续变化 在 正常操作状态下 气相为连续相 液相为分散相 填料塔的优点是生产能力大 分离效率高 阻力小 操作 弹性大 结构简单 易用耐腐蚀材料制作 造价低 二 湍球塔 湍球塔也是吸收操作使用较多的一种塔型 它的结构如图 11 所示 它的主要构件有支承栅板 球形填料 挡网 雾沫 分离器 液体喷嘴等 操作使用时把一定数量的球形填料放在 栅板上 气体由塔底引入 液体由塔顶入经喷嘴喷洒而下 当 气速达到一定值时 便使小球悬浮起来并形成湍动旋转和相互 碰撞的任意方向的三相湍流运动和搅拌作用 使液膜表面不断 更新 从而加强了传质作用 此外 由于小球向各个方向做无 规则运动 球面相互碰撞而又起到自己清洗自己的作用 湍球塔的优点是结构简单 气液分布均匀 操作弹性及处 理能力大 不易被固体和黏性物料堵塞 由于传质强化而使塔 高可以降低 缺点是小球无规则湍动有一定程度的返混 另外 因小球常用塑料制成 操作温度受到一定限制 三 喷射式吸收器 喷射式吸收器是目前工业生产中应用十分广泛的一种吸收 设备 它的结构如图 11 15 所示 操作时吸收剂靠泵的动力送 到喉头处 由喷嘴喷成细雾或极细的液滴 在喉管处由于吸收 剂流速的急剧变化 使部分静压能转化为动能 在气体进口处 形成真空 从而使气体吸入 喷射式吸收器的优点是吸收剂喷 成雾状后与气相接触 这样两相接触面积增加 吸收速率高 处理能力大 此外吸收剂利用压力流过喉管雾化而吸气 因此 不需要加设送风机 效率较高 缺点是吸收剂用量较大 但循 环使用时可以节省吸收剂用量并提高吸收液中吸收质的浓度 二 二 填料安全分析填料安全分析 一 填料选择的安全原则 填料是填料塔的核心构件 它提供了气液两相接触传质的 相界面 是决定填料塔性能的主要因素 为了使填料塔高效率 地操作 可按以下原则选择填料 1 有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称 为比表面积 用符号 a 表示 单位为 m2 m3 在吸收塔中 填料的表面只有被流动的液相所润湿 才可能构成有效的传质 面积 填料的比表面积越大 所提供的气液传质面积越大 对 吸收越有利 因此应选择比表面积大的填料 此外还要求填料 有良好的润湿性能及有利于液体均匀分布的形状 2 有较高的空隙率 单位体积填料孔具有的空隙体积称为 空隙率 用符号 e 表示 单位为 m3 m3 当填料的空隙率较 高时 气流阻力小 气体通过的能力大 气液两相接触的机会 多 对吸收有利 同时 填料层质量轻 对支承板要求低 也 是有利的 3 具有适宜的填料尺寸和堆积密度 单位体积填料的质量 为填料的堆积密度 单位体积内堆积填料的数目与填料的尺寸 大小有关 对同一种填料而言 填料尺寸小 堆积的填料数目 多 比表面积大 空隙率小 则气体流动阻力大 反之填料尺 寸过大 在靠近塔壁处 由于填料与塔壁之间的空隙大 易造 成气体由此短路通过或液体沿壁下流 使气液两相沿塔截面分 布不均匀 为此 填料的尺寸不应大于塔径的 1 10 1 8 4 有足够的机械强度 为使填料在堆砌过程及操作中不被压碎 要求填料具有足够的机械强度 5 对于液体和气体均须具有化学稳定性 二 填料安全性能 气液两相在填料表面进行逆流接触 填料不仅提供了气液 两相接触的传质表面 而且促使气液两相分散 并使液膜不断 更新 填料性能的优劣通常根据效率 流量及压降三要素衡量 在相同的操作条件下 填料的比表面积越大 气液分布越均匀 表面的润湿性能越优良 则传质效率越高 填料的空隙率越大 结构越开敞 则流量越大 压降亦越低 三 填料的类型 填料的种类很多 大致可以分为实体填料与网体填料两大 类 实体填料包括环形填料 如拉西环 鲍尔环和阶梯环 鞍形 填料 如弧鞍 矩鞍 以及栅板填料和波纹填料等 由陶瓷 金属 塑料等材质制成 网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料 如鞍形网 多孔网 波纹网等 常用填料的形状见图 11 16 1 拉西环 拉西环是工业上最老的应用最广泛的一种填料 它的构造如图 11 16 a 所示 是外径和高度相等的空心圆柱 在强度允许的情况下 其壁厚应当尽量减薄 以提高空隙率并 减小堆积填料的重度 拉西环虽然应用很广 但存在着一定的缺点 在填料塔内 由于拉西环堆放的不均匀 而使一部分填料不能和液体接触 形成沟流及壁流 减小了汽液两相实际接触面 因而效率随塔 径及层高的增加而显著下降 对气体流速的变化敏感 操作弹 性范围较窄 气体阻力较大等 这些都不能适应当前工业发展 的需要 2 鲍尔环 鲍尔环是针对拉西环存在的缺点加以改进而研制 成功的一种填料 它的构造如图 1l 16 b 所示 在普通拉西环 的壁上开上下两层长方形窗孔 窗孔部分的环壁形成叶片向环 中心弯入 在环中心相搭 上下两层小窗位置交叉 由于鲍尔 环填料在环壁上开了许多窗孔 使得填料塔内的气体和液体能 够从窗孔自由通过 填料层内气体和液体分布得到改善 同时 降低了气体流动阻力 鲍尔环的优点是气体阻力小 压强降低 液体分布比较均 匀 稳定操作范围比较大 操作及控制简单 3 阶梯环 阶梯环是对鲍尔环进一步改进的产物 阶梯环的 总高为直径的 5 倍 圆筒一端有向外翻卷的喇叭口 如图 11 16 c 所示 这种填料的孔隙率大 而且填料个体之间呈点接触 可使液膜不断更新 具有压力降小和传质效率高等特点 是目 前使用的环形填料中性能最为良好的一种 阶梯环多用金属及 塑料制造 4 矩鞍形填料 如图 11 16 d 所示 矩鞍形填料是一种敞 开的填料 散装于塔内互相处于套接状态 不容易形成大量的 局部不均匀区 矩鞍形填料的优点是有较大的空隙率 阻力小 效率较高 且因液体流道通畅 不易被悬浮物堵塞 制造也比较容易 并 能采用价格便宜又耐腐蚀的陶瓷和塑料等 实践证明 矩鞍形 填料是工业上较为理想而且很有发展前途的一种填料 5 波纹填料与波纹网填料 波纹填料是由许多层波纹薄板制 成 各板高度相同但长短不等 搭配排列而成圆饼状 波纹与 水平方向成 45 倾角 相邻两板反向叠靠 使其波纹倾斜方向互 相垂直 圆饼的直径略小于塔壳内径 各饼竖直叠放于塔内 相邻的上下两饼之间 波纹板片排列方向互成 90 角 如图 11 16 e 所示 波纹填料的特点是结构紧凑 比表面积大 流 体阻力小 液体经过一层都得到一次再分布 故流体分布均匀 传质效果好 同时 制作方便 容易加