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气体中的可溶组分不断地被吸收,其浓度自下而上连续地降低;液体则相反, 其可溶组分的浓度则由上而下连续地增高。
对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作.而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案对比方能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求,即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等.
但作为吸收过程,一般具有操作液起比大的特点,因而更适用于填料塔.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能,所以对于吸收过程来说,以采用填料塔居多.但在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不经济的情况下,以采用板式塔为宜.
2.3.2塔填料的基本要求
各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：
1、比表面积 比表面积是指单位堆积体积填料的填料所具有的表面积，其单位为㎡/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。
2、液体的再分布性能要好，具体要求如下: a、填料在塔内装填之后，整个床层结构均匀；
b、填料在塔内堆放的形状应有利于液体向四周均匀分布；
c、填料本身的结构要保证同一截面上的填料在接受上面流下的液体之后，不仅能垂直往下传递，而且能横向传递，从目前的填料看来，曲面结构及倾斜放置形状均有利于液体的横向传递；
d、减轻液体向壁面的偏流； 3、能提供大的流体通量，。即所选用的填料结构要敞开，死角区域的空间要小，有效的空隙率要打。
4、要有足够的机械强度。 5、价格低廉。
2.3.3 塔填料的的类型
塔填料是填料塔中的气液相传质单元，是填料塔的核心部件。其种类繁多，性能各有差异。大体上分为实体填料和网体填料两大类，而按填料结构及其使用
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方式可以分为散装填料和规整填料。
一.散装填料
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料: 拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料。 a.拉西环填料
拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。 b.鲍尔环填料
鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。 c.矩鞍填料填料
矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 d.阶梯环填料
阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。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。锥形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。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 e.金属环矩鞍填料
金属环矩鞍填料 环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环。
二.规整填料
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 a.格栅填料
格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料
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的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。 b.波纹填料
波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。 c.脉冲填料
脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。
填料材质分为：陶瓷填料、塑料填料及金属填料 a.陶瓷填料
陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格低廉，具有很好的表面湿润性能，质脆、易碎是其最大缺点。 b.塑料填料
在温度较低时塑料能长期操作而不发生变形，价格低廉，性能良好。一般多采用聚丙烯材质。可耐一般无机酸、碱和有机溶剂腐蚀。质轻具有良好的韧性，耐冲击不易碎，可以制成薄壁结构。通量大压降低，但表面湿润性差，可以通过适当的表面处理来改善其表面湿润性能。 c.金属填料
一般耐高温，但不耐腐蚀，能在高温、高压及高冲击强度下使用，应用范围广通量大，气体阻力小但价高且不容易清理。
2.3.4填料的选择
（填料的选择包括确定填料的种类、尺寸及材质等.所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低.并且各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题： 1.填料种类的选择
填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,还要确保有较高的传质效率.除此之外,还应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料,这样可以使通量增大,塔的处理能力也增大.填料层压降是填料的主要应用性能,填料层的压降愈低,动
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力消耗就愈低,操作费用愈小.填料的操作性能主要指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等.所选填料应具有较大的操作弹性,以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定.同时还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力,以适应物料的变化及塔内温度的变化.
2、选择填料材质
选择填料材质应根据息吸收系统的戒指，工艺物料的腐蚀性及操作温度而定，一般情况下，可选用塑料、金属、陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷、塑料、玻璃、石墨、不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。 3、填料尺寸的选择
填料的外径要与塔径相配合，以使空隙均匀，以保证气液两相流体能均匀分布，良好密切接触。这事填料塔实现大通量、低阻力而效率高的必要条件之一。实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用50mm的填料。反之，用较小的尺寸填料时，则效率的提高弥补不了通量低和造价低的缺点，因此25mm一下的填料很少使用。
综上所述，由于该过程处理量不大，所以所用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜，并选用50mm级塑料阶梯环填料。
综合考虑以上各个因素,本设计中选用DN38聚氯乙烯塑料阶梯环填料,参考《化工单元过程及设备课程设计》第二版，有关特性数据如下表:
表2-3 聚丙烯塑料阶梯环填料特性数据 公称直径DN mm 50 外径×高×厚 d ×h ×δ,mm 50×30×1.5 比表面积α m/m 121.8 23空隙率 ε % 91.5 个数n 堆积密度 m 9980 -3干填料因子φ m 100 -1ρp kg/m 76.8 3
2.4操作参数的选择
2.4.1操作温度的选择
对于物理吸收而言,降低操作温度,对吸收有利.但低于环境温度的操作温度因其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有利.对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作.
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