填料塔是一種應用很廣泛的氣液傳質設備,它具有結構簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優點,操作時液體與氣體經過填料時被填料打散,增大氣液接觸面積,從而有利于氣體與液體之間的傳熱與傳質,使得吸收效率增加。
(三)設計方案
(1)填料塔簡介
填料塔是提供氣-液、液-液系統相接觸的設備。填料塔外殼一般是圓筒形,也可采用方形。材質有木材、輕金屬或強化塑料等。填料塔的基本組成單元有:
①殼體(外殼可以是由金屬(鋼、合金或有色金屬)、塑料、木材,或是以橡膠、塑料、磚為內層或襯里的復合材料制成。雖然通入內層的管口、支承和磚的機械安裝尺寸并不是決定設備尺寸的主要因素,但仍需要足夠重視;
②填料(一節或多節,分布器和填料是填料塔性能的核心部分。為了正確選擇合適的填料,要了解填料的操作性能,同時還要研究各種形式填料的形狀差異對操作性能的影響);
③填料支承(填料支承可以由留有一定空隙的柵條組成,其作用是防止填料墜落;也可以通過專門的改進設計來引導氣體和液體的流動。塔的操作性能的好壞無疑會受填料支承的影響);
④液體分布器(液體分布的好壞是影響填料塔操作效率的重要因素。液體分布不良會降低填料的有效濕潤面積,并促使液體形成溝流);
⑤中間支承和再分布器(液體通過填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新進行分布);
⑥氣液進出口。
塔的結構和裝配的各種機械形式會影響到它的設計并反映到塔的操作性能上,應該力求在壓降的條件下,采用各種辦法提高流體之間的接觸效率,并設法減少霧沫夾帶或壁效應帶來的效率損失。與此同時,塔的設計必須符合由生產過程和塔的結構形式所決定的經濟性原則。
(2)填料吸收塔的設計方案
設計方案的思考
用水吸收空氣中的氨是屬于低濃度吸收。因為氨在水中的溶解度為1∶700(V/V),并且用水吸收氨屬于物理吸收過程,所以在常溫常壓下操作即可達到較滿意的效果。為了確保氨的回收率。宜采用氣-液逆流的吸收過程,使水和混合氣充分接觸,以達到回收的要求。為使吸收劑循環使用,可設計解吸塔,分離回收的氨,并循環使用吸收劑。
設計方案的確定
裝置流程的確定:吸收裝置的流程的有多種多樣,如逆流操作、并流操作、吸收劑部分再循環操作、多塔串聯操作、串聯-并聯混合操作等。氨極易溶于水,吸收過程的平衡曲線較陡,流向對吸收的推動力有一定的影響;整個操作過程為等溫等壓過程,依據題意可知吸收劑的用量比較大。結合以上分析及各種流程的優缺點,本設計選擇逆流操作。
操作方式:氣相由塔底進入從塔頂排出,液相由塔頂進入從塔底排出。
設計方案的特點
傳質平均推動力,傳質速率快,分離效率好,吸收劑利用率高。
工藝流程
混合氣在常溫常壓下進入吸收塔底后,進過氣體分布裝置,與塔頂下來的由泵提升的吸收劑逆流接觸,將氨吸收。出塔的凈化氣回收凈化利用,吸收了氨的吸收液由泵提升進入解吸塔,與過熱蒸汽逆流接觸后,分離解吸出來的氨并回收利用,塔底流出的液體進入吸收塔循環利用。