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(1)陶瓷填料陶瓷填料具有非常好的耐腐的能力及耐热性,陶瓷填料价格实惠公道,具有非常好的表面润湿性能,质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。
(2)金属填料金属填料可用多种材质制成,选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低,且拥有非常良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应第一先考虑使用;不锈钢填料抵抗腐蚀能力强,一般能耐除Cl–以外常见物系的腐蚀,但其造价较高,且表面润湿性能较差,在某些特殊场合(如极低喷淋密度下的减压精馏过程),需对其表明上进行处理,才能取得良好的使用效果;钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。
在吸收空气中少量的二氧化硫时,水是最理想的溶剂,由于二氧化硫在水中的溶解度很大;常温常压下,水的挥发度很小;粘度较小;价格低等。
由于吸收过程的气液平衡关系可知,温度降低可增加溶质组分的溶解度。即低温有利于吸收,当操作温度的低限应由吸收系统的详细情况决定。
由吸收过程的气液平衡关系可知,压力升高可增加溶质组分的溶解度,即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高,对设备的加工制造要求提高,且能耗增加因此需结合具体工艺的条件考虑,以确定操作压力。
②选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的选择吸收能力,而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微,否则不能直接实现有效的分离。
③挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低,要减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发和损失。
④粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低,其在塔内的流动性越好,有助于传质速率和传热速率的提高。
⑤其他 所选的吸收剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。
3.工艺流程图:以2号图纸用单线图的形式绘制,标出主体设备与辅助设备的物料方向,物流量、能流量,主要测量点;
4.填料塔工艺条件图:以2号图纸绘制,图面应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表;
应予指出,一座填料塔能选用同种类型,同一规格的填料,也可选用同种类型不一样的规格的填料;能选用同种类型的填料,也能选用不一样的填料;有的塔段可选用规整填料,而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握,根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。
③阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进。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的翻边由于高径比减少,使得气体绕填料外外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主,这样不但增加了填料层之间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,能够在一定程度上促进液膜的表面更新。有利于传质效率的提高。
②鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗口,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与环中间相搭,可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔,大幅度的提升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。与拉西环相比通量可提高50%以上,传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。
(2)规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多,国内习惯用比表面积表示,主要有125、150、250、350、500、700等几种规格,同种类型的规整填料,其比表面积越大,传质效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也显著增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面考虑,使所选填料既能满足技术方面的要求,又具有经济合理性。
①逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出,液相由塔顶流入由塔底流出,其传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。工业生产里多采用此操作。
②并流操作 气液两相均由塔顶流向塔底,其系统不受液流限制,可提高操作气速,以提高生产能力。通常用于以下情况:当吸收过程的平衡曲线较平坦时,液流对推动力影响不大;易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全;吸收剂用量很大,逆流操作易引起液泛。
综上考虑,吸收1500m3/h含3%的生产任务不是很大,由于它结构相对比较简单,造价较低,便于采用耐蚀材料使得寿命较长,我们采用填料吸收塔完成该项生产任务。
③吸收剂部分循环操作 在逆流操作的流程中,用泵将吸收塔排除的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内,通常以下情况使用:当吸收剂用量较少,为提高塔的喷淋密度;对于非等温吸收过程,为控制塔内的温度上升,需取出一部分热量。该流程非常适合于相平衡常数m较小的情况,通过吸收液的部分再循环,提高吸收剂的利用率。需注意吸收剂的部分再循环较逆流操作费用的平均推动力较小,且需设置循环泵,操作费用提高。
由于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低,工业上通常选用所了散装填料。在散装填料中,金属鲍尔环填料的综合性能较好,故此选用DN38金属鲍尔环填料。
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,通常考虑以下几个方面:
②通量要大在保证具有较高传质效率的前提下,应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料
(1)散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有D 16、D 25、D 38、D 50、D 76等几种规格。同类填料,尺寸越小,分离效率越高, 但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定,一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于或等于10~15。
2.设计分析讨论阶段:确定设计思路,正确选用设计参数,树立工程观点,小组分工
3.计算设计阶段:完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算;
4. 课程设计说明书编写阶段:整理文字资料计计算数据,用简洁的文字和适当的图表
2.主要设备的工艺设计计算需包含:物料衡算,能量衡量,工艺参数的选定,设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算;
散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的,又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料依照结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。以下是典型的散装填料:
①拉西环填料 拉西环填料是最早提出的工业填料,其结构为外径与高度相等的圆环,可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小,目前工业上用得较少。
在该任务中,由于在常温常压下操作且在此条件下二氧化硫的溶解度很大,且受温度与压力的影响不大,在此不做过多的考虑。
填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产的基本工艺的要求,又要使设备投资和操作费用最低。
塔设备是化工、石油化学工业、生物化工制药等生产的全部过程中广泛采用的气液传质设备,它是关键的设备。例如在气体吸收、液体精馏(蒸馏)、萃取、吸附、增湿中、、离子交换等过程中都有体现。根据塔内气液接触构件的结构及形式,可分为板式塔和填料塔两大类。
其中填料塔是最常用的气液传质设备之一,它大范围的应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。它是一个圆筒塔体,塔内装载一层或多层填料,气相由下而上,液相由上而下接触,传热和传质主要在填料的表明上进行,填料的选择是填料塔的关键。
规整填料是按一定的的几何图形排列,整齐堆砌的填料。规整填料种类很多,根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。
波纹填料的优点是结构紧密相连,阻力小,传质效率高,解决能力大,比表面积大。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清洗困难、造价高。
一般来说,金属填料可制成薄壁结构,它的通量大、气体阻力小,且具备极高的抗冲击性能,能在高温、高压、高冲击强度下使用,应用场景范围最为广泛。
(3)塑料填料塑料填料的材质最重要的包含聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀和抗老化性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100℃以下使用。
由于二氧化硫在水中的溶解度很大。逆流操作时平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最佳选择。
吸收过程是依靠气体溶质在溶剂中的溶解来实现的,因此,吸收剂的性能的和优劣,是决定吸收操作效果的关键之一,选择时有以下考虑方面:
①溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大,以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。
塑料填料质轻、价廉,拥有非常良好的韧性,耐冲击、不易碎,可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差,但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。
填料塔制造方便,结构相对比较简单,采用材料可是耐腐蚀的材料或者是金属以及塑料,在塔径较小的情况较有效,使用金属材料省,一次投料较少,塔高较低。