精餾塔課程設(shè)計文獻綜述

1、<p><b>　　二  文獻綜述</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：填料塔；聚丙烯；吸收</p><p>　　摘 要: 　填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域 ,在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實踐表明 ,合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計 ,是保證凈化效果的前提。本文簡述聚丙烯階梯填料應(yīng)用于水吸收氨過程的工藝設(shè)計以及工程問題。<

2、;/p><p><b>　?。ㄒ唬?引言</b></p><p>　　填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。而塔填料塔內(nèi)件及工藝流程又是填料塔技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從塔填料、塔內(nèi)件以及工藝流程,特別是塔填料三方面對填料塔技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作了介紹,說明了塔填料及塔內(nèi)件在填料塔技術(shù)中的重要性。與板式塔相比，新型的填料塔性

3、能具有如下特點：（1）生產(chǎn)能力大；（2）分離效率高；（3）壓降小；（4）操作彈性大；（5）持液量小。</p><p>　　聚丙烯材質(zhì)填料作為塔填料的重要一類，在化工上應(yīng)用較為廣泛，與其他材質(zhì)的填料相比，聚丙烯填料具有質(zhì)輕、價廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點，但其明顯的缺點是表面潤濕性能差。研究表明，聚丙烯填料的有效潤濕面積僅為同類規(guī)格陶瓷填料的 40 % ，由于聚丙烯填料表面潤濕性能差，故傳質(zhì)效率較低，使應(yīng)用受

4、到一定的限制.為此，對聚丙烯填料表面進行處理，以提高其潤濕及傳質(zhì)性能的研究日益受到人們的重視. 近年來，國內(nèi)外一些學(xué)者做了該方面的研究工作，研究結(jié)果表明，聚丙烯填料經(jīng)表面處理后，潤濕及傳質(zhì)性能得到了較大的提高。</p><p>　　聚丙烯階梯環(huán)填料為外徑是高度的兩倍的圓環(huán) ,在側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔 , 并在一端增加了一個錐形翻邊，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連 ,另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲 ,形成內(nèi)伸的舌葉 ,各舌葉

5、的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔 ,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率 ,氣流阻力小 ,液體分布均勻。階梯環(huán)與鮑爾環(huán)相比 ,其高度減少了一半 ,并在一端增加了一個錐形翻邊。</p><p><b>　?。ǘ?填料塔技術(shù)</b></p><p>　　填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以

6、防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。</p><p>　　當(dāng)液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸

7、增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時，需要進行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。</p><p>　　填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當(dāng)液體負荷

8、較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等</p><p><b>　　1 填料的類型</b></p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。</p><p><b>　　（1）散裝填料</b></p&g

9、t;<p>　　散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。現(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料。其中有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍環(huán)、矩鞍環(huán)、金屬環(huán)矩鞍環(huán)、球形填料等。</p><p><b>　?。?）規(guī)整填料</b></p><

10、;p>　　規(guī)整填料是按一定的幾何構(gòu)形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。</p><p>　　在散裝填料發(fā)展的同時出現(xiàn)了規(guī)整填料。60年代以后，生產(chǎn)規(guī)模大型化要求具有大通量，能改善液體均勻分布，以提高分離效率及克服放大效應(yīng)，降低填料層阻力及持液量，以起到節(jié)能效果。規(guī)整填料在這方面有獨特的優(yōu)點，因此各種規(guī)整填料運應(yīng)而生。規(guī)整填料在整個塔截面上，集合形狀規(guī)

11、則、對稱、均勻。它規(guī)定了氣液流量，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小。在相同的能量和壓降下，與散裝填料相比，可以安排更大的表面積，因此效率高。由于起結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，合理的設(shè)計可以做到幾乎無放大效應(yīng)。經(jīng)過短短的二十幾年已經(jīng)形成了比較完整的規(guī)整填料系列。</p><p>　　2  填料的幾何特性</p><p>　　填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能

12、的基本參數(shù)。</p><p>　?。?）比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評價填料性能優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。</p><p>　?。?）空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料

13、性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。    （3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤濕時的a/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時的a/e3稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動阻力越小。</p>

14、<p>　　3  填料的性能評價</p><p>　　填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學(xué)方法對九種常用填料的性能進行了評價，得出如表3-1所示的結(jié)論?？煽闯觯z網(wǎng)波紋填料綜合性能最好，拉西環(huán)最差。</p>

15、<p>　?。ㄈ┨盍纤牧黧w力學(xué)性能</p><p>　　填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。</p><p><b>　　1．填料層的持液量</b></p><p>　　填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示。總

16、持液量為靜持液量和動持液量之和，即   。</p><p>　　填料層的持液量可由實驗測出，也可由經(jīng)驗公式計算。一般來說，適當(dāng)?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的，但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。</p><p><b>　　2．填料層的壓降</b></p><p>　　在逆流

17、操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降DP/Z與空塔氣速u的關(guān)系標(biāo)繪在對數(shù)坐標(biāo)紙。</p><p><b>　　3．液泛</b></p>&l

18、t;p>　　在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾啵藭r氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐?，此種情況稱為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。</p><p>　　4．液體噴淋密度和填料表面的潤濕</p><p>　　填料塔中氣液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表

19、面流動的液膜上進行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤濕性能。</p><p><b>　　5．返混</b></p><p>　　在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象的原因很多，如：填料層內(nèi)的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流；液體噴淋密度過

20、大時所造成的氣體局部向下運動；塔內(nèi)氣液的湍流脈動使氣液微團停留時間不一致等。</p><p><b>　?。ㄋ模┨盍系倪x擇</b></p><p>　　填料的選擇包括填料種類的選擇、填料規(guī)格的選擇（散裝填料規(guī)格的選擇、規(guī)整填料規(guī)格的選擇）、填料材質(zhì)的選擇等，所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用最低。</p><p><

21、b>　?。ㄎ澹┨盍纤膬?nèi)件</b></p><p>　　填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。</p><p><b>　　1．填料支承裝置</b></p><p>　　填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的

22、填料支承裝置有如圖片3-14所示的柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。</p><p><b>　　2．填料壓緊裝置</b></p><p>　　填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。</p><p>&l

23、t;b>　　3．液體分布裝置</b></p><p>　　液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。</p><p>　　4．液體收集及再分布裝置</p><p>　　液體沿填料層向下流動時，有偏向塔壁流動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流將導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液體再

24、分布裝置。</p><p>　　最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。截錐式再分布器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但它只起到將壁流向中心匯集的作用，無液體再分布的功能，一般用于直徑小于0.6m的塔中。</p><p>　　在通常情況下，一般將液體收集器及液體分布器同時使用，構(gòu)成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進行液體再分布。常用的液體收集器為斜板

25、式液體收集器。</p><p>　　前已述及，槽盤式液體分布器兼有集液和分液的功能，故槽盤式液體分布器是優(yōu)良的液體收集及再分布裝置。</p><p>　　（六） 工藝流程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　填料塔技術(shù)用于各類工業(yè)物系的分離,雖然設(shè)計的重點在塔體及塔內(nèi)件等核心部分,但與之相配套的外部工藝和換熱系統(tǒng)應(yīng)視具體的工程特殊性作相應(yīng)的改進。例如在DMF回收裝置

26、的擴產(chǎn)改造項目中,要求利用原常壓塔塔頂蒸汽,工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù),達到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果，在硝基氯苯分離項目中;改原多塔精餾、兩端結(jié)晶工藝為單塔精餾、端結(jié)晶流程,并對富間硝基氯苯母液進行精餾分離,獲得99%以上的間硝基氯苯,既提高產(chǎn)品質(zhì)量,又取得了降低能耗的技術(shù)效果。</p><p>　　綜合考察各分離過程的優(yōu)缺點：分離技術(shù)就是指在沒有化學(xué)反應(yīng)的情況下分離出混合物中特定組分

27、的操作。這種操作包括蒸餾，吸收，解吸，萃取，結(jié)晶，吸附，過濾，蒸發(fā)，干燥，離子交換和膜分離等。利用分離技術(shù)可為社會提供大量的能源，化工產(chǎn)品和環(huán)保設(shè)備，對國民經(jīng)濟起著重要的作用。</p><p>　　為了使填料塔的設(shè)計獲得滿足分離要求的最佳設(shè)計參數(shù)(如理論板數(shù)、熱負荷等)和最優(yōu)操作工況(如進料位置!回流比等),準(zhǔn)確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分)、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離

28、技術(shù)。而且,20世紀(jì)80年代以來,以高效填料及塔內(nèi)件為主要技術(shù)代表的新型填料塔成套分離工程技術(shù)在國內(nèi)受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。</p><p><b>　　（一）設(shè)計方案簡介</b></p><p>　　一．       方案的確

29、定</p><p>　　1在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。</p><p>　　氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料

30、，但是其強烈的刺激性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會造成破壞和污染，因此，為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進行吸收，本次化工原理課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)