吸收塔是實(shí)現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。
塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng)的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。
工業(yè)吸收塔應(yīng)具備以下基本要求：
1．塔內(nèi)氣體與液體應(yīng)有足夠的接觸面積和接觸時(shí)間。
2．氣液兩相應(yīng)具有強(qiáng)烈擾動(dòng)，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。
3．操作范圍寬，運(yùn)行穩(wěn)定。
4．設(shè)備阻力小，能耗低。
5．具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。
6．結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和檢修。
幾種常用的吸收塔
1．填料塔
填料塔結(jié)構(gòu)見圖1，它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。
填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機(jī)械強(qiáng)度、密度小、價(jià)格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀(jì)80年代后開發(fā)的新型填料如QH—1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進(jìn)的填料塔設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。
填料塔適用于快速和瞬間反應(yīng)的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結(jié)構(gòu)簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時(shí)間長，氣量變化時(shí)塔的適應(yīng)性強(qiáng)，塔阻力小，壓力損失為300～700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為0．5～1．2m/s，氣速過大會(huì)形成液泛，噴淋密度6～8m3／(m2，h)以保證填料潤濕，液氣比控制在2～10L／m3。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。
2．湍球塔
湍球塔結(jié)構(gòu)見圖2，它是填料塔的一種特殊形式，運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)填料處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以強(qiáng)化吸收過程。在塔內(nèi)柵板間放置一定數(shù)量的輕質(zhì)小球填料(直徑29～38mm)，吸收劑自塔頂噴下，濕潤小球表面，氣體從塔底進(jìn)入，小球被吹起湍動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由于氣、液、固三相充分接觸，小球表面液膜不斷更新，增加了吸收推動(dòng)力。提高了吸收效率。
該塔制造、安裝、維修較方便，可以用大小、質(zhì)量不同的小球改變操作范圍。該塔處理風(fēng)量較大，空塔氣速1．5～6．0m／s，噴淋密度20～110m3／(m2·h)，壓力損失1 500～3 800Pa，而且還可處理含塵氣體。其缺點(diǎn)是塑料小球不能承受高溫，小球易裂(一般0．5～1年)，需經(jīng)常更換，成本高。
3．板式塔
板式塔是在塔內(nèi)裝有一層層的塔板，液體從塔頂進(jìn)入。氣體從塔底進(jìn)入，氣液的傳質(zhì)、傳熱過程是在各個(gè)塔板上進(jìn)行。板式塔種類很多。大致可分為二類：一類是降液管式，如泡罩塔、篩孔板塔、浮閥塔、S形單向流板塔、舌形板塔、浮動(dòng)噴射塔等；另一類是穿流式板塔，如穿流柵孔板塔(淋降板塔)、波紋穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。
(1)篩孔板塔
篩板結(jié)構(gòu)如圖3，篩孔直徑一般取5～10mm，篩孔總面積占篩板面積的10％～18％。為使篩板上液層厚度保持均勻，篩板上設(shè)有溢流堰，液層厚度一般為40mn左右，篩板空塔風(fēng)速約為1．0～3．5m／s，篩板小孔氣速6～13m／s，每層篩板阻力300～600Pa。篩孔板塔主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，處理風(fēng)量大，并能處理含塵氣體。不足之處是篩孔堵塞清理較麻煩，塔的安裝要求嚴(yán)格，塔板應(yīng)保持水平；操作彈性較小。
圖3 篩板塔示意圖
(2)斜孔板塔
斜孔板塔是篩孔板塔的另一形式，見圖4。斜孔寬10～20m，長10～15mm，高6mm。空塔氣流速度一般取1～3．5m／s，篩孔氣流速度取10～15m/s。氣體從斜孔水平噴出，相鄰兩孔的孔口方向相反，交錯(cuò)排列，液體經(jīng)溢流堰供至塔板(堰高30mm)，與氣流方向垂直流動(dòng)，造成氣液的高度湍流，使氣液表面不斷更新，氣液充分接觸，傳質(zhì)效果較好，凈化效率高，同時(shí)可以處理含塵氣體，不易堵塞，每層篩板阻力約為400～600Pa。該塔結(jié)構(gòu)比篩孔板塔復(fù)雜，制造較困難，安裝要求嚴(yán)格，容易發(fā)生偏流。
圖4 斜孔板吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖
1、6—溢流堰 2、3、5—斜孔 4—斜孔板
(3)文氏管吸收器
文氏管吸收器如圖5，通常由文氏管、噴霧器和旋風(fēng)分離器組成，操作時(shí)將液體霧化噴射到文氏喉管的氣流中，氣流速度為60～100m／s，處理100m3／min的廢氣需液體霧化噴人量為40L／min。文氏管吸收器結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備小、占空間少、氣速高、處理量大、氣液接觸好、傳質(zhì)較容易，特別適用于捕集氣流中的微小顆粒物。但因氣液并流，氣液接觸時(shí)間短，不適合難溶或反應(yīng)速度慢的氣液吸收，而且壓力損失大(800～9000h)，能耗高。
填料塔的吸收設(shè)計(jì)
1．吸收劑用量的確定
在設(shè)計(jì)時(shí)需處理的風(fēng)量(V)及其組成(Y1)、吸收后氣體組成(Y2)及吸收劑的組成(X2)是給定的，而出塔的吸收液組成(X1)與吸收劑的用量(1)有關(guān)。
吸收劑用量一般為
L=(1．1～2)Lmin
式中 Lmin——吸收劑的最小用量，kmol／h。
(1)
X1*——與Y1對應(yīng)平衡時(shí)的吸收液濃度(用比摩爾分?jǐn)?shù)表示)。
當(dāng)吸收服從亨利定律時(shí)，Y=mX，則式(1)可簡化為：
(2)
式中 m——相平衡常數(shù)；
——最小液氣比，L／m3。
在工程上，若吸收劑用量取Lmin值，則塔為無限高，不現(xiàn)實(shí)；若過多增加吸收劑，液氣比增大，塔高可降低，但吸收液的解吸、再生、循環(huán)使用的能耗加大，不經(jīng)濟(jì)。故吸收劑用量應(yīng)根據(jù)工藝過程和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的合理性確定。在選擇吸收劑用量時(shí)要保證填料有足夠的濕潤，一般情況下噴淋密度(即每小時(shí)每平方米塔截面上噴淋的液體量)至少大于5m3／(m2·h)。
2．填料塔直徑的確定
(3)
式中 D——塔直徑，m；
V——?dú)怏w體積流量，m3/s；
ω——實(shí)際空塔流速，m／s。
ω=(0．6～0．8) ωf
ωf——液泛點(diǎn)的空塔流速，m／s。
3．填料層高度
計(jì)算方法有等板高度法、傳質(zhì)單元高度法及傳質(zhì)系數(shù)法。用等板高度法計(jì)算如下：
Z=NT(HETP) (4)
式中 Z——填料層高度；
NT——論塔板數(shù)(可用圖解法求出)；
HETP——等板高度(由經(jīng)驗(yàn)公式求出)。
吸收塔高度=填料高度+填料間高度+塔頂空間高+塔底空間高。
4．填料層壓力降
填料層壓力降可由填料層壓降通用關(guān)聯(lián)圖查找、也可用阻力系數(shù)法計(jì)算。
(5)
式中 △P——填料層的壓降，Pa；
ξ——阻力系數(shù)；
Z——填料層的高度，m；
ω——空塔氣速，m／s；
——?dú)怏w密度，kg／m3。
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