吸收塔设计及应用
一、填料吸收塔工艺尺寸的计算填料吸收塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料层高度的计算及分段。1.塔径的计算(1)式中气体体积流量由设计任务给定。由上式可知，计算塔径的核心问题是确定空塔气速。1.1空塔气速的确定泛点气速：泛点气速是填料吸收塔操作气速的上限，填料吸收塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。对于散装填料，其泛点率的经验值为对于规整填料，其泛点率的经验值为填料的泛点气速可由贝恩—霍根关联式计算，即(2)式中—泛点气速，m/s；—重力加速度，9.81m/s2；—填料总比表面积，m2/m3；—填料层空隙率，m3/m3；、—气相、液相密度，kg/m3；—液体粘度，mPa·s；、—液相、气相的质量流量，kg/h；、—关联常数，与填料的形状及材质有关。1.2塔径的计算与圆整根据方法得出空塔气速后，由式（1）计算出塔径D。计算出塔径D后，还应按塔径系列标准进行圆整。常用的标准塔径为：400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等。圆整后，再核算操作空塔气速与泛点率。1.3液体喷淋密度的验算填料吸收塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为(3)式中—液体喷淋密度，m3/(m2·h)；—液体喷淋量，m3/h；—填料吸收塔直径，m。为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算，即(4)式中—最小喷淋密度，m3/(m2·h)；—最小润湿速率，m3/(m·h)；—填料的总比表面积，m2/m3。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率为0.08m3/(m·h)；对于直径大于75mm的散装填料，取=0.120.08m3/(m·h)。实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。若液体喷淋密度小于最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。2.填料层高度计算及分段2.1填料层高度的计算采用传质单元数法计算填料层高度的基本公式为(5)目前，在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行计算，其中应用较为普遍的是修正的恩田(Onde)公式。修正的恩田公式为(6)(7)(8)(9)其中(10)式中、—气体、液体的质量流量，kg/(m2·h)；、—气体、液体的粘度，kg/(m·h)[1Pa·s=3600kg/(m·h)]；、—气体、液体的密度，kg/m3；、—溶质在气体、液体中的扩散系数，m2/s；—通用气体常数，8.314(m3·kPa)/(kmol·K)；—系统温度，K；—填料的总比表面积，m2/m3；—填料的润湿比表面积，m2/m3；—重力加速度，1.27×108m/h；—液体的表面张力，kg/h2(1dyn/cm=12960kg/h2)；—填料材质的临界表面张力，kg/h2(1dyn/cm=12960kg/h2)；—填料形状系数。由修正的恩田公式计算出和后，可按下式计算气相总传质单元高度：(11)其中(12)式中—溶解度系数，kmol/(m3·kPa)；—塔截面积，m2。修正的恩田公式只适用于的情况，当时，需要按下式进行校正，即(13)(14)2.2填料层的分段液体沿填料层下流时，有逐渐向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。壁流效应造成填料层气液分并不均匀，使传质效率降低。因此，每隔一定的填料层高度，需要设置液体收集再分布装置，即将填料层分段。3.填料层压降的计算填料层压降通常用单位高度填料层的压降表示。设计时，根据有关参数，由通用关联图（或压降曲线）先求得每米填料层的压降值，然后再乘以填料层的高度，即得出填料层的压力降。二、填料吸收塔内件的类型与设计1.填料支承装置设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应不大于75%。2.填料压紧装置设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应不大于70%。3.液体分布装置(1)液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。(2)操作弹性大液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为2-4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。(3)自由截面积大液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积的比值。根据设计经验，性能优良的液体分布器的自由截面积为50%-70%。设计中，自由截面积最小应在35%以上。3.2液体分布器布液能力的计算液体分布器的布液能力的计算是液体分布器设计的重要内容。设计时，按其布液作用原理不同和具体结构的特性，选用不同的公式计算。(1)重力型液体分布器布液能力计算重力型液体分布器有多孔型和溢流型两种型式，工业上以多孔型应用为主，其布液工作的动力为开孔上方的液位高度。多孔型分布器布液能力的计算公式为(15)式中—液体流量，m3/s；—开孔数目（分布点数目）；—空流系数，通常取=0.55-0.60；—孔径，m；—开孔上方的液位高度，m。(2)压力型液体分布器布液能力计算压力型液体分布器布液工作的动力为压力差（或压降），其布液能力的计算公式为(16)式中—液体流量，m3/s；—开孔数目（分布点数目）；—空流系数，通常取=0.55-0.60；—孔径，m；—分布器的工作压力差（或压降），Pa；—液体密度，kg/m3。设计中，液体流量为已知，给定开孔上方的液位高度（或已知分布器的工作压力差），依据分布器布液能力计算公式，可设定开孔数目，计算孔径；也可设定孔径，计算开孔数目。4.液体收集及再分布装置在通常情况下，一般将液体收集装置及液体再分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。槽板式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。