填料吸收塔的设计应用与填料的选型

填料吸收塔的设计应用与填料的选型

填料塔作为气液传质分离设备，在化工、石油化工、制药、农药、环保等行业的吸收操作中得到了广泛的应用。在化工装置中，吸收过程可用于混合气体的分离、原料气的净化、混合气体中某些组分的回收、制备化工产品等过程；

1.吸收原理

在吸收操作中，选择适当的溶剂，将混合气体中的一种或多种气体溶解在溶剂中，达到分离混合气体的目的。

吸收操作通常分为物理吸收和化学吸收，物理吸收是溶质气体溶解在溶剂中，溶质与溶剂之间不发生明显的化学反应。

化学吸收是指溶质与溶剂发生明显化学反应的吸收过程。

2.吸收操作的特点

由于气体的溶解度随压力升高、温度降低而增大，因此提高压力会使平衡线下移，增加吸收过程的推动力。但压力过高也会增加设备投资和常规操作费用。同样，降低温度也会受到空气温度和操作费用的影响。因此，需要选择合适的操作压力和温度。

3.填料吸收塔工艺流程

填料吸收塔大多采用气液逆流操作工艺，这种工艺往往使整个塔内气液两相的平均推动力很大，从而提高传质效率。但在某些特殊的化学吸收中，当溶解溶质与吸收液的反应为不可逆过程时，顺流和逆流的平均推动力并无差别，填料对液相反应起催化剂作用，此时可采用顺流工艺，如石油工业中的加氢精制。

填料吸收塔的设计主要包括两个部分：一是吸收工艺计算，二是吸收塔的设计。根据吸收系统的物理性质、吸收组份的分离纯度、操作条件等参数，进行吸收过程的物料、热平衡计算；传质计算确定所需填料层高度；塔设备结构计算确定塔径、塔高，合理设计液体、气体分布器等塔内件。

吸收塔分为板式吸收塔和填料吸收塔，根据不同的工艺及物料体系要求设计不同的塔形式：

板式吸收塔示意图

填料吸收塔示意图

4. 填料的选择

填料的类型、尺寸和材质应根据体系的性质、分离的难易程度、操作条件、体系的腐蚀性质等因素来选择。

填料可以是规整填料，也可以是散装填料。规整填料孔隙率大，压降低，允许通量大，比较适用于气膜控制的难分离体系。但与散装填料相比，规整填料价格较贵，制造安装也较麻烦。散装填料在吸收中应用广泛，适应性强，价格便宜，制造、安装、清洗方便。规整填料或散装填料都有多种型号和尺寸，各种填料的流体力学性质、传质性质、操作弹性载荷等差别较大。可以初步选定几种填料，进行塔径和压降计算，估算设备投资费用和运行费用，进行优化比较，确定填料的类型和尺寸。一般吸收工艺中液量较大，宜采用大尺寸填料。

对于填料的材质，吸收工艺中可采用金属、塑料和陶瓷等，应根据分离介质的特性和操作条件确定。金属材料通常有不锈钢、碳钢、铝、铜、低合金钢等；塑料材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等；陶瓷有耐酸陶瓷、耐碱陶瓷等。应根据物料体系的腐蚀程度选择材料，还需考虑塑料材料的耐热性。