第三節　吸收主要設備

一、填料塔

（一）填料塔的工作原理

填料塔是氣-固-液系統，塔內氣液流速不大，在填料層中氣液兩相存在著穩定的界面。其工作原理用“雙膜理論”來解釋最合適。

由“雙膜理論”可知，在爐氣凈化或吸收等過程中，氣體通過氣膜擴散的物質量可用下式表示：

Q=KFΔp

式中　Q——被吸收物質量，kg/h；　　F——接觸面積（填充面積），m²；

K——吸收速率系數，kg/（m²·h·Pa）；　Δp——吸收推動力，Pa。

吸收推動力Δp按下式計算：

式中　p_i，p_e——吸收過程開始和末尾被吸收氣體的分壓，Pa；

——吸收過程開始和末尾液面上被吸收氣體的平衡壓力，Pa。

（二）填料塔的構造與操作

在化工分離過程的操作中，填料塔是最常用的氣液傳質設備之一，具有結構簡單，便于用耐腐蝕性材料制造以及壓降小等優點。采用新型高效填料可以取得良好的經濟效果，因而它具有廣泛的適用性。填料塔用于吸收和解吸操作，可以達到很好的傳質效果，它具有通量大、阻力小、傳質效率高等性能。因此，在實際工程操作中，吸收、解吸和氣體洗滌過程絕大多數使用填料塔。

填料塔是直立圓筒形設備，塔上部設有捕沫裝置和分酸裝置，塔內制成柵板上擺放著整齊或亂堆的填料。在逆流操作的填料塔內，氣體自下向上與液體自上向下同時流經一定高度的填料層。液體自塔頂向下借重力在填料表面做膜狀流動。液相與氣相的傳質就在液膜與上升氣流摩擦接觸過程中進行。填料塔結構如圖3-8所示。

填料塔工作過程：液體由塔頂入口進入塔內，經過分布器噴淋在填料上，液相受重力的作用流下，并在填料表面與自塔底進入的氣體發生連續逆流接觸，從而發生氣、液兩相間的傳質、傳熱過程。填料塔內液體的流動存在向壁面偏流的傾向，因此除塔頂液體入口裝有分布器外，當填料層很高時，同樣要將其分段，各段間均需設置再分布器，使液相在塔內各截面位置的分布趨于均勻。

填料塔的傳質效率高低與液體的分布和填料的潤濕情況密切相關。為使填料獲得良好的潤濕，應保證塔內液體的噴淋量不低于最小噴淋密度。若噴淋密度過小，則可采用增大液體流量（或回流比），或在吸收操作中采用液體再循環等方法加大液體流量，或在許可范圍內減小塔徑，或適當增加填料層高度予以補償。

（三）填料

填料塔的氣液接觸是在填料表面發生的，故填料是填料塔工作的核心部分，且對氣液兩相傳熱、傳質影響都很大。填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面積，強化氣體的湍動程度，以便于傳質（包括傳熱）的進行。

填料塔操作性能的好壞與所選填料有密切關系。故所選填料應符合以下要求：有較大的比表面積；較高的空隙率；有足夠的機械強度；具有化學穩定性；單位體積重量輕；價廉耐用等。

填料的主要類型：拉西環、鮑爾環、矩鞍環、階梯環、十字格環、波紋填料等。

（四）填料塔直徑和填料層高度

1.填料塔直徑

填料塔的直徑決定于氣體的流量與適宜的空塔氣速，前者由生產條件決定，后者則在設計時規定，而后依下式計算：

式中　V_填——處理的氣量（操作狀態），m³/h；

W——塔的操作速度（空塔速度），m/s。

2.填料層高度

為了使填料吸收塔出口氣體達到一定的工藝要求，就需要塔內填裝一定高度的填料層能提供足夠的氣、液兩相接觸面積。填料塔的高度主要取決于填料層高度。計算填料層高度常采用以下兩種方法：

傳質單元法：填料層高度H_填=傳質單元高度×傳質單元數

等板高度法：填料層高度H_填=等板高度×理論板數

填料層高度計算公式：

式中　D——塔的內徑，m；

V_填——填料容積，m³。

　　 即： 　　

式中　F——傳質面積，m²；

a——填料比表面，m²/m³。

一般填料塔以H_填/D=1.2～2.0為下限，H_填/D=3.5～4.5為上限。塔徑小的采用上限范圍，塔徑大的采用下限范圍。

二、吸收塔

吸收塔的主要任務是將煙氣中含有的二氧化硫與噴淋的循環堿液接觸后，二氧化硫與氫氧化鈉堿液發生酸堿中和化學反應，生成亞硫酸氫鈉及亞硫酸鈉，從而達到吸收的目的。部分循環液中生成的部分亞硫酸氫鈉及亞硫酸鈉則通過旁路排走，同時補充部分堿液。

吸收塔是一種填料塔類型的設備，是吸收過程中的傳熱傳質設備。它主要由塔體、頂蓋、分液裝置、填料支撐格柵、氣流分布裝置、支撐裝置、鮑爾環填料等組成。

由于該塔內裝有填料，要求填料耐腐蝕，有大的比表面積和一定抗污堵和自凈能力。根據設備結構，塔內填料分別為三種不同規格的聚丙烯制的鮑爾環，其中下部為規整填料，高度約為1000mm；中部為ф76mm的亂堆填料，高度約為3500mm；上部為ф50mm的亂堆填料，約為500mm，其高度必須將分液管覆蓋。鮑爾環填料結構形狀如圖3-9所示。

塔內的分液裝置采用三級管槽式分液裝置，它具有分液點多（平均可達35點/m²以上）、分液均勻和減少氣體帶沫等優點，減輕了后續設備的負擔。

由于塔徑較大，為保證塔內氣流分布的均勻性，在填料格柵底部設有一層強制氣流分布裝置，保證氣體能均勻分布進入填料層，強化了傳熱傳質效果。

三、尾氣吸收塔

尾氣吸收塔的主要任務是將經吸收塔吸收后煙氣中剩余的二氧化硫與噴淋的循環堿液接觸，二氧化硫與氫氧化鈉堿液發生酸堿中和反應，生成亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉，從而使尾氣能夠達標排放。部分循環液通過旁路排走，同時補充部分堿液。

尾氣吸收塔也是一種填料塔類型的設備，是吸收過程中的傳熱傳質設備。其結構與吸收塔的不同之處是在塔頂設有捕沫裝置、捕沫器沖洗裝置。

為進一步清理尾氣中夾帶的霧沫及粉塵，在填料層上部另設置了一層清洗填料層和淋水裝置，噴淋洗滌后的水經集水盤收集后由導流管引入下部的集液槽循環使用。

塔頂部設有一層SD-B型高效捕沫裝置和兩層聚四氟乙烯絲網除沫器，阻力較小，除沫效率高，可達98％以上。捕沫裝置還配置有兩層噴淋裝置，能清除捕沫板和除霧器上捕集的煙氣粉塵或雜質，使設備始終能在正常條件下運行。