第三节　吸收主要设备

一、填料塔

（一）填料塔的工作原理

填料塔是气-固-液系统，塔内气液流速不大，在填料层中气液两相存在着稳定的界面。其工作原理用“双膜理论”来解释最合适。

由“双膜理论”可知，在炉气净化或吸收等过程中，气体通过气膜扩散的物质量可用下式表示：

Q=KFΔp

式中　Q——被吸收物质量，kg/h；　　F——接触面积（填充面积），m²；

K——吸收速率系数，kg/（m²·h·Pa）；　Δp——吸收推动力，Pa。

吸收推动力Δp按下式计算：

式中　p_i，p_e——吸收过程开始和末尾被吸收气体的分压，Pa；

——吸收过程开始和末尾液面上被吸收气体的平衡压力，Pa。

（二）填料塔的构造与操作

在化工分离过程的操作中，填料塔是最常用的气液传质设备之一，具有结构简单，便于用耐腐蚀性材料制造以及压降小等优点。采用新型高效填料可以取得良好的经济效果，因而它具有广泛的适用性。填料塔用于吸收和解吸操作，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此，在实际工程操作中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数使用填料塔。

填料塔是直立圆筒形设备，塔上部设有捕沫装置和分酸装置，塔内制成栅板上摆放着整齐或乱堆的填料。在逆流操作的填料塔内，气体自下向上与液体自上向下同时流经一定高度的填料层。液体自塔顶向下借重力在填料表面做膜状流动。液相与气相的传质就在液膜与上升气流摩擦接触过程中进行。填料塔结构如图3-8所示。

填料塔工作过程：液体由塔顶入口进入塔内，经过分布器喷淋在填料上，液相受重力的作用流下，并在填料表面与自塔底进入的气体发生连续逆流接触，从而发生气、液两相间的传质、传热过程。填料塔内液体的流动存在向壁面偏流的倾向，因此除塔顶液体入口装有分布器外，当填料层很高时，同样要将其分段，各段间均需设置再分布器，使液相在塔内各截面位置的分布趋于均匀。

填料塔的传质效率高低与液体的分布和填料的润湿情况密切相关。为使填料获得良好的润湿，应保证塔内液体的喷淋量不低于最小喷淋密度。若喷淋密度过小，则可采用增大液体流量（或回流比），或在吸收操作中采用液体再循环等方法加大液体流量，或在许可范围内减小塔径，或适当增加填料层高度予以补偿。

（三）填料

填料塔的气液接触是在填料表面发生的，故填料是填料塔工作的核心部分，且对气液两相传热、传质影响都很大。填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面积，强化气体的湍动程度，以便于传质（包括传热）的进行。

填料塔操作性能的好坏与所选填料有密切关系。故所选填料应符合以下要求：有较大的比表面积；较高的空隙率；有足够的机械强度；具有化学稳定性；单位体积重量轻；价廉耐用等。

填料的主要类型：拉西环、鲍尔环、矩鞍环、阶梯环、十字格环、波纹填料等。

（四）填料塔直径和填料层高度

1.填料塔直径

填料塔的直径决定于气体的流量与适宜的空塔气速，前者由生产条件决定，后者则在设计时规定，而后依下式计算：

式中　V_填——处理的气量（操作状态），m³/h；

W——塔的操作速度（空塔速度），m/s。

2.填料层高度

为了使填料吸收塔出口气体达到一定的工艺要求，就需要塔内填装一定高度的填料层能提供足够的气、液两相接触面积。填料塔的高度主要取决于填料层高度。计算填料层高度常采用以下两种方法：

传质单元法：填料层高度H_填=传质单元高度×传质单元数

等板高度法：填料层高度H_填=等板高度×理论板数

填料层高度计算公式：

式中　D——塔的内径，m；

V_填——填料容积，m³。

　　 即： 　　

式中　F——传质面积，m²；

a——填料比表面，m²/m³。

一般填料塔以H_填/D=1.2～2.0为下限，H_填/D=3.5～4.5为上限。塔径小的采用上限范围，塔径大的采用下限范围。

二、吸收塔

吸收塔的主要任务是将烟气中含有的二氧化硫与喷淋的循环碱液接触后，二氧化硫与氢氧化钠碱液发生酸碱中和化学反应，生成亚硫酸氢钠及亚硫酸钠，从而达到吸收的目的。部分循环液中生成的部分亚硫酸氢钠及亚硫酸钠则通过旁路排走，同时补充部分碱液。

吸收塔是一种填料塔类型的设备，是吸收过程中的传热传质设备。它主要由塔体、顶盖、分液装置、填料支撑格栅、气流分布装置、支撑装置、鲍尔环填料等组成。

由于该塔内装有填料，要求填料耐腐蚀，有大的比表面积和一定抗污堵和自净能力。根据设备结构，塔内填料分别为三种不同规格的聚丙烯制的鲍尔环，其中下部为规整填料，高度约为1000mm；中部为ф76mm的乱堆填料，高度约为3500mm；上部为ф50mm的乱堆填料，约为500mm，其高度必须将分液管覆盖。鲍尔环填料结构形状如图3-9所示。

塔内的分液装置采用三级管槽式分液装置，它具有分液点多（平均可达35点/m²以上）、分液均匀和减少气体带沫等优点，减轻了后续设备的负担。

由于塔径较大，为保证塔内气流分布的均匀性，在填料格栅底部设有一层强制气流分布装置，保证气体能均匀分布进入填料层，强化了传热传质效果。

三、尾气吸收塔

尾气吸收塔的主要任务是将经吸收塔吸收后烟气中剩余的二氧化硫与喷淋的循环碱液接触，二氧化硫与氢氧化钠碱液发生酸碱中和反应，生成亚硫酸氢钠和亚硫酸钠，从而使尾气能够达标排放。部分循环液通过旁路排走，同时补充部分碱液。

尾气吸收塔也是一种填料塔类型的设备，是吸收过程中的传热传质设备。其结构与吸收塔的不同之处是在塔顶设有捕沫装置、捕沫器冲洗装置。

为进一步清理尾气中夹带的雾沫及粉尘，在填料层上部另设置了一层清洗填料层和淋水装置，喷淋洗涤后的水经集水盘收集后由导流管引入下部的集液槽循环使用。

塔顶部设有一层SD-B型高效捕沫装置和两层聚四氟乙烯丝网除沫器，阻力较小，除沫效率高，可达98％以上。捕沫装置还配置有两层喷淋装置，能清除捕沫板和除雾器上捕集的烟气粉尘或杂质，使设备始终能在正常条件下运行。