噴嘴在吸收塔中的應用
吸收塔是實(shí)現吸收操作的設備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類(lèi)。一類(lèi)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(lèi)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(lèi)為液體以膜狀運動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。
　　塔內氣液兩相的流動(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)吸收塔應具備以下基本要求：
　　1．塔內氣體與液體應有足夠的接觸面積和接觸時(shí)間。
　　2．氣液兩相應具有強烈擾動(dòng)，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率。
　　3．操作范圍寬，運行穩定。
　　4．設備阻力小，能耗低。
　　5．具有足夠的機械強度和耐腐蝕能力。
　　6．結構簡(jiǎn)單、便于制造和檢修。
　　幾種常用的吸收塔
　　1．填料塔
　　填料塔結構見(jiàn)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，它提供了塔內氣液兩相的接觸面，填料與塔的結構決定了塔的性能。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、一定的機械強度、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80年代后開(kāi)發(fā)的新型填料如QH—1型扁環(huán)填料、八四內弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規整板波紋填料、格柵填料等，為先進(jìn)的填料塔設計提供了基礎。
　　填料塔適用于快速和瞬間反應的吸收過(guò)程，多用于氣體的凈化。該塔結構簡(jiǎn)單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時(shí)間長(cháng)，氣量變化時(shí)塔的適應性強，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(guò)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，設計時(shí)應克服塔內氣液分布不均的問(wèn)題。
　　2．湍球塔
　　湍球塔結構見(jiàn)圖2，它是填料塔的一種特殊形式，運行時(shí)塔內填料處于運動(dòng)狀態(tài)，以強化吸收過(guò)程。在塔內柵板間放置一定數量的輕質(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，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(guò)程是在各個(gè)塔板上進(jìn)行。板式塔種類(lèi)很多。大致可分為二類(lèi)：一類(lèi)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(lèi)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
　　篩板結構如圖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)是構造簡(jiǎn)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，塔的安裝要求嚴格，塔板應保持水平；操作彈性較小。
　　(2)斜孔板塔
　　斜孔板塔是篩孔板塔的另一形式，見(jiàn)圖4。斜孔寬10～20m，長(cháng)10～15mm，高6mm?？账饬魉俣纫话闳?～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。該塔結構比篩孔板塔復雜，制造較困難，安裝要求嚴格，容易發(fā)生偏流。
   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。文氏管吸收器結構簡(jiǎn)單、設備小、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。
　　填料塔的吸收設計
　　1．吸收劑用量的確定
　　在設計時(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 小用量，kmol／h。
　　(1) X1*——與Y1對應平衡時(shí)的吸收液濃度(用比摩爾分數表示)。
　　當吸收服從亨利定律時(shí)，Y=mX，則式(1)可簡(jiǎn)化為：
　　(2) 式中  m——相平衡常數；
　　—— 小液氣比，L／m3。
　　在工程上，若吸收劑用量取Lmin值，則塔為無(wú)限高，不現實(shí)；若過(guò)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。故吸收劑用量應根據工藝過(guò)程和經(jīng)濟技術(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——氣體體積流量，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
　　計算方法有等板高度法、傳質(zhì)單元高度法及傳質(zhì)系數法。用等板高度法計算如下：
     Z=NT(HETP)　　(4)式中  Z——填料層高度；
　　  NT——論塔板數(可用圖解法求出)；
　　  HETP——等板高度(由經(jīng)驗公式求出)。
　　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、也可用阻力系數法計算。
　　 (5)式中  △P——填料層的壓降，Pa；
　　  ξ——阻力系數；
　　  Z——填料層的高度，m；
　　  ω——空塔氣速，m／s；
　　  ——氣體密度，kg／m3。