噴嘴在吸收塔中的應用
吸收塔是實現(xiàn)吸收操作的設備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。一類是氣體以氣泡形態(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；第三類為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。
　　塔內(nèi)氣液兩相的流動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，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質的液體從塔底排出，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(nèi)氣體與液體應有足夠的接觸面積和接觸時間。
　　2．氣液兩相應具有強烈擾動，減少傳質阻力，提高吸收效率。
　　3．操作范圍寬，運行穩(wěn)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(nèi)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年代后開發(fā)的新型填料如QH—1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進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程，多用于氣體的凈化。該塔結構簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應性強，塔阻力小，壓力損失為300～700Pa，與板式塔相比處理風量小，空塔氣速通常為0．5～1．2m/s，氣速過大會形成液泛，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，設計時應克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。
　　2．湍球塔
　　湍球塔結構見圖2，它是填料塔的一種特殊形式，運行時塔內(nèi)填料處于運動狀態(tài)，以強化吸收過程。在塔內(nèi)柵板間放置一定數(shù)量的輕質小球填料(直徑29～38mm)，吸收劑自塔頂噴下，濕潤小球表面，氣體從塔底進入，小球被吹起湍動旋轉，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、質量不同的小球改變操作范圍。該塔處理風量較大，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(nèi)裝有一層層的塔板，液體從塔頂進入。氣體從塔底進入，氣液的傳質、傳熱過程是在各個塔板上進行。板式塔種類很多。大致可分為二類：一類是降液管式，如泡罩塔、篩孔板塔、浮閥塔、S形單向流板塔、舌形板塔、浮動噴射塔等；另一類是穿流式板塔，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)點是構造簡單，處理風量大，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，見圖4。斜孔寬10～20m，長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，造成氣液的高度湍流，使氣液表面不斷更新，氣液充分接觸，傳質效果較好，凈化效率高，同時可以處理含塵氣體，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、噴霧器和旋風分離器組成，操作時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單、設備小、占空間少、氣速高、處理量大、氣液接觸好、傳質較容易，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
　　在設計時需處理的風量(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。
　　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對應平衡時的吸收液濃度(用比摩爾分數(shù)表示)。
　　當吸收服從亨利定律時，Y=mX，則式(1)可簡化為：
　　(2) 式中  m——相平衡常數(shù)；
　　—— 小液氣比，L／m3。
　　在工程上，若吸收劑用量取Lmin值，則塔為無限高，不現(xiàn)實；若過多增加吸收劑，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(jù)工藝過程和經(jīng)濟技術的合理性確定。在選擇吸收劑用量時要保證填料有足夠的濕潤，一般情況下噴淋密度(即每小時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——實際空塔流速，m／s。
　　　ω=(0．6～0．8) ωf
　　　ωf——液泛點的空塔流速，m／s。
　　3．填料層高度
　　計算方法有等板高度法、傳質單元高度法及傳質系數(shù)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(shù)(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聯(lián)圖查找、也可用阻力系數(shù)法計算。
　　 (5)式中  △P——填料層的壓降，Pa；
　　  ξ——阻力系數(shù)；
　　  Z——填料層的高度，m；
　　  ω——空塔氣速，m／s；
　　  ——氣體密度，kg／m3。