吸收及解吸方案的確定和主體設(shè)備的選擇電子教案

1、 職業(yè)教育環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫化工單元操作課程電子教案項目4 吸收解吸及設(shè)備操作學(xué)習(xí)任務(wù)1吸收及解吸方案的確定和主體設(shè)備的選擇計劃學(xué)時2職業(yè)能力目標(biāo)專業(yè)能力社會能力方法能力確定吸收解吸過程方案選擇主體設(shè)備團(tuán)隊工作能力溝通能力小組成員的協(xié)作能力擴展相應(yīng)的信息收集能力制定工作計劃能獨立使用各種媒介完成學(xué)習(xí)任務(wù)工作結(jié)果的評價與反思學(xué)習(xí)情境描述接到車間主任指令：根據(jù)給定的傳吸收解吸任務(wù)，確定吸收解吸方案，介紹流程中的主要工藝設(shè)備。組長接受任務(wù)后組織學(xué)員通過資訊、計劃、決策、實施和檢查、評估等過程完成學(xué)習(xí)任務(wù)。教學(xué)環(huán)境分析石油化工崗位操作技能實訓(xùn)中心、教材、輔導(dǎo)資料、化工工藝設(shè)計手冊、化工單

2、元操作學(xué)習(xí)光盤、學(xué)習(xí)軟件、可以上網(wǎng)查閱資料的電腦、工作臺、拆裝工具等教學(xué)方法采用角色扮演法交代任務(wù)；用引導(dǎo)文和小組討論法完成決策和計劃的制定，采用任務(wù)驅(qū)動法實施工作任務(wù)。教學(xué)組織分組，分工，協(xié)作共同完成，分成6個小組，每組6人要做好記錄，由各小組長展示學(xué)習(xí)成果評議各小組展示的學(xué)習(xí)成果教師對每個小組及每個學(xué)生進(jìn)行監(jiān)視，做好記錄，作為成績評定的依據(jù)。實施步驟資訊教案內(nèi)容實施步驟計劃與決策1引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源熟悉吸收解吸單元操作。1）接受任務(wù)2）完成基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)2監(jiān)視學(xué)生進(jìn)行小組討論，并做出決策和計劃1）對學(xué)習(xí)進(jìn)行決策2）制定學(xué)習(xí)計劃（提交計劃，組長匯報）3）對學(xué)員的計劃進(jìn)行可行性分析實

3、施步驟學(xué)習(xí)工作任務(wù)的實施教學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容教學(xué)過程設(shè)計及時間分配1. 告知訓(xùn)練項目：吸收解吸方案確定和主體設(shè)備的選擇；教師講授，PPT，5min2. 介紹吸收解吸在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用；教師講授，PPT，10min3. 介紹吸收解吸過程案例；教師講授，PPT，10min4. 講解工業(yè)吸收解吸方法；教師講授，PPT，10min5. 吸收解吸方案確定和主體設(shè)備的選擇訓(xùn)練；教師講授，PPT，30min6. 進(jìn)行吸收解吸過程的認(rèn)識考核；教師講授，PPT，20min7. 歸納總結(jié)：吸收解吸方案確定和主體設(shè)備的選擇的重要性及基本步驟；教師講授，PPT，10min8. 布置下次任務(wù)：吸收解吸參數(shù)工藝參數(shù)的確定。教

4、師講授，PPT，5min實施步驟檢查與評估檢查學(xué)生工作是否完整完成？歸檔是否完整？專業(yè)能力、社會能力和方法能力是否提高？工作態(tài)度、工作質(zhì)量情況安全、環(huán)保及6S情況填寫任務(wù)工單的評價表格吸收操作分類根據(jù)吸收過程的特點，吸收操作可分為下述幾種。1.物理吸收和化學(xué)吸收 在吸收過程中，如果溶暇與溶劑之間不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，可看作是氣體中百溶組分單純?nèi)芙庥谝合嗟奈锢磉^程，則稱為物理吸收。用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烴等過程都屬于物理吸收。如果溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。用硫酸吸收氨、用堿液吸收二氧化碳等過程均為化學(xué)吸收。2.單組分吸收和多組分吸收 若混合氣體中只有一個組分進(jìn)入液相，

5、其余組分不溶解于溶劑中，則稱為單組分吸收；如果混合氣體中有兩個或多個組分進(jìn)入液相，則稱為多組分吸收。例如，合成氨原料氣中含有N2,H2,CO,CO2等幾個組分，而只有CO2一個組分在高壓水中有較為明顯的溶解度，這種吸收過程屬于單組分吸收過程；用洗油處理焦?fàn)t氣時，氣相中的苯、甲苯、二甲苯等幾個組分都可明顯地溶解于洗油中，這種吸收過程屬于多組分吸收。3.等溫吸收和不等溫吸收 氣體溶解于液體時常伴隨著熱效應(yīng)，若進(jìn)行化學(xué)吸收，還會有反應(yīng)熱，從而引起液相溫度升高，這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。若被吸收組分在氣相中濃度很低而吸收劑的用量又相當(dāng)大時，熱效應(yīng)很小，幾乎覺察不到液相溫度的升高，則可視作等溫吸收。

6、如果吸收設(shè)備散熱良好，能及時引出熱量而維持液相溫度大體不變，自然也屬于等溫吸收之例。4.低濃度吸收與高濃度吸收 一般說來，溶質(zhì)在氣液兩相中濃度均不太高的吸收過程，即為低濃度吸收過程；反之若溶質(zhì)在氣液兩相濃度都比較高，則稱為高濃度吸收。高濃度氣體吸收過程中，在吸收設(shè)備的不同截面上，氣液兩相的流量變化明顯，且伴隨著顯著的熱效應(yīng)，大都屬于不等溫吸收過程。一般，溶劑對氣體的溶解度都不會很大，所以吸收操作適用于低濃度氣體混合物的分離，對高濃度氣體混合物往往使之液化后再用精餾分離。例如，用空氣作原料制備氧和氮（俗稱“空分”）即是采用液化精餾的技術(shù)路線。吸收設(shè)備有多種類型，最常用的有填料塔與板式塔，如圖2-

7、1所示。填料塔中裝有諸如瓷環(huán)之類的填料，氣液接觸在填料中進(jìn)行。板式塔中安裝有篩孔塔板，氣液兩相在塔板上鼓泡進(jìn)行接觸?；旌蠚怏w自塔底引人吸收塔，在壓差作用下向上流動；吸收劑自塔頂引人，在重力作用下向下流動。吸收劑吸收了吸收質(zhì)后形成的液體為吸收液或溶液自塔底引出，吸收后剩余的氣體為尾氣自塔頂引出。吸收的分類在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要從氣體混合物中分離出其中一種或多種組分。例如，在合成氨工業(yè)中，為了凈化原料氣，用水處理原料氣以除去其中的二氧化碳等。吸收操作就是分離氣體混合物的一種方法。使氣體溶解于液體中的操作稱為吸收操作。當(dāng)氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個或幾個組分溶解于液體中，而不能溶解的

8、組分仍留在氣體中，使氣體混合物得以分離，吸收操作就是利用氣體混合物中各組分在液體中的溶解度不同來分離氣體混合物。在吸收操作中，所用的液體稱為吸收劑或溶劑，被溶解的氣體稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，不能溶解的氣體稱為惰性氣體或載體。在上例中，二氧化碳是吸收質(zhì)，水是吸收劑。所以吸收過程是吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程。而物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程，稱為傳質(zhì)過程。吸收就是屬于傳質(zhì)過程的單元操作。根據(jù)吸收過程的特點，吸收操作可分為下述幾種。1.物理吸收和化學(xué)吸收 在吸收過程中，如果溶暇與溶劑之間不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，可看作是氣體中百溶組分單純?nèi)芙庥谝合嗟奈锢磉^程，則稱為物理吸收。用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烴等

9、過程都屬于物理吸收。如果溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。用硫酸吸收氨、用堿液吸收二氧化碳等過程均為化學(xué)吸收。2.單組分吸收和多組分吸收 若混合氣體中只有一個組分進(jìn)入液相，其余組分不溶解于溶劑中，則稱為單組分吸收；如果混合氣體中有兩個或多個組分進(jìn)入液相，則稱為多組分吸收。例如，合成氨原料氣中含有N2,H2,CO,CO2等幾個組分，而只有CO2一個組分在高壓水中有較為明顯的溶解度，這種吸收過程屬于單組分吸收過程；用洗油處理焦?fàn)t氣時，氣相中的苯、甲苯、二甲苯等幾個組分都可明顯地溶解于洗油中，這種吸收過程屬于多組分吸收。3.等溫吸收和不等溫吸收 氣體溶解于液體時常伴隨著熱效應(yīng)，若進(jìn)行化學(xué)

10、吸收，還會有反應(yīng)熱，從而引起液相溫度升高，這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。若被吸收組分在氣相中濃度很低而吸收劑的用量又相當(dāng)大時，熱效應(yīng)很小，幾乎覺察不到液相溫度的升高，則可視作等溫吸收。如果吸收設(shè)備散熱良好，能及時引出熱量而維持液相溫度大體不變，自然也屬于等溫吸收之例。4.低濃度吸收與高濃度吸收 一般說來，溶質(zhì)在氣液兩相中濃度均不太高的吸收過程，即為低濃度吸收過程；反之若溶質(zhì)在氣液兩相濃度都比較高，則稱為高濃度吸收。高濃度氣體吸收過程中，在吸收設(shè)備的不同截面上，氣液兩相的流量變化明顯，且伴隨著顯著的熱效應(yīng)，大都屬于不等溫吸收過程。一般，溶劑對氣體的溶解度都不會很大，所以吸收操作適用于低濃度氣體混

11、合物的分離，對高濃度氣體混合物往往使之液化后再用精餾分離。例如，用空氣作原料制備氧和氮（俗稱“空分”）即是采用液化精餾的技術(shù)路線。吸收設(shè)備有多種類型，最常用的有填料塔與板式塔，如圖2-1所示。填料塔中裝有諸如瓷環(huán)之類的填料，氣液接觸在填料中進(jìn)行。板式塔中安裝有篩孔塔板，氣液兩相在塔板上鼓泡進(jìn)行接觸。混合氣體自塔底引人吸收塔，在壓差作用下向上流動；吸收劑自塔頂引人，在重力作用下向下流動。吸收劑吸收了吸收質(zhì)后形成的液體為吸收液或溶液自塔底引出，吸收后剩余的氣體為尾氣自塔頂引出。吸收劑的選擇（一）吸收劑選用的依據(jù) 吸收過程是氣體中的溶質(zhì)溶解于吸收劑中，即通過兩相之間的接觸傳質(zhì)來實現(xiàn)的。吸收操作的成功

12、與否很大程度取決于吸收劑性能的優(yōu)劣。評價吸收劑優(yōu)劣主要依據(jù)有以下幾點。 1.溶解度 吸收劑應(yīng)對混合氣體中的被分離組分（吸收質(zhì)）有很大的溶解度，或者說在一定的溫度與濃度下，吸收質(zhì)的平衡分壓要低。這樣從平衡角度來說，處理一定量混合氣體所需的溶劑量較少，氣體中吸收質(zhì)的極限殘余亦可降低。 2.選擇性 混合氣體中其他組分在吸收劑中的溶解度要小，即吸收劑具有較高的選擇性。 3.揮發(fā)性 在操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，因為吸收尾氣往往為吸收劑蒸氣所飽和，吸收劑揮發(fā)度越高，其損失量越大。 4.黏度 吸收劑在操作溫度下赫度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有利于傳質(zhì)和傳熱。 5.再生性 吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度應(yīng)對溫

13、度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓迅速上升。 6.穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性好，以免在使用過程中發(fā)生變質(zhì)。 7.經(jīng)濟性 價廉、易得、無毒、不易燃燒、冰點低。 實際上，很難找到一種溶劑能滿足所有這些要求。因此，應(yīng)對可供選用的吸收劑做出技術(shù)與經(jīng)濟評價后，合理選用。（二）吸收劑的選用 在生產(chǎn)中，往往所選用的吸收劑很難滿足上述的要求，這時應(yīng)具體問題具體分析，抓住主要方面加以考慮。在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，吸收氣體中的某一組分往往既可以采用物理吸收，也可以采用化學(xué)吸收，這就與吸收劑選擇有密切的關(guān)系，如二氧化碳可以用水吸收，也可以用氫氧化鈉溶液吸收。應(yīng)說明

14、物理吸收過程是可逆的，可以釋放被吸收氣體；化學(xué)吸收則部分是不可逆的，堿液吸收二氧化碳變?yōu)樘妓猁}就不能釋放二氧化碳。一般吸收工業(yè)尾氣多采用化學(xué)吸收。吸收氣體的某一組分除可采用物理吸收與化學(xué)吸收外，在同一類吸收方法中，也有不同的吸收劑可供選擇。例如，可用水洗二氧化碳，也可用甲醇洗二氧化碳。對于同一吸收劑也可選用不同的操作條件，例如，可采用常壓水洗二氧化碳或高壓水洗。這些都要和化學(xué)工藝條件以及當(dāng)時當(dāng)?shù)氐木唧w情況，結(jié)合吸收過程的設(shè)備投資費用、操作費用、工藝系統(tǒng)的復(fù)雜性等，綜合考慮后才能做出正確的判斷，以便得到技術(shù)上的可能性與經(jīng)濟上的合理性相統(tǒng)一的結(jié)果。如果吸收的目的是制取某種溶液作為成品，例如，用氯化

15、氫氣體生產(chǎn)鹽酸，溶劑只能用水，沒有選擇的余地。如果目的在于把一部分氣體從混合物中分離出來，便應(yīng)考慮選擇適合的吸收劑問題。工業(yè)上的氣體吸收，很多采用水作為吸收劑，難溶于水的氣體才采用特殊吸收劑。例如，烴類氣體的吸收采用液態(tài)烴。為了提高氣體吸收的效果，也常采用與溶質(zhì)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)作為吸收劑，例如，二氧化碳的吸收可以用氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液或乙醇胺溶液。填料塔結(jié)構(gòu)填料塔是在圓形殼體下部設(shè)置一支承板，其上充填一定高度的填料。液體在塔頂經(jīng)分布器噴灑到填料上方，靠本身重力沿填料表面形成向下流動的液膜，最后由塔底引出；氣體由支承板下部進(jìn)入塔內(nèi)，靠壓強差通過填料空隙與填料表面的液膜作連續(xù)的逆向接觸進(jìn)

16、行傳質(zhì)，最后經(jīng)除沫器由塔頂排出。圖2-6為填料塔結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-6 填料塔結(jié)構(gòu)示意圖1氣體出口；2液體入口；3液體分布器；4殼體；5填料；6液體再分布器；7填料；8支撐柵板；9氣體入口；10液體出口液體沿填料層向下流動時有向塔壁集中的傾向，使塔壁附近液流量增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流使氣、液兩相在填料層內(nèi)分布不均，傳質(zhì)效率下降，因此當(dāng)填料層較高時，往往將填料分層裝置，兩層填料間設(shè)置液體再分布器，將上層填料流下的液體收集后再重新噴灑到下層填料層的頂部。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔不但結(jié)構(gòu)簡單，且流體通過填料層的壓降小，易于用耐腐蝕材料制造，所以它特

17、別適用于處理量小、有腐蝕的物料及要求壓降小的場合，但不適于處理有懸浮物和易聚合的物料。填料塔附件填料塔的內(nèi)件有填料、填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集與再分布裝置等。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。1、填料支承裝置填料層底部的支承板應(yīng)注意避免造成阻力過大等問題。從化工要求來看，支承板應(yīng)滿足以下三個基本條件：支承板的自由截面積不小于填料層的自由截面積，以免氣液通過時流動阻力過大，而首先在此發(fā)生液泛；足夠的機械強度以支承上面填料的重量；結(jié)構(gòu)易使流體均布。圖2-9(a)所示為用豎扁鋼組成的柵板型支承板，條間距一般為填料外徑的0.6-0.7倍。使

18、用時應(yīng)先鋪墊小孔金屬絲網(wǎng)或大直徑帶隔板環(huán)形填料。圖2-9(b)所示為孔管型支承板，氣體由升氣管的齒縫上去，而液體由小孔或底部溢流下去。另外還有駝峰型支承板等。圖2-9 填料的支承裝置2.液體分布裝置液體分布裝置是使液體能在塔頂均勻分布于填料表面的部件。液相在塔內(nèi)各個截面上的均布十分重要，填料表面能否被充分潤濕將影響填料內(nèi)氣液兩相的密切接觸，從而影響塔內(nèi)填料表面的有效利用率及傳質(zhì)效率。液體的初始分布至關(guān)重要。一般液體分布裝置應(yīng)具備以下條件：與填料相匹配的液體均布點；操作彈性大，適應(yīng)性好；為氣體提供盡可能大的自由截面；結(jié)構(gòu)合理，便于制造、安裝、調(diào)整和檢修。分布裝置的結(jié)構(gòu)形式很多，下面介紹幾種常用的

19、分布裝置。(1)管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其結(jié)構(gòu)簡單，供氣體流動的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，彈性一般較小。管式液體分布器使用十分廣泛，多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔。管式液體分布器有排管式、環(huán)管式等不同形狀，如圖2-10（a）、（b）所示。(2)蓮蓬式分布器如圖2-10(d)所示，它具有一半圓球形外殼，在殼壁上有許多可供液體噴灑的小孔，小孔大多以同心圓排列。液體由泵或高位槽以一定的壓力流人，然后由小孔分股噴出。這種分布器結(jié)構(gòu)簡單，適用于直徑600mm以下的塔。小孔易堵塞，一般較少應(yīng)用。圖2-10 液體分布裝置(3)盤式分布器又有篩孔及盤式兩種。如圖2-10(e)、(f)所示

20、，該分布器將液體加在分布盤上，經(jīng)盤上的篩孔或溢流管再均勻噴灑到整個塔截面上。(4)其他形式還有一些其他形式的分布器，例如，圖2-10（c）所示為槽式分布器，通過槽底開孔的分流槽將液體初分為若干流股，分別加人其下方的分布槽，再經(jīng)槽底、壁上的孔、導(dǎo)管將液體均布于填料層上。圖2-13（g）所示為槽盤式分布器，為新型液體分布器，它集槽式及盤式分布器的優(yōu)點，兼有集液、分液及分氣三種作用。3、液體再分布器除塔頂液體的分布之外，填料層中液體的再分布是填料塔中的一個重要問題。往往會發(fā)現(xiàn)，在離填料頂面一定距離處，噴淋的液體便開始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心處填料得不到好的潤濕，形成所謂“干錐體”的不正常現(xiàn)象，減少了氣液兩相的有效接觸面積。因此