吸收及解吸課件1

1、吸收與解吸單元實訓(xùn)一、實訓(xùn)目的一、實訓(xùn)目的 （1）了解吸收解吸操作基本原理和基本工藝流程、了解填料塔等主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和性能參數(shù)、了解流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)的測量原理和操作方法。 （2）能夠根據(jù)工藝要求進行吸收、解吸生產(chǎn)裝置的間歇或連續(xù)操作；能夠在操作進行中熟練調(diào)控各個參數(shù)，保證生產(chǎn)維持在工藝條件下正常進行。能實現(xiàn)手動和自動無擾切換操作。能熟練操控DCS控制系統(tǒng)。 （3）能根據(jù)異?，F(xiàn)象分析判斷故障種類、產(chǎn)生原因并排除處理。 （4）能夠完成吸收過程和解吸過程的性能測定。二、實訓(xùn)的基本原理二、實訓(xùn)的基本原理 （1）氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于二氧化碳氣體無味、無毒、廉價，所以

2、選擇二氧化碳作為溶質(zhì)組分，本實訓(xùn)裝置采用水吸收二氧化碳組分。二氧化碳在水中溶解度很小，一般預(yù)先將一定的二氧化碳通入空氣中混合，以提高空氣中二氧化碳濃度，但水中的二氧化碳含量依然很低，所以吸收的計算方法按低濃度處理，此體系吸收過程屬液膜控制。 （2）解吸或稱脫吸是吸收的逆過程，其傳質(zhì)方向與吸收相反，溶質(zhì)由液相向氣相傳遞，其目的是為了分離吸收后的溶液，使溶液再生并得到回收后的溶質(zhì)。 （3）氣體通過填料層的壓強降： P , kPa 圖填料層的 P u關(guān)系 壓強降是塔設(shè)計中的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強降的大小決定了塔的動力消耗。壓強降與氣、液流量有關(guān)，不同液體噴淋量下填料層的壓強降與氣速的關(guān)系如圖

3、當(dāng)無液體噴淋即噴淋量 時，干填料的P u的關(guān)系是直線，如圖中的直線L0。當(dāng)有一定的噴淋量時, P u的關(guān)系變成折線，并存在兩個轉(zhuǎn)折點，下轉(zhuǎn)折點稱為“載點”，上轉(zhuǎn)折點稱為“泛點”。這兩個轉(zhuǎn)折點將P u關(guān)系分為三個區(qū)段：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。u , m/s 0123L3L2L1L0 =000L （4）傳質(zhì)性能： 吸收系數(shù)是決定吸收過程速率高低的重要參數(shù)，實驗測定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。對于相同的物系及一定的設(shè)備（填料類型與尺寸），吸收系數(shù)隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。 吸收率是測定吸收操作好壞的一個主要指標，他表示已被吸收的容質(zhì)量與氣相中與原有的容質(zhì)量的比，吸收率越大吸收越完全，

4、氣體的凈化度越高。 計算公式為： =Y1-Y2/Y1 式中：Y1-表示入塔氣體中可吸收組分（CO2）的摩爾分率。 Y2-表示出塔氣體中可吸收組分（CO2）的摩爾分率。三、基本知識 1.吸收吸收：利用氣體混合物各組分在液體中溶解度的差異，用液體吸收劑分離氣體混合物的單元操作。 吸收所用的液體稱為吸收劑或（貧液）溶劑，氣體混合物（富氣）中被吸收的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，不被吸收的組分稱為惰性氣體（貧氣），吸收后得到的液體稱為吸收液（富液）或溶液。貧液貧液 富氣富氣富液富液貧氣貧氣三、基本知識2.2.解吸：從吸收液中分離岀已被吸收的氣體吸收質(zhì)解吸：從吸收液中分離岀已被吸收的氣體吸收質(zhì)的操作稱為解吸。的

5、操作稱為解吸。 解吸方法：解吸方法：（1 1）汽提）汽提 （2 2）減壓）減壓 （3 3）加熱）加熱（4 4）加熱減壓）加熱減壓 工程上很少采用單一的解吸方法，往往是先升溫工程上很少采用單一的解吸方法，往往是先升溫再減壓至常壓，最后采用汽提法解吸。再減壓至常壓，最后采用汽提法解吸。 顯然，解吸與吸收是相反的過程顯然，解吸與吸收是相反的過程三、基本知識 生產(chǎn)中解吸的作用有兩個： 一個是把吸收液中吸收的氣體重新釋放出來，獲得高純度的吸收質(zhì)氣體； 另一個是使吸收液釋放了被吸收的氣體，使吸收劑重新具有吸收作用，再返回吸收塔循環(huán)使用，節(jié)約操作費用。 三、基本知識 （1）汽提解吸）汽提解吸 汽提解吸采用的

6、載氣是不含溶質(zhì)的惰性氣體或溶劑蒸氣，提供與吸收液相成平衡的氣相,將溶質(zhì)從吸收液中吹出。 吸收液解吸了大部分被吸收的氣體后，為了使氣體進一步解吸完全，有時向解吸塔中通入水蒸氣、空氣等氣體，降低液面上溶質(zhì)氣體的分壓，使吸收液中溶質(zhì)氣體更完全的解吸出來。這一過程稱為汽提，所用的水蒸氣、空氣等氣體稱為汽提氣。三、基本知識 （2）減壓解吸 若吸收采用加壓吸收，解吸可采用減壓解吸，使溶質(zhì)氣體從吸收劑中解吸出來。溶質(zhì)氣體被解吸的程度取決于最終解吸壓力和溫度。 （3）加熱解吸 當(dāng)溶質(zhì)氣體在吸收劑中的溶解度隨溫度的升高而降低較大時，可采用加熱解吸。 （4）加熱-減壓解吸 將吸收液加熱升溫解吸之后再舉行減壓解吸，

7、加熱解吸和減壓解吸的結(jié)合，能顯著提高溶質(zhì)氣體被解吸的程度。三、基本知識3、相組成的表示方法 吸收是溶質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程。隨著吸收過程的進行，組分在氣相和液相中的濃度均發(fā)生變化，為了研究吸收過程的基本原理，首先應(yīng)掌握物質(zhì)在氣相或液相中濃度的表示方法。用x（X）表示液相組成，用y（Y）氣相組成。 4、平衡溶解度 在一定的溫度和壓力下，氣體和液體兩相接觸時，氣體中的溶質(zhì)組分便溶解在液相中，隨著吸收過程的進行，溶質(zhì)氣體在液相中的濃度逐漸增加；同時，溶解在液相中的氣體也不斷地返回到氣相中去。在操作初期，過程以吸收為主，但經(jīng)過一定時間，溶質(zhì)從氣相進入液相和從液相返回氣相的速率相等，氣液兩相的組成

8、亦不再變化，三、基本知識 氣相和液相達到動態(tài)平衡，此時，液相中溶質(zhì)的濃度達到最大值。氣液平衡時，溶質(zhì)在液相中的含量稱為氣體在液相的平衡溶解度，簡稱溶解度。氣液平衡時，溶液上方溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓。 4、亨利定律 當(dāng)氣、液相處于平衡狀態(tài)時，溶質(zhì)氣體在兩相中的濃度存在著一定的分布關(guān)系，這種關(guān)系可以用亨利定律來表明。 在一定溫度和總壓不超過506.5kpa的情況下，多數(shù)氣體溶解后形成的溶液為稀溶液，氣液平衡時，溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的平衡分壓成正比，這一規(guī)律稱為亨利定律。 亨利定律用數(shù)學(xué)表達式為 p*Ex 式中 p*溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，Pa；x溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；E亨利系數(shù)，Pa

9、。 對于給定物系，亨利系數(shù)E隨溫度升高而增大。在同一溶劑中，易溶氣體的E值很小，而難溶氣體的E值很大。常見物系的亨利系數(shù)可從手冊中查到。 5、吸收機理雙膜理論根據(jù)雙膜理論，吸收過程的機理如下： （1）吸收質(zhì)從氣相主體以對流擴散的方式到達氣膜邊界， （2）到達氣膜邊界吸收質(zhì)以分子擴散的方式穿過氣膜到達相界面，在界面上溶質(zhì)溶解在液相中， （3）溶解在液相中的溶質(zhì)又以分子擴散的方式穿過液膜到達液膜界面上， （4）到達液膜界面上的溶質(zhì)以對流擴散方式轉(zhuǎn)移到液相主體。雙膜理論的基本要點如下： （1）吸收過程中，氣液兩流體相共有一個相界面（簡稱界面）。在相界面的兩側(cè)分別為氣膜和液膜，膜內(nèi)流體做層流流動。雙膜

10、以外的區(qū)域為氣相和液相主體。在兩相主體中，流體做湍流流動。 （2）相界面上，氣液兩相中溶質(zhì)的濃度處于平衡狀態(tài)。界面上不存在傳質(zhì)阻力。 （3）氣、液兩相主體內(nèi)部流體處于充分的湍流狀態(tài)，無傳質(zhì)阻力，不存在濃度差。過程傳質(zhì)阻力全部集中在兩膜（氣膜和液膜）內(nèi)。 在以上的傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)在界面上及氣液主體中的傳質(zhì)阻力很小，其阻力主要集中在氣膜和液膜中。因此要想強化吸收，就要設(shè)法減小傳質(zhì)阻力，即兩膜的厚度。流速越大，氣膜和液膜的厚度越薄，故增大流速，可以減少傳質(zhì)阻力，提高吸收速率。四、設(shè)備以及吸收劑 由吸收的基本理論和吸收的機理可知，要使吸收操作順利進行，必須使氣液兩相充分接觸，形成穩(wěn)定的氣膜和液膜，因此

11、吸收操作必須在滿足上述條件的吸收設(shè)備中進行；要進行規(guī)模化生產(chǎn)必須滿足： 1、合適的氣液傳質(zhì)設(shè)備； 2、合適的吸收劑； 3、吸收劑的能夠再生循環(huán)使用 工業(yè)生產(chǎn)中，吸收過程是在吸收設(shè)備即吸收塔內(nèi)完成的，所使用吸收塔類型很多，常用的有填料塔，板式塔，旋流板塔，噴射塔，文丘里吸收器，噴灑塔等，其中填料塔應(yīng)用最廣 。 吸收設(shè)備應(yīng)該滿足：氣液相接觸良好，吸收速率大，設(shè)備阻力小，操作范圍穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。四、設(shè)備以及吸收劑一、填料塔的結(jié)構(gòu) 填料塔是吸收操作中使用最廣泛的一種塔型。填料塔由塔體、填料、塔內(nèi)件等部件組成。 塔體一般是用鋼板制成的圓筒形，在特殊情況下也可用陶瓷或者塑料制成。塔內(nèi)充填有一定高

12、度的填料層，填料的下面為支撐板，填料上面有填料壓板及液體分布器，必要時需將填料層分段，段與段之間設(shè)置液體再分布器。 2、填料塔的工作原理 操作時，吸收劑由塔頂部的液體分布器分散后，沿填料表面向下流動，潤濕填料表面；氣體自塔底向上穿過填料層，與吸收劑逆向流動，吸收過程通過填料表面上的液層與氣相間的界面進行。 填料塔單位容積內(nèi)吸收面積的大小，主要與填料的結(jié)構(gòu)及液體分布的均勻程度有關(guān)。3. 填料塔的輔助設(shè)備 （1）支承板 在填料塔中，支承板的作用是為了支承填料和填料上的持液量。因此支承板首先要有足夠的強度和剛度；另外還要具有大于填料層空隙率的開孔率，保證氣體和液體能自由通過，以免在此首先發(fā)生液泛。

13、常用的支承板有柵板、升氣管式等 （2）液體分布器 液體分布器的作用是把液體均勻地分布在填料表面上。 如果液體分布不均，會減少填料的有效傳質(zhì)面積，促使液體發(fā)生溝流，從而降低吸收效果。常用液體分布器有蓮蓬式、管式、盤式、槽式、排管式、環(huán)管式等多種形式。（3）液體再分布裝置 液體再分布裝置作用是用來改善液體在填料層中向塔壁流動的效應(yīng)的，一般設(shè)置在填料的段與段之間。（4）氣、液體進口及出口 液體的出口裝置既要便于塔內(nèi)排液，又要防止夾帶氣體，可采用水封裝置。填料塔的氣體的進口裝置應(yīng)具有防止塔內(nèi)下流的液體進入管內(nèi)，又能使氣體在塔截面上分布均勻。（5）除沫裝置 除沫裝置的作用：是用來除去由填料層頂部逸出的氣

14、體中的液滴。常用的除沫裝置有：折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器、旋流板除沫器等。 二、吸收劑的選擇 由吸收原理可知，吸收操作是氣液兩相之間的接觸傳質(zhì)過程，吸收操作的成功與否在很大程度上取決于溶劑即吸收劑的性質(zhì)，特別是吸收劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系。 根據(jù)氣液平衡關(guān)系可知，選擇吸收劑的主要依據(jù)包括以下幾點。 1、溶解度 吸收劑應(yīng)對混合氣體中被分離的溶質(zhì)組分有較大的溶解度，從平衡角度而言，處理一定量的混合氣體所需要的吸收劑的量較少，處理后的氣體中溶質(zhì)殘余濃度亦較低，即溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度越大，則吸收速率越大,吸收劑用量越少。 2、選擇性 吸收劑要對溶質(zhì)組分有良好的吸收能力,對其它組分的溶解度較小，即基

15、本上不吸收,或吸收甚微,即吸收劑應(yīng)具有較高的選擇性。否則不能實現(xiàn)混合氣體的有效分離。 3、容易再生 溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度應(yīng)對溫度的變化比較敏感，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。這樣，被吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。 4、揮發(fā)度 吸收劑的揮發(fā)度越小,則吸收劑損失量越小,分離后氣體中吸收劑含量也越小。 5、粘度 吸收劑應(yīng)有較低的粘度，在吸收過程中不易產(chǎn)生泡沫，以實現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x，同時，吸收劑粘度越小,流動性越好,吸收速率越大,泵的功耗越小,且傳質(zhì)阻力減小。四、設(shè)備以及吸收劑 6、其它 吸收劑應(yīng)滿足無毒、無

16、腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、冰點底、價廉易得、具有化學(xué)穩(wěn)定性等經(jīng)濟和安全條件。 對A和B的溶解度差異要大 對A的溶解度要大 對A的溶解度在條件改變時變化要大 揮發(fā)性小 粘度小 腐蝕小四、設(shè)備以及吸收劑 三、吸收劑的再生循環(huán)使用解吸從吸收液中分離岀已被吸收的氣體吸收質(zhì)的操作稱為解吸。 升高溫度，降低壓力，有利于解吸的進行，所以解吸過程大部分在減壓、加熱下進行，也有些在減壓、等溫下進行。五、填料的類型和特性一、填料的作用 填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面積，加快吸收速率。二、填料的類型和特性 填料的種類很多，大致可以分為實體填料和網(wǎng)體填料。填料一般用陶瓷，不銹鋼，碳鋼，塑料，木材等制成。 1、

17、拉西環(huán) 拉西環(huán)是工業(yè)上最老的應(yīng)用最廣泛的一種填料。它的構(gòu)造是外徑和高度相等的空心圓柱。在強度容許的情況下，其壁厚應(yīng)當(dāng)盡量減薄，以提高空隙率并減小堆積的重度。拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但液體的溝流及壁流現(xiàn)象較嚴重，操作彈性范圍較窄，氣體阻力較大等。（a）（b）（c）（d） 2、鮑爾環(huán) 在普通的拉西環(huán)壁上開有上下兩層長方形窗孔，窗孔部分的環(huán)壁形成葉片向環(huán)中心彎入，在環(huán)中心相搭，上下兩層小窗位置交叉，如右圖所示，其氣體阻力小，壓降低，液體分布較均勻，填料效率較高，操作彈性范圍較大 3、階梯環(huán) 階梯環(huán)是在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上進行了進一步的改進。階梯環(huán)的總高為直徑的5/8，圓筒的一端有向外翻卷的喇叭口，如右圖

18、所示。階梯環(huán)的空隙率大，而且填料個體之間呈點接觸，可使液膜不斷更新，傳質(zhì)效率高，壓力降小。 4、矩鞍形填料 是一種敞開形填料，填裝于塔內(nèi)則互相處于套接狀態(tài)。因而穩(wěn)定性較好，表面利用率較高。因液體流道通暢，不易被固體懸浮物堵塞。并能用價格便宜又耐腐蝕的陶瓷和塑料制造。比鮑爾環(huán)阻力小、通量大、效率高、填料強度和剛性較好，是目前應(yīng)用最廣的一種散堆填料。 5、波紋填料 是由許多層波紋薄板制成，各板高度相同但長短不等。搭配排列而成圓餅狀，波紋與水平方向成450傾角，相鄰兩板反向疊靠，使其波紋傾斜方向互相垂直。圓餅的直徑略小于塔殼內(nèi)徑，各餅豎直疊放于塔內(nèi)。相鄰的上下兩餅之間，波紋板片排列方向互成90度角。

19、其優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大，流體阻力小，流體分布均勻，傳質(zhì)效果好。但造價較高，易堵塞。 6、絲網(wǎng)波紋填料 絲網(wǎng)波紋填料是用絲網(wǎng)制成一定形狀的填料。這是一種高效率的填料，其形狀有多種。例如：網(wǎng)環(huán)、鞍形網(wǎng)等。優(yōu)點：絲網(wǎng)細而薄，做成填料體積較小，比表面積和空隙率都比較大，因而傳質(zhì)效率高。缺點：造價昂貴，易堵塞，清理不方便。 7、其他類型的填料：如下圖所示分別是：雪花環(huán)、多面空心球、海爾環(huán)和扁環(huán)。 三、選擇填料的原則 選擇填料正確與否，對填料塔的操作有很大的影響。為了使填料塔高效率地操作，所用填料一般應(yīng)具備下列條件： 1、單位體積填料的表面積，即比表面積必須大。比表面積以at， m2/m3表示。

20、2、單位體積填料層具有的空隙體積，即空隙率必須大，空隙率以，m3/m3表示 3、在填料表面有較好的液體均勻分布性能。以避免液體的溝流及壁流現(xiàn)象。 4、氣流在填料層中均勻分布，以使壓降均衡，無死角，對于填料層阻力較小的大塔特別值得注意。 5、制造容易，造價低廉。 6、具有足夠的機械強度。 7、對于液體及氣體均須具有化學(xué)穩(wěn)定性。 吸收解吸的工業(yè)應(yīng)用：吸收解吸的工業(yè)應(yīng)用：（1）回收混合氣體中有價值的組分 如:用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。（2）除去有害組分以凈化氣體 如:用丙酮脫除裂解氣中的乙炔。 （3）制備某種氣體的溶液 如:用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收甲醛以制取福爾馬林，用

21、水吸收氯化氫以制取鹽酸等。 （4）工業(yè)廢氣的治理 如:在磷肥生產(chǎn)中，產(chǎn)生的含氟廢氣具有強烈的腐蝕性，可采用水及其他鹽類制成有用的氟硅酸鈉、冰晶石等六、吸收與解吸實訓(xùn)裝置開停車實吸收與解吸實訓(xùn)裝置開停車實訓(xùn)內(nèi)容與操作規(guī)程訓(xùn)內(nèi)容與操作規(guī)程 (1)工藝文件準備工藝文件準備 (2)開車前動、靜設(shè)備檢查訓(xùn)練開車前動、靜設(shè)備檢查訓(xùn)練 （3）二氧化碳氣瓶安全性檢測）二氧化碳氣瓶安全性檢測 （4）樣品分析儀器的準備、化學(xué)藥品的配制技能訓(xùn)練）樣品分析儀器的準備、化學(xué)藥品的配制技能訓(xùn)練 （5）吸收與解吸塔液體流量的標定）吸收與解吸塔液體流量的標定 （6）解吸塔壓降測量技能訓(xùn)練）解吸塔壓降測量技能訓(xùn)練 (7)吸收、

22、解吸塔開、停車技能訓(xùn)練吸收、解吸塔開、停車技能訓(xùn)練 （8）原料氣體濃度的配制技能訓(xùn)練）原料氣體濃度的配制技能訓(xùn)練 （9）吸收塔穩(wěn)定性的分析與判斷訓(xùn)練）吸收塔穩(wěn)定性的分析與判斷訓(xùn)練 （10）吸收塔吸收液濃度測量技能訓(xùn)練）吸收塔吸收液濃度測量技能訓(xùn)練 七、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 (1)填料塔流體力學(xué)性能測定(以干填料數(shù)據(jù)為例數(shù)據(jù)表見表6-11): 塔壓降P0.4KPa P=gh h=p/g P Z0.41.750.23(KPa) 由 其中：c0-文丘里流量計系數(shù)，c0=0.65; A0-文丘里流量計喉徑處截面積m2 d0-喉徑 ， d0 =0.020 m ;-文丘里流量計壓差，Kpa -空氣入口溫度（即 流量計處溫度）下密度，Kg/m3。 經(jīng)測得