吸收與解吸專題知識(shí)講座

1、吸收與解吸專題知識(shí)講座吸收與解吸專題知識(shí)講座第1頁一、實(shí)訓(xùn)目標(biāo)（1）了解吸收解吸操作基礎(chǔ)原理和基礎(chǔ)工藝流程、了解填料塔等主要設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和性能參數(shù)、了解流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)測(cè)量原理和操作方法。（2）能夠依據(jù)工藝要求進(jìn)行吸收、解吸生產(chǎn)裝置間歇或連續(xù)操作；能夠在操作進(jìn)行中熟練調(diào)控各個(gè)參數(shù)，確保生產(chǎn)維持在工藝條件下正常進(jìn)行。能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)無擾切換操作。能熟練操控DCS控制系統(tǒng)。（3）能依據(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性能測(cè)定。吸收與解吸專題知識(shí)講座第2頁二、實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ)原理 （1）氣體吸收是經(jīng)典傳質(zhì)過程之一。因?yàn)槎趸細(xì)怏w無味、無毒、

2、廉價(jià)，所以選擇二氧化碳作為溶質(zhì)組分，本實(shí)訓(xùn)裝置采取水吸收二氧化碳組分。二氧化碳在水中溶解度很小，普通預(yù)先將一定二氧化碳通入空氣中混合，以提升空氣中二氧化碳濃度，但水中二氧化碳含量依然很低，所以吸收計(jì)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，其目標(biāo)是為了分離吸收后溶液，使溶液再生并得到回收后溶質(zhì)。吸收與解吸專題知識(shí)講座第3頁（3）氣體經(jīng)過填料層壓強(qiáng)降： P , kPa 圖填料層 P u關(guān)系壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中主要參數(shù)，氣體經(jīng)過填料層壓強(qiáng)降大小決定了塔動(dòng)力消耗。壓強(qiáng)降與氣、液流量相關(guān)，不一樣液體噴淋量下填料層壓強(qiáng)降與氣速關(guān)

3、系如圖當(dāng)無液體噴淋即噴淋量 時(shí)，干填料P u關(guān)系是直線，如圖中直線L0。當(dāng)有一定噴淋量時(shí), P u關(guān)系變成折線，并存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“泛點(diǎn)”。這兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)將P u關(guān)系分為三個(gè)區(qū)段：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。吸收與解吸專題知識(shí)講座第4頁（4）傳質(zhì)性能： 吸收系數(shù)是決定吸收過程速率高低主要參數(shù)，試驗(yàn)測(cè)定是獲取吸收系數(shù)根本路徑。對(duì)于相同物系及一定設(shè)備（填料類型與尺寸），吸收系數(shù)伴隨操作條件及氣液接觸情況不一樣而改變。 吸收率是測(cè)定吸收操作好壞一個(gè)主要指標(biāo)，他表示已被吸收容質(zhì)量與氣相中與原有容質(zhì)量比，吸收率越大吸收越完全，氣體凈化度越高。計(jì)算公式為： =Y1-Y2/Y

4、1式中：Y1-表示入塔氣體中可吸收組分（CO2）摩爾分率。Y2-表示出塔氣體中可吸收組分（CO2）摩爾分率。吸收與解吸專題知識(shí)講座第5頁三、基礎(chǔ)知識(shí)1.吸收：利用氣體混合物各組分在液體中溶解度差異，用液體吸收劑分離氣體混合物單元操作。吸收所用液體稱為吸收劑或（貧液）溶劑，氣體混合物（富氣）中被吸收組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，不被吸收組分稱為惰性氣體（貧氣），吸收后得到液體稱為吸收液（富液）或溶液。吸收與解吸專題知識(shí)講座第6頁貧液 富氣富液貧氣吸收與解吸專題知識(shí)講座第7頁三、基礎(chǔ)知識(shí)2.解吸：從吸收液中分離岀已被吸收氣體吸收質(zhì)操作稱為解吸。 解吸方法：（1）汽提 （2）減壓 （3）加熱（4）加熱減壓

5、工程上極少采取單一解吸方法，往往是先升溫再減壓至常壓，最終采取汽提法解吸。 顯然，解吸與吸收是相反過程吸收與解吸專題知識(shí)講座第8頁三、基礎(chǔ)知識(shí) 生產(chǎn)中解吸作用有兩個(gè)： 一個(gè)是把吸收液中吸收氣體重新釋放出來，取得高純度吸收質(zhì)氣體； 另一個(gè)是使吸收液釋放了被吸收氣體，使吸收劑重新含有吸收作用，再返回吸收塔循環(huán)使用，節(jié)約操作費(fèi)用。 吸收與解吸專題知識(shí)講座第9頁三、基礎(chǔ)知識(shí)（1）汽提解吸汽提解吸采取載氣是不含溶質(zhì)惰性氣體或溶劑蒸氣，提供與吸收液相成平衡氣相,將溶質(zhì)從吸收液中吹出。吸收液解吸了大個(gè)別被吸收氣體后，為了使氣體深入解吸完全，有時(shí)向解吸塔中通入水蒸氣、空氣等氣體，降低液面上溶質(zhì)氣體分壓，使吸收

6、液中溶質(zhì)氣體更完全解吸出來。這一過程稱為汽提，所用水蒸氣、空氣等氣體稱為汽提氣。吸收與解吸專題知識(shí)講座第10頁三、基礎(chǔ)知識(shí)（2）減壓解吸 若吸收采取加壓吸收，解吸可采取減壓解吸，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)氣體在吸收劑中溶解度隨溫度升高而降低較大時(shí)，可采取加熱解吸。（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，加熱解吸和減壓解吸結(jié)合，能顯著提升溶質(zhì)氣體被解吸程度。吸收與解吸專題知識(shí)講座第11頁三、基礎(chǔ)知識(shí)3、相組成表示方法 吸收是溶質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相傳質(zhì)過程。伴隨吸收過程進(jìn)行，組分在氣相和液相中濃度均發(fā)生改變，

7、為了研究吸收過程基礎(chǔ)原理，首先應(yīng)掌握物質(zhì)在氣相或液相中濃度表示方法。用x（X）表示液相組成，用y（Y）氣相組成。 4、平衡溶解度 在一定溫度和壓力下，氣體和液體兩相接觸時(shí)，氣體中溶質(zhì)組分便溶解在液相中，伴隨吸收過程進(jìn)行，溶質(zhì)氣體在液相中濃度逐步增加；同時(shí)，溶解在液相中氣體也不停地返回到氣相中去。在操作早期，過程以吸收為主，但經(jīng)過一定時(shí)間，溶質(zhì)從氣相進(jìn)入液相和從液相返回氣相速率相等，氣液兩相組成亦不再改變，吸收與解吸專題知識(shí)講座第12頁三、基礎(chǔ)知識(shí)氣相和液相到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，液相中溶質(zhì)濃度到達(dá)最大值。氣液平衡時(shí)，溶質(zhì)在液相中含量稱為氣體在液相平衡溶解度，簡(jiǎn)稱溶解度。氣液平衡時(shí)，溶液上方溶質(zhì)分壓

8、稱為平衡分壓。4、亨利定律 當(dāng)氣、液相處于平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)氣體在兩相中濃度存在著一定分布關(guān)系，這種關(guān)系能夠用亨利定律來表明。 在一定溫度和總壓不超出506.5kpa情況下，多數(shù)氣體溶解后形成溶液為稀溶液，氣液平衡時(shí)，溶質(zhì)在液相中溶解度與其在氣相中平衡分壓成正比，這一規(guī)律稱為亨利定律。吸收與解吸專題知識(shí)講座第13頁亨利定律用數(shù)學(xué)表示式為 p*Ex 式中 p*溶質(zhì)在氣相中平衡分壓，Pa；x溶質(zhì)在液相中摩爾分率；E亨利系數(shù)，Pa。 對(duì)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E值很小，而難溶氣體E值很大。常見物系亨利系數(shù)可從手冊(cè)中查到。吸收與解吸專題知識(shí)講座第14頁5、吸收機(jī)理雙

9、膜理論吸收與解吸專題知識(shí)講座第15頁依據(jù)雙膜理論，吸收過程機(jī)理以下：（1）吸收質(zhì)從氣相主體以對(duì)流擴(kuò)散方式抵達(dá)氣膜邊界，（2）抵達(dá)氣膜邊界吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式穿過氣膜抵達(dá)相界面，在界面上溶質(zhì)溶解在液相中，（3）溶解在液相中溶質(zhì)又以分子擴(kuò)散方式穿過液膜抵達(dá)液膜界面上，（4）抵達(dá)液膜界面上溶質(zhì)以對(duì)流擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)移到液相主體。雙膜理論基礎(chǔ)關(guān)鍵點(diǎn)以下： （1）吸收過程中，氣液兩流體相共有一個(gè)相界面（簡(jiǎn)稱界面）。在相界面兩側(cè)分別為氣膜和液膜，膜內(nèi)流體做層流流動(dòng)。雙膜以外區(qū)域?yàn)闅庀嗪鸵合嘀黧w。在兩相主體中，流體做湍流流動(dòng)。吸收與解吸專題知識(shí)講座第16頁（2）相界面上，氣液兩相中溶質(zhì)濃度處于平衡狀態(tài)。界面上不存

10、在傳質(zhì)阻力。（3）氣、液兩相主體內(nèi)部流體處于充分湍流狀態(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)。 在以上傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)在界面上及氣液主體中傳質(zhì)阻力很小，其阻力主要集中在氣膜和液膜中。所以要想強(qiáng)化吸收，就要設(shè)法減小傳質(zhì)阻力，即兩膜厚度。流速越大，氣膜和液膜厚度越薄，故增大流速，能夠降低傳質(zhì)阻力，提升吸收速率。吸收與解吸專題知識(shí)講座第17頁四、設(shè)備以及吸收劑由吸收基礎(chǔ)理論和吸收機(jī)理可知，要使吸收操作順利進(jìn)行，必須使氣液兩相充分接觸，形成穩(wěn)定氣膜和液膜，所以吸收操作必須在滿足上述條件吸收設(shè)備中進(jìn)行；要進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)必須滿足：1、適當(dāng)氣液傳質(zhì)設(shè)備；2、適當(dāng)吸收劑；3、

11、吸收劑能夠再生循環(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，所使用吸收塔類型很多，常見有填料塔，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(jiǎn)單，維修方便。吸收與解吸專題知識(shí)講座第18頁四、設(shè)備以及吸收劑一、填料塔結(jié)構(gòu)填料塔是吸收操作中使用最廣泛一個(gè)塔型。填料塔由塔體、填料、塔內(nèi)件等部件組成。 塔體普通是用鋼板制成圓筒形，在特殊情況下也可用陶瓷或者塑料制成。塔內(nèi)充填有一定高度填料層，填料下面為支撐板，填料上面有填料壓板及液體分布器，必要時(shí)需將填料層分段，段與段之間設(shè)置液體再分布器

12、。 吸收與解吸專題知識(shí)講座第19頁2、填料塔工作原理 操作時(shí)，吸收劑由塔頂部液體分布器分散后，沿填料表面向下流動(dòng)，潤(rùn)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(dòng)，吸收過程經(jīng)過填料表面上液層與氣相間界面進(jìn)行。 填料塔單位容積內(nèi)吸收面積大小，主要與填料結(jié)構(gòu)及液體分布均勻程度相關(guān)。3. 填料塔輔助設(shè)備（1）支承板 在填料塔中，支承板作用是為了支承填料和填料上持液量。所以支承板首先要有足夠強(qiáng)度和剛度；另外還要含有大于填料層空隙率開孔率，確保氣體和液體能自由經(jīng)過，以免在此首先發(fā)生液泛。 常見支承板有柵板、升氣管式等 （2）液體分布器 液體分布器作用是把液體均勻地分布在填料表面上。吸收與解吸專題

13、知識(shí)講座第20頁假如液體分布不均，會(huì)降低填料有效傳質(zhì)面積，促使液體發(fā)生溝流，從而降低吸收效果。常見液體分布器有蓮蓬式、管式、盤式、槽式、排管式、環(huán)管式等各種形式。（3）液體再分布裝置 液體再分布裝置作用是用來改進(jìn)液體在填料層中向塔壁流動(dòng)效應(yīng)，普通設(shè)置在填料段與段之間。（4）氣、液體進(jìn)口及出口 液體出口裝置既要便于塔內(nèi)排液，又要預(yù)防夾帶氣體，可采取水封裝置。填料塔氣體進(jìn)口裝置應(yīng)含有預(yù)防塔內(nèi)下流液體進(jìn)入管內(nèi)，又能使氣體在塔截面上分布均勻。（5）除沫裝置 除沫裝置作用：是用來除去由填料層頂部逸出氣體中液滴。常見除沫裝置有：折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器、旋流板除沫器等。吸收與解吸專題知識(shí)講座第21頁二、吸收

14、劑選擇 由吸收原理可知，吸收操作是氣液兩相之間接觸傳質(zhì)過程，吸收操作成功是否在很大程度上取決于溶劑即吸收劑性質(zhì)，尤其是吸收劑與氣體混合物之間相平衡關(guān)系。 依據(jù)氣液平衡關(guān)系可知，選擇吸收劑主要依據(jù)包含以下幾點(diǎn)。1、溶解度 吸收劑應(yīng)對(duì)混合氣體中被分離溶質(zhì)組分有較大溶解度，從平衡角度而言，處理一定量混合氣體所需要吸收劑量較少，處理后氣體中溶質(zhì)殘余濃度亦較低，即溶質(zhì)在吸收劑中溶解度越大，則吸收速率越大,吸收劑用量越少。2、選擇性 吸收劑要對(duì)溶質(zhì)組分有良好吸收能力,對(duì)其它組分溶解度較小，即基礎(chǔ)上不吸收,或吸收甚微,即吸收劑吸收與解吸專題知識(shí)講座第22頁應(yīng)含有較高選擇性。不然不能實(shí)現(xiàn)混合氣體有效分離。3、

15、輕易再生 溶質(zhì)在吸收劑中溶解度應(yīng)對(duì)溫度改變比較敏感，即不但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)快速下降，平衡分壓快速上升。這么，被吸收氣體輕易解吸，溶劑再生方便。4、揮發(fā)度 吸收劑揮發(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)有較低粘度，在吸收過程中不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好氣液接觸和塔頂氣液分離，同時(shí)，吸收劑粘度越小,流動(dòng)性越好,吸收速率越大,泵功耗越小,且傳質(zhì)阻力減小。吸收與解吸專題知識(shí)講座第23頁四、設(shè)備以及吸收劑6、其它 吸收劑應(yīng)滿足無毒、無腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、冰點(diǎn)底、價(jià)廉易得、含有化學(xué)穩(wěn)定性等經(jīng)濟(jì)和安全條件。吸收與

16、解吸專題知識(shí)講座第24頁三大對(duì)A和B溶解度差異要大對(duì)A溶解度要大對(duì)A溶解度在條件改變時(shí)改變要大三小揮發(fā)性小粘度小腐蝕小吸收與解吸專題知識(shí)講座第25頁四、設(shè)備以及吸收劑三、吸收劑再生循環(huán)使用解吸從吸收液中分離岀已被吸收氣體吸收質(zhì)操作稱為解吸。升高溫度，降低壓力，有利于解吸進(jìn)行，所以解吸過程大個(gè)別在減壓、加熱下進(jìn)行，也有些在減壓、等溫下進(jìn)行。吸收與解吸專題知識(shí)講座第26頁五、填料類型和特征一、填料作用 填料作用是為氣、液兩相提供充分接觸面積，加緊吸收速率。二、填料類型和特征 填料種類很多，大致能夠分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料。填料普通用陶瓷，不銹鋼，碳鋼，塑料，木材等制成。 1、拉西環(huán) 拉西環(huán)是工業(yè)上最

17、老應(yīng)用最廣泛一個(gè)填料。它結(jié)構(gòu)是外徑和高度相等空心圓柱。在強(qiáng)度允許情況下，其壁厚應(yīng)該盡可能減薄，以提升空隙率并減小堆積重度。拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但液體溝流及壁流現(xiàn)象較嚴(yán)重，操作彈性范圍較窄，氣體阻力較大等。吸收與解吸專題知識(shí)講座第27頁（a）（b）（c）（d）吸收與解吸專題知識(shí)講座第28頁2、鮑爾環(huán) 在普通拉西環(huán)壁上開有上下兩層長(zhǎng)方形窗孔，窗孔個(gè)別環(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，如右圖所表示，其氣體阻力小，壓降低，液體分布較均勻，填料效率較高，操作彈性范圍較大吸收與解吸專題知識(shí)講座第29頁3、階梯環(huán) 階梯環(huán)是在鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入改進(jìn)。階梯環(huán)總高為直徑5/8

18、，圓筒一端有向外翻卷喇叭口，如右圖所表示。階梯環(huán)空隙率大，而且填料個(gè)體之間呈點(diǎn)接觸，可使液膜不停更新，傳質(zhì)效率高，壓力降小。 吸收與解吸專題知識(shí)講座第30頁4、矩鞍形填料 是一個(gè)敞開形填料，填裝于塔內(nèi)則相互處于套接狀態(tài)。因而穩(wěn)定性很好，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(jià)格廉價(jià)又耐腐蝕陶瓷和塑料制造。比鮑爾環(huán)阻力小、通量大、效率高、填料強(qiáng)度和剛性很好，是當(dāng)前應(yīng)用最廣一個(gè)散堆填料。吸收與解吸專題知識(shí)講座第31頁5、波紋填料 是由許多層波紋薄板制成，各板高度相同但長(zhǎng)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，使其波紋傾斜方向相互垂直。圓餅直徑

19、略小于塔殼內(nèi)徑，各餅豎直疊放于塔內(nèi)。相鄰上下兩餅之間，波紋板片排列方向互成90度角。其優(yōu)點(diǎn)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(jià)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)制成一定形狀填料。這是一個(gè)高效率填料，其形狀有各種。比如：網(wǎng)環(huán)、鞍形網(wǎng)等。優(yōu)點(diǎn)：絲網(wǎng)細(xì)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(diǎn)：造價(jià)昂貴，易堵塞，清理不方便。吸收與解吸專題知識(shí)講座第32頁7、其它類型填料：以下列圖所表示分別是：雪花環(huán)、多面空心球、海爾環(huán)和扁環(huán)。 吸收與解吸專題知識(shí)講座第33頁三、選擇填料標(biāo)準(zhǔn) 選擇填料正確是否，對(duì)填料塔操作有很大影響。為了

20、使填料塔高效率地操作，所用填料普通應(yīng)具備以下條件： 1、單位體積填料表面積，即比表面積必須大。比表面積以at， m2/m3表示。2、單位體積填料層含有空隙體積，即空隙率必須大，空隙率以，m3/m3表示3、在填料表面有很好液體均勻分布性能。以防止液體溝流及壁流現(xiàn)象。4、氣流在填料層中均勻分布，以使壓降均衡，無死角，對(duì)于填料層阻力較小大塔尤其值得注意。5、制造輕易，造價(jià)低廉。6、含有足夠機(jī)械強(qiáng)度。7、對(duì)于液體及氣體均須含有化學(xué)穩(wěn)定性。吸收與解吸專題知識(shí)講座第34頁吸收解吸工業(yè)應(yīng)用：（1）回收混合氣體中有價(jià)值組分 如:用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中乙烯、丙烯等。（2）除去有害組分以凈化氣體 如:用丙酮

21、脫除裂解氣中乙炔。 （3）制備某種氣體溶液 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，用水吸收氯化氫以制取鹽酸等。 （4）工業(yè)廢氣治理 如:在磷肥生產(chǎn)中，產(chǎn)生含氟廢氣含有強(qiáng)烈腐蝕性，可采取水及其它鹽類制成有用氟硅酸鈉、冰晶石等吸收與解吸專題知識(shí)講座第35頁六、吸收與解吸實(shí)訓(xùn)裝置開停車實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作規(guī)程 (1)工藝文件準(zhǔn)備 (2)開車前動(dòng)、靜設(shè)備檢驗(yàn)訓(xùn)練 （3）二氧化碳?xì)馄堪踩詸z測(cè) （4）樣品分析儀器準(zhǔn)備、化學(xué)藥品配制技能訓(xùn)練 （5）吸收與解吸塔液體流量標(biāo)定 （6）解吸塔壓降測(cè)量技能訓(xùn)練 (7)吸收、解吸塔開、停車技能訓(xùn)練 （8）原料氣體濃度配制技能訓(xùn)練 （9）吸收塔穩(wěn)定性分析與判斷訓(xùn)練（10）吸收塔吸收液濃度測(cè)量技能訓(xùn)練 吸收與解吸專題知識(shí)講座第36頁七、數(shù)據(jù)處理 (1)填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定(以干填料數(shù)據(jù)為例數(shù)據(jù)表見表6-11): 塔壓降P0.4