吸收操作技術(shù)

吸收操作技術(shù)任務(wù)一：了解吸收過(guò)程任務(wù)二：吸收過(guò)程分析任務(wù)三：吸收設(shè)備任務(wù)四：吸收單元設(shè)備操作情境七2024/4/6

吸收操作技術(shù)一、吸收過(guò)程案例二、吸收過(guò)程分類(lèi)三、吸收劑的選擇四、吸收操作掌握的知識(shí)和能力任務(wù)一

了解吸收過(guò)程2024/4/6一、吸收過(guò)程案例工業(yè)生產(chǎn)中常常會(huì)遇到均相氣體混合物的分離問(wèn)題。為了分離混合氣體中的各組分，通常將混合氣體與選擇的某種液體相接觸，氣體中的一種或幾種組分便溶解于液體內(nèi)而形成溶液，不能溶解的組分則保留在氣相中，從而實(shí)現(xiàn)了氣體混合物分離的目的。這種利用各組分溶解度不同而分離氣體混合的操作稱(chēng)為吸收，吸收過(guò)程是溶質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的相際傳質(zhì)過(guò)程。吸收操作中，能夠溶解的組分稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，以A表示；不被吸收的組分稱(chēng)為惰性組分或載體，以B表示；吸收操作所用的溶劑稱(chēng)為吸收劑，以S表示；吸收所得到的溶液稱(chēng)為吸收液，其主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A；吸收排出的氣體稱(chēng)為吸收尾氣，其主要成分是惰性氣體B和殘余的少量溶質(zhì)A。1、凈化或精制氣體例如用水或堿液脫出合成氨原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫出石油裂解氣中的乙炔等。2、制備某種氣體的溶液例如用水吸收二氧化氮制造硝酸，用水吸收氯化氫制取鹽酸，用水吸收甲醛制備福爾馬林溶液等。3、回收混合氣體中的有用組分例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的氨，用洗油處理焦?fàn)t氣以回收其中的苯、二甲苯等，用液態(tài)烴處理石油裂解氣以回收其中的乙烯、丙稀等，4、廢氣治理，保護(hù)環(huán)境工業(yè)廢氣中含有SO2、NO、NO2、H2S等有害氣體，直接排入大氣，對(duì)環(huán)境危害很大。可通過(guò)吸收操作使之凈化，變廢為寶，綜合利用。（一）吸收過(guò)程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用1、合成氨生產(chǎn)中CO2氣體的凈化合成氨原料氣從底部進(jìn)入吸收塔，塔頂噴入乙醇胺溶液。氣、液逆流接觸傳質(zhì)，乙醇胺吸收了CO2后從塔底排出。將吸收塔底排出的含CO2的乙醇胺溶液用泵送至加熱器，加熱后與塔底送入的水蒸汽逆流接觸，CO2在高溫、低壓下自溶液中解吸出來(lái)，經(jīng)冷卻、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的乙醇胺溶液經(jīng)冷卻降溫、加壓仍可作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。（二）吸收過(guò)程案例甲醇過(guò)濾后與空氣及循環(huán)尾氣通過(guò)汽化器汽化加熱后進(jìn)入反應(yīng)器，在催化作用下發(fā)生反應(yīng)，甲醇發(fā)生脫氫、氧化反應(yīng)。出氧化器的反應(yīng)氣體進(jìn)入第一吸收塔，將大部分甲醛吸收；自第一吸收塔塔底引出的吸收液經(jīng)冷卻后，一部分返回第二吸收塔，另一部分冷卻后得到含10%甲醇的甲醛水溶液。未被吸收的氣體再進(jìn)入第二吸收塔底部，從塔頂加入一定量的冷水進(jìn)行吸收。由第二吸收塔塔底采出的稀甲醛溶液經(jīng)循環(huán)泵打入第一、第二吸收塔，作為吸收劑的一部分。2、甲醇氧化生產(chǎn)甲醛

甲醇氧化制甲醛的工藝流程1-甲醇高位槽；2-甲醇過(guò)濾器；3-蒸發(fā)器；4-過(guò)熱器；5-阻火器；6-空氣過(guò)濾器；7-鼓風(fēng)機(jī)；8-過(guò)濾器9-氧化器；10-第一吸收塔；11-第二吸收塔；12、13、14、15-冷卻器；16-甲醇泵；17、18-循環(huán)泵由此可見(jiàn)，采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決以下問(wèn)題：（1）選擇合適的吸收劑，選擇性的溶解某個(gè)（或某些）被分離組分；（2）選擇適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)氣液兩相接觸，使溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移至液相；（3）吸收劑的再生和循環(huán)使用。二、吸收過(guò)程分類(lèi)（一）按過(guò)程有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分類(lèi)1、物理吸收吸收過(guò)程中溶質(zhì)與吸收劑之間不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)；2、化學(xué)吸收吸收過(guò)程中溶質(zhì)與吸收劑之間有顯著的化學(xué)反應(yīng)。（二）按被吸收的組分?jǐn)?shù)目分類(lèi)1、單組分吸收混合氣體中只有一個(gè)組分（溶質(zhì)）進(jìn)入液相，其余組分皆可認(rèn)為不溶解于吸收劑的吸收過(guò)程；2、多組分吸收混合氣體中有兩個(gè)或更多組分進(jìn)入液相的吸收過(guò)程。（三）按吸收過(guò)程有無(wú)溫度變化分類(lèi)1、非等溫吸收氣體溶解于液體時(shí)，常常伴隨著熱效應(yīng)，當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，還會(huì)有反應(yīng)熱，其結(jié)果是隨吸收過(guò)程的進(jìn)行，溶液溫度會(huì)逐漸變化，則此過(guò)程為非等溫吸收；2、等溫吸收若吸收過(guò)程的熱效應(yīng)較小，或被吸收的組分在氣相中濃度很低，而吸收劑用量相對(duì)較大時(shí)，溫度升高不顯著，則可認(rèn)為是等溫吸收。（四）按吸收過(guò)程的操作壓力分類(lèi)1、常壓吸收2、加壓吸收當(dāng)操作壓力增大時(shí)，溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度將隨之增加。三、吸收劑的選擇1、溶解度吸收劑對(duì)于溶質(zhì)組分應(yīng)具有較大的溶解度。這樣從平衡的角度講，處理一定量的混合氣體所需的吸收劑數(shù)量較少，吸收尾氣中溶質(zhì)的極限殘余濃度也可降低。就傳質(zhì)速率而言，溶解度越大、吸收速率越大,所需設(shè)備的尺寸就小。2、選擇性吸收劑要對(duì)溶質(zhì)組分有良好的吸收能力的同時(shí),對(duì)混合氣體中的其它組分基本上不吸收,或吸收甚微,否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。3、揮發(fā)度在操作溫度下吸收劑的揮發(fā)度要小，因?yàn)閾]發(fā)度越大,則吸收劑損失量越大,分離后氣體中含溶劑量也越大。4、粘度在操作溫度下吸收劑的粘度越小,在塔內(nèi)流動(dòng)性越好從而提高吸收速率,且有助于降低泵的輸送功耗,吸收劑傳熱阻力亦減小。5、再生性吸收劑要易于再生。吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感，即不僅低溫下溶解度要大，而且隨溫度的升高，溶解度應(yīng)迅速下降，這樣才比較容易利用解吸操作使吸收劑再生。6、穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好，以免在操作過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)。7、其它要求無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，不易燃，不易產(chǎn)生泡沫，冰點(diǎn)低，價(jià)廉易得?？傊?，吸收劑的選用，應(yīng)從生產(chǎn)的具體要求和條件出發(fā)，全面考慮各方面的因素，作出經(jīng)濟(jì)合理的選擇。四、吸收操作應(yīng)掌握的知識(shí)和能力1、吸收相平衡及在吸收過(guò)程中的應(yīng)用；2、傳質(zhì)基本方程及吸收原理；3、吸收速率及影響因素，提高吸收速率方法；4、吸收塔基本計(jì)算5、吸收操作分析6、吸收設(shè)備結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及檢修技術(shù)。

吸收操作技術(shù)一、吸收的氣液相平衡二、吸收傳質(zhì)機(jī)理三、吸收速率四、物料衡算與操作線(xiàn)方程五、填料層高度的計(jì)算六、解吸方法任務(wù)二

吸收過(guò)程過(guò)程分析2024/4/6一、吸收的氣液相平衡（一）吸收的氣液相平衡在恒定溫度與壓力下，使某一定量混合氣體與吸收劑接觸，溶質(zhì)便向液相中轉(zhuǎn)移，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)相等時(shí)，吸收達(dá)到了相平衡。此時(shí)液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，氣液兩相中溶質(zhì)濃度不再隨時(shí)間改變。此時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度稱(chēng)為平衡濃度或溶解度。氣體在液相中溶解度總趨勢(shì)是溫度升高，溶解度下降；溫度下降，溶解度升高。相同液相組成時(shí)，易溶氣體上方分壓??；難溶氣體上方分壓大。當(dāng)總壓不高時(shí),在一定溫度下,稀溶液上方氣體溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比,這就是亨利定律。其表達(dá)式為:p*=ExE:亨利系數(shù),由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，單位與壓強(qiáng)單位一致。T

E

溶解度

在同一溶劑中，難溶氣體的E值很大，易溶氣體的E值則很小。（二）亨利定律亨利定律的不同表達(dá)形式：

p*=c/HH:溶解度系數(shù),單位:kmol/(kN

·m)H=

/Ems

y*=mxm:相平衡常數(shù)總壓P一定時(shí)y*=p*/P=(E/P)x=mx

m=E/PT

p

m

溶解度

由此可見(jiàn)，相平衡關(guān)系限制了吸收劑出塔時(shí)的溶質(zhì)最高含量和氣體混合物離塔時(shí)最低含量。（三）相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1、判別過(guò)程的方向?qū)τ谝磺形催_(dá)到相際平衡的系統(tǒng)，傳質(zhì)的方向是使系統(tǒng)向達(dá)到平衡的方向變化。當(dāng)y＞y*發(fā)生吸收過(guò)程，反之發(fā)生解吸過(guò)程；當(dāng)x*＞x

發(fā)生吸收過(guò)程，反之發(fā)生解吸過(guò)程2、判斷過(guò)程進(jìn)行極限吸收塔VY1LX1VY2LX2設(shè)塔足夠高：L減小，X1增大，X1max=X1*=Y1/m;L增大,Y2減小，Y2min=Y2*=mX23、計(jì)算過(guò)程推動(dòng)力吸收過(guò)程通常以實(shí)際濃度與平衡濃度的差值來(lái)表示吸收傳質(zhì)推動(dòng)力的大小。推動(dòng)力可用氣相推動(dòng)力或液相推動(dòng)力表示，氣相推動(dòng)力表示為塔內(nèi)任何一個(gè)截面上氣相實(shí)際濃度和與該截面上液相實(shí)際濃度成平衡氣相濃度的之差，即y-y*（其中y*=mx），液相推動(dòng)力即以液相摩爾分?jǐn)?shù)之差x-x*表示吸收推動(dòng)力，其中x*=y/m。二、吸收傳質(zhì)機(jī)理1、分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散是物質(zhì)在一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由流體分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。習(xí)慣上常把分子擴(kuò)散稱(chēng)為擴(kuò)散。分子擴(kuò)散速率主要決定于擴(kuò)散物質(zhì)和流體的某些物理性質(zhì)。2、渦流擴(kuò)散在有濃度差異的條件下，物質(zhì)通過(guò)湍流流體的傳遞過(guò)程稱(chēng)渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散物質(zhì)不僅靠分子本身的擴(kuò)散作用，并且借助湍流流體的攜帶作用而轉(zhuǎn)移，而且后一種作用是主要的。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多。3、對(duì)流擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散就是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用過(guò)程。對(duì)流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多，主要取決于流體的湍流程度。（一）傳質(zhì)的基本方式1、在氣液兩流體相接觸處，有一穩(wěn)定的分界面，叫相界面。在相界面兩側(cè)附近各有一層穩(wěn)定的氣膜和液膜。這兩層薄膜可以認(rèn)為是由氣液兩流體的滯流層組成，即虛擬的層流膜層,吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)這兩個(gè)膜層。2、全部濃度變化集中在這兩個(gè)膜層內(nèi)。3、在相界面處，氣液濃度達(dá)成平衡，即界面上沒(méi)有阻力。通過(guò)以上假設(shè)，就把整個(gè)吸收過(guò)程簡(jiǎn)化為，吸收質(zhì)經(jīng)過(guò)雙膜層的過(guò)程，吸收阻力就是雙膜的阻力。故該理論又稱(chēng)為雙膜阻力理論。（二）雙膜理論三、吸收速率根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行吸收設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，或核算混合氣體通過(guò)指定設(shè)備所能達(dá)到的吸收程度，都需要知道吸收速率。吸收速率是反應(yīng)吸收快慢的物理量，其大小關(guān)系到設(shè)備投入的多少和過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。吸收速率是指單位時(shí)間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收溶質(zhì)的量，表面吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱(chēng)為吸收傳質(zhì)速率方程式。（一）吸收速率方程1、氣相與界面的傳質(zhì)速率NA=kg（p-pi）或NA=ky（y-yi）

NA—單位時(shí)間內(nèi)組分A擴(kuò)散通過(guò)單位面積的物質(zhì)的量，即傳質(zhì)速率，kmol/(m2·s）；p、pi—溶質(zhì)A在氣相主體與界面處的分壓，kPa；y、yi—?dú)庀嘀黧w與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)；kG—以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol／（s·m2·kPa）；ky—以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s·m2)。式中：

c、ci—溶質(zhì)A的液相主體濃度和界面濃度，kmol／m3；x、xi—溶質(zhì)A在液相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)；kL—以摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系數(shù)，m／s；kx—以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s·m2）。2、液相與界面的傳質(zhì)速率或

3、總吸收速率方程1、以（p-p*）表示總推動(dòng)力的吸收速率方程2、以(c*-c)表示總推動(dòng)力的總吸收速率方程

X、Y—用摩爾比表示的液相主體或氣相主體濃度；KL—以液相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，m/s；KG—以氣相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol／（m2·s·kN/m2）；KX—以液相摩爾比濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol／（m2·s）；KY—以氣相摩爾比濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s)。式中

—分別與液相主體或氣相主體組成成平衡關(guān)系的濃度；（二）吸收阻力的控制1、氣膜控制對(duì)于易溶氣體,H很大,1/kG>>1/kLH，則KG=kG吸收阻力主要集中在氣膜中,這種吸收稱(chēng)為氣膜控制。例如:用水吸收氨,氯化氫氣體2、液膜控制對(duì)于難溶氣體,H很小,H/kG<<1/kL,，則KL=kL這種吸收稱(chēng)為液膜控制吸收,吸收阻力主要控制在液膜例如:用水吸收氧氣,二氧化碳等四、物料衡算與操作線(xiàn)方程（一）物料衡算1、物料衡算VY1+LX2=VY2+LX1或V(Y1-Y2)=L(X1-X2)

Y2=Y1(1-η)吸收率表明塔內(nèi)任一截面上氣、液兩相組成之間關(guān)系是一直線(xiàn)關(guān)系，該直線(xiàn)斜率是L／V，通過(guò)塔底B（X1、Y1）及塔頂T（X2、Y2）兩點(diǎn)。見(jiàn)圖2-2。（二）操作線(xiàn)方程與操作線(xiàn)操作線(xiàn)方程，即描述塔內(nèi)任一截面上氣相組成Y和液相組成X之間關(guān)系的方程。圖2-2為逆流吸收塔操作線(xiàn)和平衡線(xiàn)示意圖。曲線(xiàn)OE為平衡線(xiàn)，BT為操作線(xiàn)。操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)之間的距離決定吸收操作推動(dòng)力的大小，操作線(xiàn)離平衡線(xiàn)越遠(yuǎn)，推動(dòng)力越大。操作線(xiàn)上任意一點(diǎn)A代表塔內(nèi)相應(yīng)截面上的氣，液相濃度Y-X之間的關(guān)系。在進(jìn)行吸收操作時(shí)，塔內(nèi)任一截面上，吸收質(zhì)在氣相中的濃度總是要大于與其接觸的液相的氣相平衡濃度，所以吸收過(guò)程操作線(xiàn)的位置在平衡線(xiàn)上方。1、液氣比吸收劑與惰性氣體摩爾流量之比，稱(chēng)為液氣比，也是吸收操作線(xiàn)的斜率它反映了單位氣體處理量的吸收劑消耗量的大小，是吸收操作中重要的控制參數(shù)，當(dāng)氣體處理量一定時(shí)，確定吸收劑用量就是確定液氣比。（三）吸收劑用量如圖2-3所示。若吸收劑量L減少，操作線(xiàn)斜率變小，點(diǎn)B便沿水平線(xiàn)Y＝Y(jié)l向右移動(dòng)，其結(jié)果是使出塔吸收液組成增大，但此時(shí)吸收推動(dòng)力變小，完成同樣吸收任務(wù)所需的塔高增大，設(shè)備費(fèi)用增大。2、吸收劑用量對(duì)吸收操作的影響反之，若增大吸收劑用量，使操作線(xiàn)遠(yuǎn)離平衡線(xiàn)，吸收過(guò)程推動(dòng)力增大，有利于吸收操作。但超過(guò)一定限度后,使吸收劑消耗量、輸送及回收等操作費(fèi)用急劇增加。當(dāng)吸收劑用量減少到B點(diǎn)與平衡線(xiàn)OE相交時(shí)，此時(shí)吸收過(guò)程推動(dòng)力為零，因而需要無(wú)限大相際接觸面積。此種狀況下吸收操作線(xiàn)BJ的斜率稱(chēng)為最小液氣比，以(L/V)min表示；相應(yīng)的吸收劑用量即為最小吸收劑用量，以L(fǎng)min表示。由以上分析可見(jiàn)，吸收劑用量的大小，從設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面影響到吸收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)綜合考慮，選擇適宜的液氣比，使兩種費(fèi)用之和最小。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最小用量的1.1—2.0倍是比較適宜的。即3、最小液氣比（L/V）min計(jì)算求取最小液氣比。最小液氣比可用圖解法求得。平衡曲線(xiàn)如圖2-4所示，最小液氣比求取則應(yīng)通過(guò)T作相平衡曲線(xiàn)的切線(xiàn)交Y＝Y(jié)1直線(xiàn)于B‘，讀出B’的橫坐標(biāo)X1＇，的值，用下式計(jì)算最小液氣比：圖2-4特殊的相平衡曲線(xiàn)五、填料層高度的計(jì)算為了使填料吸收塔出口氣體達(dá)到一定的工藝要求，就需要塔內(nèi)裝填一定高度的填料層能提供足夠的氣、液兩相接觸面積。若在塔徑已經(jīng)被確定的前提下，填料層高度則僅取決于完成規(guī)定生產(chǎn)任務(wù)所需的總吸收面積和每立方米填料層所能提供的氣、液接觸面。（一）填料層高度的基本計(jì)算式塔的吸收負(fù)荷可依據(jù)全塔物料衡算關(guān)系求出，而吸收速率則要依據(jù)全塔吸收速率方程求得。

傳質(zhì)單元數(shù)它與氣相進(jìn)出口濃度及平衡關(guān)系有關(guān)，反映吸收任務(wù)的難易程度。在填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算中，可用改變吸收劑的種類(lèi)、降低操作溫度或提高操作壓力、增大吸收劑用量、減小吸收劑入口濃度等方法，以增大吸收過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力，達(dá)到減小NOG（NOL）的目的傳質(zhì)單元高度，單位m，為一個(gè)傳質(zhì)單元所需要的填料層高度，是吸收設(shè)備效能高低的反映。與操作氣液流動(dòng)情況、物料性質(zhì)及設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)。在填料塔設(shè)計(jì)計(jì)算中，選用分離能力強(qiáng)的高效填料及適宜的操作條件以提高傳質(zhì)系數(shù)，增加有效氣液接觸面積，從而減小HOG（HOL）。傳質(zhì)單元高度（二）傳質(zhì)單元數(shù)的求法（1）解析法適用范圍：平衡關(guān)系為Y*=mX，符合亨利定律，將相平衡關(guān)系、操作線(xiàn)方程代入傳質(zhì)單元數(shù)式，積分得到：稱(chēng)為“脫吸因數(shù)”，是平衡線(xiàn)斜率與操作線(xiàn)斜率無(wú)因次。反映吸收率的高低對(duì)傳質(zhì)單元數(shù)的影響當(dāng)Y1,X2一定,η↑Y2=Y1(1-η)↓↑NoG↑

S反映吸收推動(dòng)力的大小當(dāng)Y1，η

,X2,m一定，S=mV

/L↑,即L/V↓，X1↑，Y-Y*↓，NoG↑，反之S↓,NoG↓。S大，對(duì)吸收不利，S小，則L大，操作費(fèi)用大，一般S=0.7～0.8之間。（2）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法適用范圍：平衡線(xiàn)為直線(xiàn),或在吸收操作范圍內(nèi)近似為直線(xiàn)仿照傳熱過(guò)程，用平均推動(dòng)力代替全塔推動(dòng)力。六、解吸方法解吸又稱(chēng)脫吸，是脫除吸收劑中已被吸收的溶質(zhì)，而使溶質(zhì)從液相釋放到氣相的過(guò)程。在生產(chǎn)中，解吸過(guò)程有兩個(gè)目的：獲得所需較純凈的氣體溶質(zhì)；使溶解再生，返回吸收塔循環(huán)使用，經(jīng)濟(jì)更合理。解吸是溶質(zhì)從液相轉(zhuǎn)入氣相的過(guò)程，因此，解吸的必要條件是氣相溶質(zhì)的實(shí)際分壓必須小于液相中溶質(zhì)的平衡分壓，其差值即為解吸過(guò)程推動(dòng)力。

工業(yè)上采用的解吸方法有以下幾種1、加熱解吸增大溶液中溶質(zhì)的平衡分壓，減小溶質(zhì)的溶解度。2、減壓解吸總壓降低，則氣相中溶質(zhì)分壓降低。3、氣提解吸在解析塔底部通入惰性氣體（或水蒸氣），由于惰性氣體中溶質(zhì)分壓為零，有利于解吸4、加熱-減壓解吸應(yīng)予指出，在工程上很少采用單一的解吸方法，往往是先升溫在減壓至常壓，最好再采用汽提法解吸。

吸收操作技術(shù)一、吸收設(shè)備的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、填料塔的流體力學(xué)性能任務(wù)三

吸收設(shè)備2024/4/6一、吸收設(shè)備的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)填料塔由塔體、填料、液體分布裝置、填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體再分布裝置等構(gòu)成。如圖3-1所示。（一）填料塔的結(jié)構(gòu)1-塔體；2-液體分布器；3-填料壓緊裝置；4-填料層；5-液體再分布器；6-支承裝置圖與板式塔相比，填料塔具有以下特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，小直徑的填料塔造價(jià)低。（2）壓力降較小，適合減壓操作，且能耗低。（3）分離效率高，用于難分離的混合物，塔高較低。（4）適于易起泡物系的分離，因?yàn)樘盍蠈?duì)泡沫有限制和破碎作用。（5）適用于腐蝕性介質(zhì)，因?yàn)榭刹捎貌煌馁|(zhì)的耐腐蝕填料。（6）適用于熱敏性物料，因?yàn)樘盍纤忠毫康?，物料在塔?nèi)停留時(shí)間短。（7）操作彈性較小，對(duì)液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料表面不能和好地潤(rùn)濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)，則易產(chǎn)生液泛。（8）不宜處理易聚合或含有固體顆粒地物料。（一）填料塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、比表面積單位體積填料層所具有的表面積稱(chēng)為填料的比表面積，以

表示，其單位為m2/m3。顯然，填料應(yīng)具有較大的比表面積，以增大塔內(nèi)傳質(zhì)面積。同一種類(lèi)的填料，尺寸越小，則其比表面積越大。2、空隙率單位體積填料層所具有的空隙體積，稱(chēng)為填料的空隙率，以

表示，其單位為m3/m3。填料的空隙率大，氣液通過(guò)能力大且氣體流動(dòng)阻力小。3、填料因子填料是填料塔的核心部分，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的界面，是決定填料塔性能的主要因素。4、單位堆積體積的填料數(shù)目對(duì)于同一種填料，單位堆積體積內(nèi)所含填料的個(gè)數(shù)是由填料尺寸決定的（三）填料的類(lèi)型及性能評(píng)價(jià)此外，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠的角度考慮，填料還應(yīng)具有質(zhì)量輕、造價(jià)低，堅(jiān)固耐用，不易堵塞，耐腐蝕，有一定的機(jī)械強(qiáng)度等特性。各種填料往往不能完全具備上述各種條件，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)依具體情況加以選擇。填料的種類(lèi)很多，大致可分為散裝填料和整砌填料兩大類(lèi)。散裝填料是一粒粒具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以散裝方式堆積在塔內(nèi)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，散裝填料分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。整砌填料是一種在塔內(nèi)整齊的有規(guī)則排列的填料，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。類(lèi)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用拉西環(huán)外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖3-2（a）所示。拉西環(huán)形狀簡(jiǎn)單，制造容易，操作時(shí)有嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象，氣液分布較差，傳質(zhì)效率低。填料層持液量大，氣體通過(guò)填料層的阻力大，通量較低。拉西環(huán)是使用最早的一種填料，曾得到極為廣泛的應(yīng)用，目前拉西環(huán)工業(yè)應(yīng)用日趨減少。鮑爾環(huán)在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭，如圖3-2（b）所示。鮑爾環(huán)填料的比表面積和空隙率與拉西環(huán)基本相當(dāng)，氣體流動(dòng)阻力降低，液體分布比較均勻。同一材質(zhì)、同種規(guī)格的拉西環(huán)與鮑爾環(huán)填料相比，鮑爾環(huán)的氣體通量比拉西環(huán)增大50％以上，傳質(zhì)效率增加30％左右。鮑爾環(huán)填料以其優(yōu)良的性能得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。階梯環(huán)對(duì)鮑爾環(huán)填料改進(jìn)，其形狀如圖3-2（c）所示。階梯環(huán)圓筒部分的高度僅為直徑的一半，圓筒一端有向外翻卷的錐形邊，其高度為全高的1/5。是目前環(huán)形填料中性能最為良好的一種。填料的空隙率大，填料個(gè)體之間呈點(diǎn)接觸，使液膜不斷更新，壓力降小，傳質(zhì)效率高。鞍形填料是敞開(kāi)型填料，包括弧鞍與矩鞍，其形狀如圖3-2（d）和（e）所示?；“靶翁盍鲜莾擅鎸?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，有時(shí)在填料層中形成局部疊合或架空現(xiàn)象，且強(qiáng)度較差，容易破碎影響傳質(zhì)效率。矩鞍形填料在塔內(nèi)不會(huì)相互疊合而是處于相互勾聯(lián)的狀態(tài)，有較好的穩(wěn)定性，填充密度及液體分布都較均勻，空隙率也有所提高，阻力較低，不易堵塞，制造比較簡(jiǎn)單，性能較好。是取代拉西環(huán)的理想填料金屬鞍環(huán)如圖3-2（f）所示，采用極薄的金屬板軋制，既有類(lèi)似開(kāi)孔環(huán)形填料的圓環(huán)、開(kāi)孔和內(nèi)伸的葉片，也有類(lèi)似矩鞍形填料的側(cè)面。綜合了環(huán)形填料通量大及鞍形填料的液體再分布性能好的優(yōu)點(diǎn)而研制合發(fā)展起來(lái)的一種新型填料，敞開(kāi)的側(cè)壁有利于氣體和液體通過(guò)，在填料層內(nèi)極少產(chǎn)生滯留的死角，阻力減小，通量增大，傳質(zhì)效率提高，有良好的機(jī)械強(qiáng)度。金屬鞍環(huán)填料性能優(yōu)于目前常用的鮑爾環(huán)和矩鞍形填料。球形填料一般采用塑料材質(zhì)注塑而成，其結(jié)構(gòu)有許多種，如圖3-2（g）和（h）所示。球體為空心，可以允許氣體、液體從內(nèi)部通過(guò)。填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，氣液分散性能好。球形填料一般適用于某些特定場(chǎng)合，工程上應(yīng)用較少。波紋填料由許多波紋薄板組成的圓盤(pán)狀填料，波紋與水平方向成45°傾角，相鄰兩波紋板反向靠疊，使波紋傾斜方向相互垂直。各盤(pán)填料垂直疊放于塔內(nèi)，相鄰的兩盤(pán)填料間交錯(cuò)90°排列。如圖3-2（n）、（o）所示優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大，傳質(zhì)效率高。填料阻力小，處理能力提高。其缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，填料裝卸、清理較困難，造價(jià)也較高。金屬絲網(wǎng)波紋填料特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。金屬孔板波紋填料特別適用于大直徑蒸餾塔。金屬壓延孔板波紋填料主要用于分離要求高，物料不易堵塞的場(chǎng)合。脈沖填料脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形單體，按一定方式拼裝而成的一種整砌填料，如圖3-2（p）所示。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小。是真空蒸餾的理想填料；因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，特別使用于大塔徑的場(chǎng)合。圖3-2幾種常見(jiàn)填料（a）拉西環(huán)境科；(b）鮑爾環(huán)填料；(c）階梯環(huán)填料；(d）抓繁填料；(e）矩鞍填料；(f）金用環(huán)矩鞍填料；(g)多面球形填料；（h）TRI球形填料；(n)金屬絲網(wǎng)波紋填料（o）金屬板波紋填料；（p）脈沖填料填料的性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降來(lái)衡量。在相同的操作條件下，填料塔內(nèi)氣液分布越均勻，表面潤(rùn)濕性能越優(yōu)良，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)放，則通量越大，壓降也越低。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，用模糊數(shù)學(xué)方法得出了各種填料的評(píng)估值，結(jié)論如表所示。填料名稱(chēng)評(píng)估值評(píng)價(jià)排序填料名稱(chēng)評(píng)估值評(píng)價(jià)排序絲網(wǎng)波紋填料孔板波紋填料金屬鞍環(huán)填料金屬鞍形填料金屬階梯環(huán)0.860.610.590.570.53很好相當(dāng)好相當(dāng)好相當(dāng)好一般好12345金屬鮑爾環(huán)瓷鞍環(huán)填料瓷鞍形填料瓷拉西環(huán)0.510.410.380.36一般好較好略好6789（四）填料塔的附件名稱(chēng)作用結(jié)構(gòu)類(lèi)型填料支承裝置支承塔內(nèi)填料及其持有的液體重量。故支承裝置要有足夠的強(qiáng)度。同時(shí)為使氣液順利通過(guò)，支承裝置的自由截面積應(yīng)大于填料層的自由截面積。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等，如圖3-3所示。根據(jù)塔徑、使用的填料種類(lèi)及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流速選擇哪種支承裝置填料壓緊裝置安裝于填料上方，保持操作中填料床層高度恒定，防止在高壓降、瞬時(shí)負(fù)荷波動(dòng)等情況下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。分為填料壓板和床層限制板兩大類(lèi)，每類(lèi)又有不同的型式，如圖3-4所示。填料壓板適用于陶瓷、石墨制的散裝填料。床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。液體分布裝置液體分布裝置設(shè)在塔頂，為填料層提供足夠數(shù)量并分布適當(dāng)?shù)膰娏茳c(diǎn)，以保證液體初始均勻的分布。常用的液體分布裝置如圖3-5所示。蓮蓬式噴灑器一般適用于處理清潔液體，且直徑小于600mm的小塔。盤(pán)式分布器常用于直徑較大的塔。管式分布器適用于液量小而氣量大的填料塔。槽式液體分布器多用于氣液負(fù)荷大及含有固體懸浮物、粘度大的分離場(chǎng)合。液體再分布裝置壁流將導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液體再分布裝置。最簡(jiǎn)單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。如圖3-6所示。圖（a）是將截錐筒體焊在塔壁上。圖（b）是在截錐筒的上方加設(shè)支承板，截錐下面隔一段距離再裝填料，以便于分段卸出填料。除沫裝置在液體分布器的上方安裝除沫裝置，清除氣體中夾帶的液體霧沫折板除沫器，絲網(wǎng)除沫器，填料除沫器，見(jiàn)圖3-7圖3-3填料支承裝置3-4填料壓緊裝置（a）壓緊柵板；(b)壓緊網(wǎng)板；(c)905型金屬壓板圖3-5液體分布裝置（a）蓮蓬式；(b)盤(pán)式篩孔型；(c)盤(pán)式溢流管式；(d)排管式；(e)環(huán)管式；(f)槽式圖3-6液體再分布裝置（b）絲網(wǎng)除沫器

(a)折板除沫器（c）填料除沫器圖3-7除沫器二、填料塔的流體力學(xué)性能（一）氣體通過(guò)填料層的壓力降

當(dāng)液體自塔頂向下借重力在填料表面作膜狀流動(dòng)時(shí)，膜內(nèi)平流速?zèng)Q定于流動(dòng)的阻力。而此阻力來(lái)自于液膜與填料表面，及液膜與上升氣流之間的摩擦。液膜厚度不僅取決于液體流量而且與氣體流量有關(guān)，氣量

液膜厚

填料內(nèi)的持液量，圖3-8為不同液體噴淋量下取得的填料層壓力降與空塔氣速雙對(duì)數(shù)關(guān)系線(xiàn)：在一定的噴淋量下，壓降隨空塔氣速的變化曲線(xiàn)大致可分為三段：當(dāng)氣速低于A點(diǎn)時(shí)，氣體流動(dòng)對(duì)液膜的曳力很小，液體流動(dòng)不受氣流的影響，填料表面上覆蓋的液膜厚度基本不變，因而填料層的持液量不變，該區(qū)域稱(chēng)為恒持液量區(qū)。當(dāng)氣速超過(guò)A點(diǎn)時(shí)，氣體對(duì)液膜的曳力較大，對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現(xiàn)象稱(chēng)攔液。開(kāi)始發(fā)生攔液現(xiàn)象時(shí)的空塔氣速稱(chēng)為載點(diǎn)氣速，曲線(xiàn)上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A，稱(chēng)為載點(diǎn)。從載點(diǎn)到泛點(diǎn)的區(qū)域稱(chēng)為載液區(qū)，泛點(diǎn)以上的區(qū)域稱(chēng)為液泛區(qū)。若氣速繼續(xù)增大，到達(dá)圖中B點(diǎn)時(shí)，由于液體不能順利流下，使填料層的持液量不斷增大，填料層內(nèi)幾乎充滿(mǎn)液體。氣速增加很小便會(huì)引起壓降的劇增，此現(xiàn)象稱(chēng)為液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。填料特性的影響集中體現(xiàn)在填料因子上。填料因子Ф值在某種程度上能反映填料流體力學(xué)性能的優(yōu)劣。實(shí)踐表明，Ф值越小，液泛速度越高，即越不易發(fā)生液泛。流體物性的影響體現(xiàn)在氣體密度ρV、液體的密度ρL和粘度μL上。因液體靠重力流下,液體的密度越大，則泛點(diǎn)氣速越大；氣體密度越大，液體粘度越大，相同氣速下對(duì)液體的阻力也越大，故均使泛點(diǎn)氣速下降。操作的液氣比愈大，則在一定氣速下液體噴淋量愈大，填料層的持液量增加而空隙率減小，故泛點(diǎn)氣速愈小。（二）液泛因填料與其空隙中所持的液體是堆積在填料支承板的，故在進(jìn)行填料支承板強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要考慮填料本身的重量與持液量。持液量是由靜持液量與動(dòng)持液量?jī)刹糠纸M成的。靜持液量指填料層停止接受?chē)娏芤后w并經(jīng)過(guò)規(guī)定的滴液時(shí)間后，仍然滯留在填料層中的液體量，其大小決定于填料的類(lèi)型、尺寸及液體的性質(zhì)。動(dòng)持液量指一定噴淋條件下持于填料層中的液體總量與靜持液量之差，表示可以從填料上滴下的那部分液體，其大小不但與填料的類(lèi)型、尺寸及液體的性質(zhì)有關(guān)，而且與噴淋密度有關(guān)。持液量一般用經(jīng)驗(yàn)公式或曲線(xiàn)圖估算。（三）持液量

吸收操作技術(shù)一、填料塔開(kāi)停車(chē)操作二、填料塔正常維護(hù)三、影響吸收操作的因素與控制調(diào)節(jié)四、吸收系統(tǒng)常見(jiàn)操作事故與防止任務(wù)四

吸收設(shè)備操作2024/4/6一、填料塔開(kāi)停車(chē)操作1、短期停車(chē)后的開(kāi)車(chē)短期停車(chē)后的開(kāi)車(chē)可分為充壓、啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和導(dǎo)氣三個(gè)步驟。（1）用原料氣將填料塔內(nèi)的壓強(qiáng)充至操作壓強(qiáng)，（2）啟動(dòng)溶液循環(huán)泵，使溶液按生產(chǎn)流程在死氣狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。（3）調(diào)節(jié)填料塔各噴頭的溶液噴淋量，（4）啟動(dòng)填料塔的液位自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。（5）等系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后即可連續(xù)導(dǎo)入原料氣，氣體由填料塔后放空閥排出，用放空閥控制系統(tǒng)的壓強(qiáng)，（6）當(dāng)填料塔后的原料氣成分符合生產(chǎn)要求時(shí)，即可投入正常生產(chǎn)。（一）開(kāi)車(chē)2、長(zhǎng)期停車(chē)后的開(kāi)車(chē)長(zhǎng)期停車(chē)后的開(kāi)車(chē)一般是指檢修后的開(kāi)車(chē)。首先檢查各設(shè)備、管道、閥門(mén)、分析取樣點(diǎn)、電氣及儀表等是否正常完好，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹凈、清洗、氣密試驗(yàn)和置換，合格后按短期停車(chē)后的開(kāi)車(chē)步驟進(jìn)行。1、短期停車(chē)短期停車(chē)一般為臨時(shí)停車(chē)，停車(chē)后系統(tǒng)仍處于正壓狀況。（1）通知系統(tǒng)上下游工序或崗位（2）停止向系統(tǒng)送氣，同時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)出口閥（3）停止向系統(tǒng)進(jìn)料，關(guān)閉溶液泵出口閥，停泵并關(guān)閉其進(jìn)口閥（4）關(guān)閉有關(guān)設(shè)備的進(jìn)出口閥。2、緊急停車(chē)如遇停電或發(fā)生重大設(shè)備事故等情況時(shí)，須緊急停車(chē)。（1）關(guān)閉導(dǎo)入原料混合氣的閥門(mén)，停止送氣（2）迅速關(guān)閉系統(tǒng)出口閥（3）按短期停車(chē)方法處理。（二）停車(chē)二、填料塔正常維護(hù)1、定期檢查、清理或更換噴淋裝置或溢流管，保持不堵、不斜、不壞；2、定期檢查篦板的腐蝕程度，防止腐蝕而塌落；3、定期檢查塔體有無(wú)滲漏現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)修4、定期排放塔底積存的贓物和碎填料；5、經(jīng)常檢查塔基