吸收剂用量控制安全条件分析

吸收剂用量控制安全条件分析吸收剂用量控制安全条件分析 在吸收塔计算中 通常所处理的气体流量 气体的初始和 最终组成及吸收剂的初始组成由吸收任务决定 如果吸收液的 浓度也已经规定 则可以通过物料衡算求出吸收剂用量 否则 必须综合考虑吸收剂对吸收过程的影响 合理选择吸收剂用量 一 一 液气比液气比 操作线斜率 l v 称为液气比 它是吸收剂与惰性气体摩尔 流量之比 反映了单位气体处理量的吸收剂消耗量的大小 当 气体处理量一定时 确定吸收剂用量就是确定液气比 液气比 对于吸收来说 是一个重要的控制参数 二 二 最小液气比最小液气比 由于 x2 y2 是给定的 所以操作线的端点 t 已固定 另一 端点月则可在 y y1 的水平线上移动 月点的横坐标将取决于 操作线的斜率 亦即随吸收剂用量的不同而变化 当 v 值一定 时 吸收剂用量减少 操作线斜率将变小 点 b 便沿水平线 y yl 向右移动 其结果是使出塔吸收液的组成增大 吸收的推 动力相应减小 吸收将变得困难 当吸收剂用量继续减小 使 月点移至水平线与平衡线的交点 f 时 如图 11 5 a 所示 塔 底流出液组成与刚进塔的混合气组成达到平衡 此时吸收过程 的推动力为零 为达到最高组成 两相接触的时间无限长 相 际接触面积无限大 吸收塔需要无限高的填料层 这在实际上 是办不到的 只能用来表示一种极限情况 此种状况下吸收操 作线的斜率称为最小液气比 以 l v min 表示 即在液气比下 降时 只要塔内某一截面处气液两相趋于平衡 达到指定分离 要求所需的塔高为无穷大 此时的液气比即为最小液气比 最小液气比可用图解法求得 如果平衡曲线与平衡线相交 或相切 只要读出交点的横坐标 就可根据操作线斜率求得最 小液气比 若平衡关系符合亨利定律 则可直接计算最小液气 比 即 三 三 吸收剂用量控制吸收剂用量控制 吸收剂用量的选择是个安全的优化问题 当 y 值一定的情 况下 吸收剂用量减小 液气比减小 操作线靠近平衡线 吸 收过程的推动力减小 吸收速率降低 在完成同样生产任务的 情况下 吸收塔必须增高 设备费用增多 吸收剂用量增大 操作线离平衡线越远 吸收过程的推动力越大 吸收速率越大 在完成同样生产任务的情况下 设备尺寸可以减小 但吸收剂 用量并不是越大越好 因为吸收剂用量越大 操作费用也越大 而且 造成塔底吸收液浓度的降低 将增加解吸的难度 在工业生产中 吸收剂用量或液气比的选择 调节 控制 主要从以下几方面考虑 为了完成指定的分离任务 液气比不能低于最小液气比 为了确保填料层的充分湿润 喷淋密度 单位时间内 单 位塔截面积上所接受的吸收剂量 不能太小 当操作条件发生变化时 为达到预期的吸收目的 应及 时调整液气比 适宜的液气比应使设备折旧费及操作费用之和最小 根 据生产实践经验 一般情况下取适宜的液气比为最小液气比的 1 1 2 0 倍 即 四 四 运行安全条件分析运行安全条件分析 在正常的化工生产中 吸收塔的结构形式 尺寸 吸收质 的浓度范围 吸收剂的性质等都已确定 此时影响吸收操作的 主要因素有以下几方面 1 气流速度 气体吸收是一个气 液两相间进行扩散的传质 过程 气流速度的大小直接影响这个传质过程 气流速度小 气体湍动不充分 吸收女传质系数小 不利于吸收 反之 气 流速度大 有利于吸收 同时也提高了吸收塔的生产能力 但 是气流速度过大时 又会造成雾沫夹带甚至液泛 使气液接触 效率下降 不利于吸收 因此对每一个塔都应选择一个适宜的 气流速度 2 喷淋密度 单位时间内 单位塔截面积上所接受的液体喷 淋量称为喷淋密度 其大小直接影响气体吸收效果的好坏 在 填料塔中 若喷淋密度过小 有可能导致填料表面不能被完全 湿润 从而使传质面积下降 甚至达不到预期的分离目标 若 喷淋密度过大 则流体阻力增加 甚至还会引起液泛 因此 适宜的喷淋密度应该能保证填料的充分润湿和良好的气液接触 状态 3 温度 降低温度可增大气体在液体中的溶解度 对气体吸 收有利 因此 对于放热量大的吸收过程 应采取冷却措施 但温度太低时 除了消耗大量冷介质外 还会增大吸收剂的黏 度 使流体在塔内流动状况变差 输送时增加能耗 若液体太 冷 有的甚至会有固体结晶析出 影响吸收操作顺利进行 因 此应综合考虑不同因素 选择一个最适宜的温度 4 压力 增加吸收系统的压力 即增大了吸收质的分压 提 高于吸收推动力 有利于吸收 但过高地增大系统压力 又会 使动力消耗增大 设备强度要求提高 使设备投资和经常性生 产费用加大 因此一般能在常压下进行的吸收操作不必在高压 下进行 但对一些在吸收后需要加压的系统 可以在较高压力 下进行吸收 既有利于吸收 又有利于增加吸收塔的生产能力 如合成氨生产中的二氧化碳洗涤塔就是这种情况 5 吸收剂的纯度 降低人塔吸收剂中溶质的浓度 可以增加 吸收的推动力 因此 对于有溶剂再循环的吸收操作来说 吸 收液在解吸塔中的解吸应越完全越好 但必须注意解吸完全 6 吸收操作通常在常温常压下进行 气体的溶解度随压力增 加 温度的降低而增加 同时提高压力使平衡线下移 增加吸 收过程的推动力 但压力太高也会使设备投资及经常操作费用 增加 同样降低温度也受气温及操作费用的影响 因此大多数 吸收过程都是在常温与常压下进行的 7 吸收操作是变温过程 严格地说 吸收中的溶解热会造成 吸收操作温度的变化 为了保持吸收操作在较低温度下进行 当溶解热较大时 必须移走溶解热 外循环冷却移走热量 即塔底流出的部分吸收液经外冷 却器冷却再返回塔顶 在塔中间增加冷却器见图 11 6 吸收液由塔中间抽出 经外冷却器冷却后返回塔内 塔内部的冷却器见图 11 7 填料塔的塔内冷却器装在 两层填料之间 其形式多为竖直的列管式冷却器 吸收液走管 内 管间走冷却剂 如图 11 8 所示 在板式塔内常用移动的 u 形管冷却器 它直接安装在塔板上并浸没于液层中 适用于 热效应大且介质有腐蚀性的情况 如用硫酸吸收乙烯 用氨水 吸收二氧化碳以生产碳酸氢铵等 实际生产中 吸收操作温度 控制的实质就是正确操作和使用上述各种冷却装置 以确保吸 收过程在工艺要求的温度条件下进行 8 黏度及扩散系数影响吸收效率 吸收过程由于在低温下进 行 吸收液的黏度及扩散系数都较小 故影响吸收效率 为此 可采用增大液气比的手段提高效率 增加液气比改变操作线位 置 有利于增加传质推动力 对液膜控制系统 增加液量则提 高液体湍动程度 有利于提高传质系数 同时有足够大的液体 喷淋量 可改善填料润湿状况 增加气液接触表面 有利于提 高传质速率 但液量增加也会降低出塔吸收液的浓度 9 解吸操作在高温低压下操作 解吸过程与吸收过程相反 常常在高温 低压下进行 塔底需要加热能量消耗大 为了提 高解吸率 可以采用解吸剂 常用解吸剂有惰性气体 水蒸气 溶剂蒸气或贫气等 10 闪蒸过程 当吸收与解吸操作同时使用时 由于吸收在 较高压力下进行 而解吸在常压或减压下进行 为此由吸收到 解吸的减压过程中有闪蒸过程 一般在流程上需要设置闪蒸罐 或者在解吸塔的顶部要考虑闪蒸段 11 吸收操作要点 在溶解度对吸收系数的影响中 易溶气体属于气膜控制 难溶气体属于液膜控制 因此 在操作中辨明组分在吸收剂中 溶解的难易程度 确定提高气相或液相的流速及其湍动程度 对提高吸收速率具有重要意义 要根据处理的物料性质来选择有较高吸收速率的塔设备 如果选用填料塔 在装填填料时应尽可能使填料分布比较均匀 否则液体通过时会出现沟流和壁流现象 使有效传质面积减少 塔的效率降低 应注意液流量的稳定 避免操作中出现波动 吸收剂用 量过小 会使吸收速率降低 过大又会造成操作费用的浪费 应掌握好气体的流速 气速太小 低于载点气速 对传 质不利 若太大 达到液泛气速 液体被气体大量带出 操作 不稳定 应经常检查出口气体的雾沫夹带情况 大量的雾沫夹带 造成吸收剂浪费 而且造成管路堵塞 应经常检查塔内的操作温度 低温有利于吸收 温度过 高必须移走热量或进行冷却 维持塔在低温下操作 填料塔使用一段时间后 应对填料进行清洗 以避免填 料被液体粘结和堵塞 12 吸收塔的调节 在 x y 图上 操作线与平衡线的相对位 置决定了过程推动力的大小 直接影响过程进行的好坏 因此 影响操作线 平衡线位置的因素均为影响吸收过程的因素 然 而 实际工业生产中 吸收塔的气体人口条件往往是