吸收与解吸过程工艺参数的确定电子教案

1、 职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库化工单元操作课程电子教案项目4 吸收解吸及设备操作学习任务2-12-1吸收与解吸过程工艺参数的确定计划学时2职业能力目标专业能力社会能力方法能力确定吸收解吸过程工艺参数的确定团队工作能力沟通能力小组成员的协作能力扩展相应的信息收集能力制定工作计划能独立使用各种媒介完成学习任务工作结果的评价与反思学习情境描述接到车间主任指令：根据给定的传吸收解吸任务，确定吸收解吸工艺参数，介绍流程中的主要工艺设备。组长接受任务后组织学员通过资讯、计划、决策、实施和检查、评估等过程完成学习任务。教学环境分析石油化工岗位操作技能实训中心、教材、辅导资料、化工工艺设计手册、化

2、工单元操作学习光盘、学习软件、可以上网查阅资料的电脑、工作台、拆装工具等教学方法采用角色扮演法交代任务；用引导文和小组讨论法完成决策和计划的制定，采用任务驱动法实施工作任务。教学组织分组，分工，协作共同完成，分成6个小组，每组6人要做好记录，由各小组长展示学习成果评议各小组展示的学习成果教师对每个小组及每个学生进行监视，做好记录，作为成绩评定的依据。实施步骤资讯教案内容实施步骤计划与决策1引导学生结合现场设备和网络资源熟悉吸收解吸单元操作。1）接受任务2）完成基础知识学习2监视学生进行小组讨论，并做出决策和计划1）对学习进行决策2）制定学习计划（提交计划，组长汇报）3）对学员的计划进行可行性分

3、析实施步骤学习工作任务的实施教学组织教学内容教学过程设计及时间分配1. 告知训练项目：吸收与解吸过程工艺参数的确定；教师讲授，PPT，5min2. 结合吸收解吸方案介绍工艺参数的计算方法；教师讲授，PPT，10min3. 结合实训设备讲解工艺流程；教师讲授，PPT，10min4. 动画展示吸收解吸工作原理和结构；教师讲授，PPT，10min5. 进行工艺参数的计算；教师讲授，PPT，30min6. 进行吸收解吸过程的认识考核；教师讲授，PPT，20min7. 归纳总结：吸收解吸工艺参数计算的关键；教师讲授，PPT，10min8. 布置下次任务：吸收解吸设备的操作与控制。教师讲授，PPT，5mi

4、n实施步骤检查与评估检查学生工作是否完整完成？归档是否完整？专业能力、社会能力和方法能力是否提高？工作态度、工作质量情况安全、环保及6S情况填写任务工单的评价表格吸收塔物料衡算在气体吸收过程中，工业上一般都采用逆流连续操作。其流程如图2-18所示。图中 图2-18 逆流吸收塔操作示意图 图2-19 吸收操作线与平衡线V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol惰性气体h；L单位时间内通过吸收塔的吸收剂量，kmol吸收剂/h；Y, Y1 , Y2分别为任一截面、塔底（气体人口）、塔顶（气体出口）的气相组成，kmol溶质kmol惰性气体；X, X1, X2分别为任一截面、塔底（液体出口）和塔顶（液

5、体人口）的液相组成，kmol溶质kmol吸收剂。在稳态操作下，对全塔作物料衡算，由质量守恒得： （2-24）或依据混合气体中溶质的减少量等于液相中溶质的增加量，可得： （2-25）称为吸收塔的吸收负荷，表示了单位时间内吸收塔吸收溶质的能力。吸收过程中，经过吸收塔后，被吸收的溶质量与进塔气体中溶质的量之比，称为吸收率，用表示。 （2-26）如果规定了吸收率，则气体出塔时的组成为： （2-27）【例题2-2】在一填料吸收塔，用纯水来吸收空气中的CO2，已知混合气中CO2的含量为6%（体积），所处理的混合气中的空气量为1400m3/h，操作在293K和101.3kPa下进行，要求CO2的吸收率达到9

6、8%。若吸收剂用量为154kmol/h，试问吸收塔溶液出口浓度为多少？解： 进塔气体组成 出塔气体组成 进塔吸收剂组成 (纯水)进塔空气流量 溶液出口浓度由全塔物料衡算，求出即 故溶液出口浓度为0.0236kmolCO2/kmol水。填料类型及性能1、填料类型自填料塔用于工业生产以来，填料的结构形式有重大的改进，特别是近年来发展更快，目前各种类型、各种规格的填料有几百种之多。填料结构改进的方向可归纳为：增加流体的通过能力，以适应大规模工业生产的需要；改善流体的分布与接触，以提高分离效率；解决放大问题。填料种类虽然很多，但按结构形式可分为颗粒型填料和规整填料，按装填方式可分为乱堆填料和整砌填料。

7、（1）颗粒型填料颗粒型填料的结构、形状和堆积方式都影响流体在填料层中的流动状态、分布情况以及气、液接触的密切程度，从而决定填料塔的生产能力、流动阻力以及传质效率。下面介绍工业中常用的颗粒填料。拉西环拉西环是最早使用的填料，常用的拉西环为外径与高度相等的圆环，如图2-7（a）所示。在强度允许下，壁厚应尽量薄一些，以提高空隙率及降低堆积密度（单位体积堆积填料层的质量称为堆积密度）。拉西环在塔内的装填方式有乱堆和整砌两种。乱堆填料装卸方便，但气体流动阻力较大，一般直径在50mm以下的填料都采用乱堆方式，直径在50mm以上的填料可采用整砌（即整齐排列）的方式。拉西环除用陶瓷材料制造外，还可用金属、塑料

8、及石墨等材料制成，以适应不同介质的要求。图2-7 常用的颗粒填料外形（a）拉西环；（b）鲍尔环；（c）阶梯环；（d）弧鞍；（e）矩鞍；（f）金属鞍环；（g）多面球体；（h）TRI球体拉西环的形状简单，制造容易，成本低，且对其研究较为充分。但气液分布不均，沟流及壁流现象较严重，因而效率随塔径及层高的增加而显著下降，对气速的变化也较敏感，操作弹性范围较窄，传质阻力大，吸收效率低。因此，拉西环的应用日趋减少。鲍尔环填料鲍尔环填料是针对拉西环的一些主要缺点加以改进而研制出来的填料。在普通拉西环的侧壁上冲出上、下两层交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在环壁上，其余部分均弯入环内，在环中心相搭，如图2

9、-7（b）所示。鲍尔环一般用金属或塑料制造。考虑到改善气、液的接触状况，侧壁上开孔率应不小于30；为保持填料有一定的强度，开孔率最大不得超过60。我国现行标准规定开孔率为35。尽管鲍尔环填料的空隙率和比表面（单位体积干填料层具有的表面积）与拉西环的差不多，但由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低，液体分布也较均匀。同种材料、同种规格的鲍尔环比拉西环的气体通量大、流动阻力小，在相同的压降下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大50以上；在相同的气速下，鲍尔环填料的压强降仅为拉西环的一半。又由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列，气体流动通畅，避免了液体严重的沟流及壁流现象。鲍尔环

10、比拉西环的传质效率高，操作弹性大，但价格较高。鲍尔环以其优良的性能为工业上广泛采用。阶梯环填料阶梯环是在鲍尔环基础上发展起来的填料，如图2-7（c）所示。阶梯环与鲍尔环的相似之处，除环壁上也开有窗孔外，阶梯环的高度仅为直径的一半，环的一端制成喇叭口，其高度为总高的15。由于阶梯环的填料较鲍尔环填料的高度减少一半，使得绕填料外壁流过的气体平均路径缩短，减少了气体通过填料层的阻力。阶梯环一端的喇叭口形状，不仅增加了填料的力学强度，而且使填料个体之间多呈点接触，增大了填料间的空隙，接触点成为液体沿填料表面流动的汇聚、分散点，可使液膜不断更新，有利于填料传质效率的提高。阶梯环填料因其具有气体通量大、流

11、动阻力小、传质效率高等优点，是目前所用环形填料中性能最好的一种。鞍型填料鞍型填料有弧鞍与矩鞍两种，如图2-7（d）、（e）所示。鞍型填料是敞开型填料，其特点是：表面全部敞开，不分内外；液体在表面两侧均匀流动；流体通道为圆弧形，使流动阻力减小。弧鞍型填料为对称的开式弧状结构，当液体喷洒到填料表面后，弧形面使液体向两旁分散，即使液体初始分布不均，经弧面分散后，仍可得到一定程度的改善。此外，弧面上无积液，且表面的有效利用率高，因此，弧鞍填料比拉西环的传质效率高。但由于弧鞍形状是对称的，装填时容易形成重叠，重叠的表面非但不能利用，还降低了有效空隙率，故弧鞍填料的应用已日渐减少。在弧鞍填料的基础上开发出

12、的矩鞍填料，它保留了弧形结构，改进了扇形面形状，因此不但具有良好的液体再分布性能，而且填料之间基本上是点接触，不相重叠，因此填料表面得以充分利用。鞍型填料的综合性能优于拉西环而次于鲍尔环。由于弧鞍与矩鞍填料都是敞开式结构，故强度较差。弧鞍一般用陶瓷制造，适用于处理腐蚀性物料。金属鞍环填料金属鞍环填料是综合了鲍尔环填料通量大及鞍型填料的液体再分布性能好的优点而开发出的填料，如图2-7（f）所示。金属鞍环填料是由薄金属板冲成的整体鞍环。其优点是：保留了鞍型填料的弧形结构及鲍尔环的环形结构，并且有内弯叶片的小窗；全部表面能被有效地利用；流体湍动程度好，且有良好的液体再分布性能；通过能力大，压强降小，

13、滞液量小；堆积密度小；填料层结构均匀。金属鞍环填料特别适用于真空蒸馏。球形填料球形填料是用塑料铸成空心球体形状的填料。为了增加填料的表面积并减少填料的形体阻力，采用了空心球体，有的是由若干个平面组成，有的是由许多枝条状的棒连接而成，也有的采用表面开孔的办法，如图2-7（g）和（h）所示。球形填料的优点在于床层上易充满填料，不会产生架桥和空穴等现象，因此床层易堆积均匀，有利于气、液均匀分布。但由于塑料耐温性能差，故一般只用于气体吸收、净化、除尘等。近年来不断有新型填料开发出来，这些填料的结构独特，均有各自的特点，这里不一一介绍。（2）规整填料规整填料是由古老的木栅填料逐渐发展的。常见的规整填料为

14、波纹填料，它是一种整砌结构的新型高效填料，由许多片波纹薄板组成的圆饼状填料，其直径略小于壳体内径。如图2-8所示，波纹与水平方向成45°倾角，相邻两板反相靠叠，使波纹倾斜方向互相垂直。圆饼的高度约为40mm60mm，各饼垂直叠放于塔内，相邻的上下两饼之间波纹板片排列方向互成90°角。图2-8 波纹填料（a）元件；（b）组合单元填料；（c）填料层剖面及俯视图由于结构紧凑，有很大的比表面积，且因相邻两饼间板片相互垂直，使上升气体不断改变方向，下降的液体也不断重新分布，故传质效率高。填料的规整排列，使流动阻力减小，从而可以提高空塔气速。波纹填料的缺点是：不适宜处理粘度大、易聚合或

15、有沉淀物的物料；此外，填料的装卸、清理也较困难，造价高。波纹填料有实体与网体两种。实体的称为波纹板，可由陶瓷、塑料、金属材料制造，根据工艺要求及介质的性质来选择适当的材料。波纹丝网填料的波纹片是由金属丝网制成的，属于网体填料。因丝网细密，故其空隙率高，比表面积可高达700m2m3，传质效率大大提高，每米填料层相当于10层理论板；每层理论塔板压降仅为5070Pa；操作弹性大；放大效应（即塔径越大效率越低）小。此类填料特别适用于精密精馏及真空精馏装置，对难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏提供了有效手段。尽管波纹丝网的造价昂贵，但优良的性能使波纹丝网填料在工业上的应用日益广泛。近年来又开发出金

16、属孔板波纹填料和金属压延孔板波纹填料。金属孔板波纹填料是在不锈钢波纹板片上钻有许多5mm左右的小孔的填料。它与同材质丝网填料相比，虽然效率和通量低于波纹网填料，但造价低、强度高、耐腐蚀性能强，特别适用于大直径精馏塔。金属压延孔板波纹填料与金属孔板波纹填料的主要区别在于：前者板片表面不是钻孔而是刺孔，孔径为0.5mm左右；板片极薄，约为0.1mm，波纹高度较小，故比表面和空隙率大，分离效率较孔板波纹填料高。主要用于分离要求高，物料不易堵塞的场合。在指定的任务下，采用的填料尺寸越大，则单位体积填料的费用越低，单位高度填料层的压降也越小，但传质效率降低，致使填料层高度增加。因此，选择填料尺寸除保证一

17、定分离效率外，还应考虑设备费和动力费间的权衡。为使液体在填料层中分布均匀，填料乱堆时，每个填料的尺寸不应大于塔径的18，否则液体分布不均。2、填料特性在填料塔内，气体由填料间的空隙流过，液体在填料表面形成液膜沿填料间的空隙而下流，气、液两相间的传质过程在润湿的填料表面上进行。因此，填料塔的生产能力和传质效率均与填料特性密切相关。表示填料性能的参数有以下几项。（1）比表面积单位体积干填料层具有的表面积称为比表面积，以表示，单位为m2干填料表面积m3干填料层，简写成m2m3。填料比表面积值越大对传质越有利，值与填料类型有关。填料的表面只有被流动的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，若希望有较高的传质速率，除须有大的比表面积外，还要求填料有良好的润湿性能及有利于液体均匀分布的形状。但是，被润湿的填料表面不一定都是有效的传质面积，因为在填料层内，填料间接触点处的液体基本上静止不动，该处的润湿表面对传质不起作用，只有填料表面被流动的液体润湿时，才能构成有效的传质面积。表2-1列出了部分填料的值。（2）空隙率单位体积干填料层中的空隙体积称为空隙率，以表示，单位为m3空隙体积m3干填料层，简写成m3m3。填料的空隙率越大，流体在填料层中的通过能力越大，流动阻力越小。空隙率值与填料类型及堆积