吸收与解吸专题知识讲座

1、吸收与解吸专题知识讲座吸收与解吸专题知识讲座第1页一、实训目标（1）了解吸收解吸操作基础原理和基础工艺流程、了解填料塔等主要设备结构特点、工作原理和性能参数、了解流量、压力、温度等工艺参数测量原理和操作方法。（2）能够依据工艺要求进行吸收、解吸生产装置间歇或连续操作；能够在操作进行中熟练调控各个参数，确保生产维持在工艺条件下正常进行。能实现手动和自动无扰切换操作。能熟练操控DCS控制系统。（3）能依据异常现象分析判断故障种类、产生原因并排除处理。（4）能够完成吸收过程和解吸过程性能测定。吸收与解吸专题知识讲座第2页二、实训基础原理 （1）气体吸收是经典传质过程之一。因为二氧化碳气体无味、无毒、

2、廉价，所以选择二氧化碳作为溶质组分，本实训装置采取水吸收二氧化碳组分。二氧化碳在水中溶解度很小，普通预先将一定二氧化碳通入空气中混合，以提升空气中二氧化碳浓度，但水中二氧化碳含量依然很低，所以吸收计算方法按低浓度处理，此体系吸收过程属液膜控制。（2）解吸或称脱吸是吸收逆过程，其传质方向与吸收相反，溶质由液相向气相传递，其目标是为了分离吸收后溶液，使溶液再生并得到回收后溶质。吸收与解吸专题知识讲座第3页（3）气体经过填料层压强降： P , kPa 图填料层 P u关系压强降是塔设计中主要参数，气体经过填料层压强降大小决定了塔动力消耗。压强降与气、液流量相关，不一样液体喷淋量下填料层压强降与气速关

3、系如图当无液体喷淋即喷淋量 时，干填料P u关系是直线，如图中直线L0。当有一定喷淋量时, P u关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将P u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。吸收与解吸专题知识讲座第4页（4）传质性能： 吸收系数是决定吸收过程速率高低主要参数，试验测定是获取吸收系数根本路径。对于相同物系及一定设备（填料类型与尺寸），吸收系数伴随操作条件及气液接触情况不一样而改变。 吸收率是测定吸收操作好坏一个主要指标，他表示已被吸收容质量与气相中与原有容质量比，吸收率越大吸收越完全，气体净化度越高。计算公式为： =Y1-Y2/Y

4、1式中：Y1-表示入塔气体中可吸收组分（CO2）摩尔分率。Y2-表示出塔气体中可吸收组分（CO2）摩尔分率。吸收与解吸专题知识讲座第5页三、基础知识1.吸收：利用气体混合物各组分在液体中溶解度差异，用液体吸收剂分离气体混合物单元操作。吸收所用液体称为吸收剂或（贫液）溶剂，气体混合物（富气）中被吸收组分称为吸收质或溶质，不被吸收组分称为惰性气体（贫气），吸收后得到液体称为吸收液（富液）或溶液。吸收与解吸专题知识讲座第6页贫液 富气富液贫气吸收与解吸专题知识讲座第7页三、基础知识2.解吸：从吸收液中分离岀已被吸收气体吸收质操作称为解吸。 解吸方法：（1）汽提 （2）减压 （3）加热（4）加热减压

5、工程上极少采取单一解吸方法，往往是先升温再减压至常压，最终采取汽提法解吸。 显然，解吸与吸收是相反过程吸收与解吸专题知识讲座第8页三、基础知识 生产中解吸作用有两个： 一个是把吸收液中吸收气体重新释放出来，取得高纯度吸收质气体； 另一个是使吸收液释放了被吸收气体，使吸收剂重新含有吸收作用，再返回吸收塔循环使用，节约操作费用。 吸收与解吸专题知识讲座第9页三、基础知识（1）汽提解吸汽提解吸采取载气是不含溶质惰性气体或溶剂蒸气，提供与吸收液相成平衡气相,将溶质从吸收液中吹出。吸收液解吸了大个别被吸收气体后，为了使气体深入解吸完全，有时向解吸塔中通入水蒸气、空气等气体，降低液面上溶质气体分压，使吸收

6、液中溶质气体更完全解吸出来。这一过程称为汽提，所用水蒸气、空气等气体称为汽提气。吸收与解吸专题知识讲座第10页三、基础知识（2）减压解吸 若吸收采取加压吸收，解吸可采取减压解吸，使溶质气体从吸收剂中解吸出来。溶质气体被解吸程度取决于最终解吸压力和温度。（3）加热解吸 当溶质气体在吸收剂中溶解度随温度升高而降低较大时，可采取加热解吸。（4）加热-减压解吸 将吸收液加热升温解吸之后再举行减压解吸，加热解吸和减压解吸结合，能显著提升溶质气体被解吸程度。吸收与解吸专题知识讲座第11页三、基础知识3、相组成表示方法 吸收是溶质由气相转移到液相传质过程。伴随吸收过程进行，组分在气相和液相中浓度均发生改变，

7、为了研究吸收过程基础原理，首先应掌握物质在气相或液相中浓度表示方法。用x（X）表示液相组成，用y（Y）气相组成。 4、平衡溶解度 在一定温度和压力下，气体和液体两相接触时，气体中溶质组分便溶解在液相中，伴随吸收过程进行，溶质气体在液相中浓度逐步增加；同时，溶解在液相中气体也不停地返回到气相中去。在操作早期，过程以吸收为主，但经过一定时间，溶质从气相进入液相和从液相返回气相速率相等，气液两相组成亦不再改变，吸收与解吸专题知识讲座第12页三、基础知识气相和液相到达动态平衡，此时，液相中溶质浓度到达最大值。气液平衡时，溶质在液相中含量称为气体在液相平衡溶解度，简称溶解度。气液平衡时，溶液上方溶质分压

8、称为平衡分压。4、亨利定律 当气、液相处于平衡状态时，溶质气体在两相中浓度存在着一定分布关系，这种关系能够用亨利定律来表明。 在一定温度和总压不超出506.5kpa情况下，多数气体溶解后形成溶液为稀溶液，气液平衡时，溶质在液相中溶解度与其在气相中平衡分压成正比，这一规律称为亨利定律。吸收与解吸专题知识讲座第13页亨利定律用数学表示式为 p*Ex 式中 p*溶质在气相中平衡分压，Pa；x溶质在液相中摩尔分率；E亨利系数，Pa。 对于给定物系，亨利系数E随温度升高而增大。在同一溶剂中，易溶气体E值很小，而难溶气体E值很大。常见物系亨利系数可从手册中查到。吸收与解吸专题知识讲座第14页5、吸收机理双

9、膜理论吸收与解吸专题知识讲座第15页依据双膜理论，吸收过程机理以下：（1）吸收质从气相主体以对流扩散方式抵达气膜边界，（2）抵达气膜边界吸收质以分子扩散方式穿过气膜抵达相界面，在界面上溶质溶解在液相中，（3）溶解在液相中溶质又以分子扩散方式穿过液膜抵达液膜界面上，（4）抵达液膜界面上溶质以对流扩散方式转移到液相主体。双膜理论基础关键点以下： （1）吸收过程中，气液两流体相共有一个相界面（简称界面）。在相界面两侧分别为气膜和液膜，膜内流体做层流流动。双膜以外区域为气相和液相主体。在两相主体中，流体做湍流流动。吸收与解吸专题知识讲座第16页（2）相界面上，气液两相中溶质浓度处于平衡状态。界面上不存

10、在传质阻力。（3）气、液两相主体内部流体处于充分湍流状态，无传质阻力，不存在浓度差。过程传质阻力全部集中在两膜（气膜和液膜）内。 在以上传质过程中，溶质在界面上及气液主体中传质阻力很小，其阻力主要集中在气膜和液膜中。所以要想强化吸收，就要设法减小传质阻力，即两膜厚度。流速越大，气膜和液膜厚度越薄，故增大流速，能够降低传质阻力，提升吸收速率。吸收与解吸专题知识讲座第17页四、设备以及吸收剂由吸收基础理论和吸收机理可知，要使吸收操作顺利进行，必须使气液两相充分接触，形成稳定气膜和液膜，所以吸收操作必须在满足上述条件吸收设备中进行；要进行规模化生产必须满足：1、适当气液传质设备；2、适当吸收剂；3、

11、吸收剂能够再生循环使用工业生产中，吸收过程是在吸收设备即吸收塔内完成，所使用吸收塔类型很多，常见有填料塔，板式塔，旋流板塔，喷射塔，文丘里吸收器，喷洒塔等，其中填料塔应用最广 。 吸收设备应该满足：气液相接触良好，吸收速率大，设备阻力小，操作范围稳定，结构简单，维修方便。吸收与解吸专题知识讲座第18页四、设备以及吸收剂一、填料塔结构填料塔是吸收操作中使用最广泛一个塔型。填料塔由塔体、填料、塔内件等部件组成。 塔体普通是用钢板制成圆筒形，在特殊情况下也可用陶瓷或者塑料制成。塔内充填有一定高度填料层，填料下面为支撑板，填料上面有填料压板及液体分布器，必要时需将填料层分段，段与段之间设置液体再分布器

12、。 吸收与解吸专题知识讲座第19页2、填料塔工作原理 操作时，吸收剂由塔顶部液体分布器分散后，沿填料表面向下流动，润湿填料表面；气体自塔底向上穿过填料层，与吸收剂逆向流动，吸收过程经过填料表面上液层与气相间界面进行。 填料塔单位容积内吸收面积大小，主要与填料结构及液体分布均匀程度相关。3. 填料塔辅助设备（1）支承板 在填料塔中，支承板作用是为了支承填料和填料上持液量。所以支承板首先要有足够强度和刚度；另外还要含有大于填料层空隙率开孔率，确保气体和液体能自由经过，以免在此首先发生液泛。 常见支承板有栅板、升气管式等 （2）液体分布器 液体分布器作用是把液体均匀地分布在填料表面上。吸收与解吸专题

13、知识讲座第20页假如液体分布不均，会降低填料有效传质面积，促使液体发生沟流，从而降低吸收效果。常见液体分布器有莲蓬式、管式、盘式、槽式、排管式、环管式等各种形式。（3）液体再分布装置 液体再分布装置作用是用来改进液体在填料层中向塔壁流动效应，普通设置在填料段与段之间。（4）气、液体进口及出口 液体出口装置既要便于塔内排液，又要预防夹带气体，可采取水封装置。填料塔气体进口装置应含有预防塔内下流液体进入管内，又能使气体在塔截面上分布均匀。（5）除沫装置 除沫装置作用：是用来除去由填料层顶部逸出气体中液滴。常见除沫装置有：折板除沫器、丝网除沫器、旋流板除沫器等。吸收与解吸专题知识讲座第21页二、吸收

14、剂选择 由吸收原理可知，吸收操作是气液两相之间接触传质过程，吸收操作成功是否在很大程度上取决于溶剂即吸收剂性质，尤其是吸收剂与气体混合物之间相平衡关系。 依据气液平衡关系可知，选择吸收剂主要依据包含以下几点。1、溶解度 吸收剂应对混合气体中被分离溶质组分有较大溶解度，从平衡角度而言，处理一定量混合气体所需要吸收剂量较少，处理后气体中溶质残余浓度亦较低，即溶质在吸收剂中溶解度越大，则吸收速率越大,吸收剂用量越少。2、选择性 吸收剂要对溶质组分有良好吸收能力,对其它组分溶解度较小，即基础上不吸收,或吸收甚微,即吸收剂吸收与解吸专题知识讲座第22页应含有较高选择性。不然不能实现混合气体有效分离。3、

15、轻易再生 溶质在吸收剂中溶解度应对温度改变比较敏感，即不但在低温下溶解度要大，平衡分压要小，。而且随温度升高，溶解度应快速下降，平衡分压快速上升。这么，被吸收气体轻易解吸，溶剂再生方便。4、挥发度 吸收剂挥发度越小,则吸收剂损失量越小,分离后气体中吸收剂含量也越小。 5、粘度 吸收剂应有较低粘度，在吸收过程中不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好气液接触和塔顶气液分离，同时，吸收剂粘度越小,流动性越好,吸收速率越大,泵功耗越小,且传质阻力减小。吸收与解吸专题知识讲座第23页四、设备以及吸收剂6、其它 吸收剂应满足无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点底、价廉易得、含有化学稳定性等经济和安全条件。吸收与

16、解吸专题知识讲座第24页三大对A和B溶解度差异要大对A溶解度要大对A溶解度在条件改变时改变要大三小挥发性小粘度小腐蚀小吸收与解吸专题知识讲座第25页四、设备以及吸收剂三、吸收剂再生循环使用解吸从吸收液中分离岀已被吸收气体吸收质操作称为解吸。升高温度，降低压力，有利于解吸进行，所以解吸过程大个别在减压、加热下进行，也有些在减压、等温下进行。吸收与解吸专题知识讲座第26页五、填料类型和特征一、填料作用 填料作用是为气、液两相提供充分接触面积，加紧吸收速率。二、填料类型和特征 填料种类很多，大致能够分为实体填料和网体填料。填料普通用陶瓷，不锈钢，碳钢，塑料，木材等制成。 1、拉西环 拉西环是工业上最

17、老应用最广泛一个填料。它结构是外径和高度相等空心圆柱。在强度允许情况下，其壁厚应该尽可能减薄，以提升空隙率并减小堆积重度。拉西环结构简单，价格低廉，但液体沟流及壁流现象较严重，操作弹性范围较窄，气体阻力较大等。吸收与解吸专题知识讲座第27页（a）（b）（c）（d）吸收与解吸专题知识讲座第28页2、鲍尔环 在普通拉西环壁上开有上下两层长方形窗孔，窗孔个别环壁形成叶片向环中心弯入，在环中心相搭，上下两层小窗位置交叉，如右图所表示，其气体阻力小，压降低，液体分布较均匀，填料效率较高，操作弹性范围较大吸收与解吸专题知识讲座第29页3、阶梯环 阶梯环是在鲍尔环基础上进行了深入改进。阶梯环总高为直径5/8

18、，圆筒一端有向外翻卷喇叭口，如右图所表示。阶梯环空隙率大，而且填料个体之间呈点接触，可使液膜不停更新，传质效率高，压力降小。 吸收与解吸专题知识讲座第30页4、矩鞍形填料 是一个敞开形填料，填装于塔内则相互处于套接状态。因而稳定性很好，表面利用率较高。因液体流道通畅，不易被固体悬浮物堵塞。并能用价格廉价又耐腐蚀陶瓷和塑料制造。比鲍尔环阻力小、通量大、效率高、填料强度和刚性很好，是当前应用最广一个散堆填料。吸收与解吸专题知识讲座第31页5、波纹填料 是由许多层波纹薄板制成，各板高度相同但长短不等。搭配排列而成圆饼状，波纹与水平方向成450倾角，相邻两板反向叠靠，使其波纹倾斜方向相互垂直。圆饼直径

19、略小于塔壳内径，各饼竖直叠放于塔内。相邻上下两饼之间，波纹板片排列方向互成90度角。其优点就是结构紧凑，比表面积大，流体阻力小，流体分布均匀，传质效果好。但造价较高，易堵塞。6、丝网波纹填料 丝网波纹填料是用丝网制成一定形状填料。这是一个高效率填料，其形状有各种。比如：网环、鞍形网等。优点：丝网细而薄，做成填料体积较小，比表面积和空隙率都比较大，因而传质效率高。缺点：造价昂贵，易堵塞，清理不方便。吸收与解吸专题知识讲座第32页7、其它类型填料：以下列图所表示分别是：雪花环、多面空心球、海尔环和扁环。 吸收与解吸专题知识讲座第33页三、选择填料标准 选择填料正确是否，对填料塔操作有很大影响。为了

20、使填料塔高效率地操作，所用填料普通应具备以下条件： 1、单位体积填料表面积，即比表面积必须大。比表面积以at， m2/m3表示。2、单位体积填料层含有空隙体积，即空隙率必须大，空隙率以，m3/m3表示3、在填料表面有很好液体均匀分布性能。以防止液体沟流及壁流现象。4、气流在填料层中均匀分布，以使压降均衡，无死角，对于填料层阻力较小大塔尤其值得注意。5、制造轻易，造价低廉。6、含有足够机械强度。7、对于液体及气体均须含有化学稳定性。吸收与解吸专题知识讲座第34页吸收解吸工业应用：（1）回收混合气体中有价值组分 如:用液态烃处理裂解气以回收其中乙烯、丙烯等。（2）除去有害组分以净化气体 如:用丙酮

21、脱除裂解气中乙炔。 （3）制备某种气体溶液 如:用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收甲醛以制取福尔马林，用水吸收氯化氢以制取盐酸等。 （4）工业废气治理 如:在磷肥生产中，产生含氟废气含有强烈腐蚀性，可采取水及其它盐类制成有用氟硅酸钠、冰晶石等吸收与解吸专题知识讲座第35页六、吸收与解吸实训装置开停车实训内容与操作规程 (1)工艺文件准备 (2)开车前动、静设备检验训练 （3）二氧化碳气瓶安全性检测 （4）样品分析仪器准备、化学药品配制技能训练 （5）吸收与解吸塔液体流量标定 （6）解吸塔压降测量技能训练 (7)吸收、解吸塔开、停车技能训练 （8）原料气体浓度配制技能训练 （9）吸收塔稳定性分析与判断训练（10）吸收塔吸收液浓度测量技能训练 吸收与解吸专题知识讲座第36页七、数据处理 (1)填料塔流体力学性能测定(以干填料数据为例数据表见表6-11): 塔压降P0.4