资源简介

(共60张PPT)
模块六 吸收技术
01
任务一 认识吸收装置
02
任务二 确定吸收操作条件
03
任务三 选择与设计吸收装置
04
任务四 操作吸收装置
05
任务五 综合案例
06
总结与归纳
学习目标学习气体在一定溶剂中，随操作温度及压力的变化溶解度亦发生相应改变的规律，能运用溶解规律选用合适的吸收剂，确定合理的吸收操作压力和吸收操作温度；学习各类吸收装置的结构及各类填料性能，能针对特定的吸收分离任务，选用合适的吸收塔及附件和填料；学习吸收操作物料衡算方法，结合传质速率方程，能依据吸收分离任务及分离要求，确定吸收剂用量、吸收塔直径和吸收塔填料层高度，并能正确操作吸收塔及解决吸收操作过程中常见的不正常现象。在化工生产过程中，经常会遇到混合气体的分离及气体净化问题。气体混合物的分离方法常见的有吸收、吸附或压缩冷凝后采用精馏方法分离。通常是将气体混合物与具有吸收混合物中的某组分的液体接触，使其被液体吸收而离开气体混合物，从而完成气体混合物的分离。在一定的条件下，利用混合气体中各组分在同一溶剂中的溶解度不同而完成分离的操作即为吸收。混合气体中被吸收的组分称为吸收质（或叫溶质A），不被吸收的组分称为惰性组分B，吸收溶质的液体称为溶剂S，溶质溶于溶剂中形成溶液（A+S）。吸收过程在吸收塔内进行，吸收依据塔设备结构分板式塔和填料塔。化学实验中的应用工业中的应用吸收在工业上主要用于净化或精制气体，如分离混合气体得到某一组分，或者吸收某一组分制备产品，以及化工厂排放的废气治理。另在冶金工业和热电工业中也有应用，如金属冶炼烟气含尘含杂气体的净化，火力发电厂尾气中硫化物的处理。工业中的应用来自压缩机四段的变换气，经冷却降温、分离夹带的油水后从脱碳塔底部进入脱碳塔与塔顶喷淋下来的碳酸丙烯酯溶液在塔内进行传质吸收，脱除CO2后的气体经气液分离、闪蒸洗涤后返回压缩机五段。而吸收CO2后的富液从脱碳塔底部出来，经能量回收、降压后进入闪蒸槽闪蒸，回收其中大部分CO2气体，然后溶液进入再生塔，在再生塔内经过常压、真空和气提三级解吸后，液体返回吸收液循环槽。后吸收液经过涡轮机加压、冷却器降温后，再进入脱碳塔循环使用。工业中的应用采用吸收操作实现混合气体分离必须具备以下条件：①选择合适的吸收剂（溶剂），能在一定条件下有选择性地吸收混合气体中某一个或多个组分；②选用合理的吸收设备（填料塔、板式塔）及相应的附件，以实现气液两相充分接触，使溶质由气相转移至液相中；③吸收剂能再生、循环使用，且又价廉易得、毒性小、稳定性好等特点；④采用适宜的操作条件（吸收温度、吸收压力及喷淋密度）。根据一定的吸收任务（一定流量的已知组成混合气体）及吸收要求，确定吸收塔的工艺尺寸，了解吸收塔的正常开停车，学习吸收操作中常见事故的原因及解决方案的分析。01任务一 认识吸收装置吸收过程的实施是在吸收装置中进行的。吸收装置由吸收塔、吸收液循环装置（泵、储槽、换热器）、气体输送设备等构成，其示意图如图所示。在吸收塔内，气液两相充分接触，溶质被溶剂吸收进入液相，未被吸收的惰性组分从塔顶排出，吸收液从塔底排出经补充压力、降低温度返回吸收塔。01任务一 认识吸收装置子任务1认识吸收塔工业上完成吸收操作的设备统称为吸收塔。常见的有板式塔、填料塔两种。板式塔多用于精馏操作，填料塔多用于吸收操作，主要学习填料塔的结构特点、填料塔的附件作用和填料的类型及特性。01任务一 认识吸收装置一、填料塔的结构与特点1.填料塔的结构填料塔主要由塔体、填料及其附件（除沫装置、液体分布装置、气体分布装置、填料支撑装置、填料压紧装置等）构成，如图所示。填料塔操作时，气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，在压差作用下自下向上与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，而液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀喷洒在塔截面上，在重力作用下沿填料层向下流动。在填料表面上，气、液两相密切接触进行质、热传递。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置填料塔属于连续接触式气液传质设备，填料层内气液两相呈逆流接触，填料的润湿表面为气液两相接触传质表面，气液两相组成沿塔高连续变化，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。01任务一 认识吸收装置2.填料塔的特点与板式塔比较，填料塔具有如下特点：①生产能力大。填料塔内件开孔率大，空隙率大，液泛点高。②分离效率高。适合处理难分离混合气体的分离，塔高较低。③压降较小，适合减压操作，且能耗低。④持液量小，适宜处理热敏性物料。⑤操作弹性较小，对液体负荷变化较敏感 ，若液体负荷较小或较大，易产生干塔或液泛现象。⑥适宜处理易起泡和腐蚀性的物料，可利用填料消泡及采用防腐材料制造的填料。⑦不宜处理含固或易聚合的物料，因清洗较麻烦。01任务一 认识吸收装置二、填料的类型与性能填料是填料塔的核心部分，其作用有提供气液接触面积；强化气体湍动，降低气相传质阻力；更新液膜表面，降低液相传质阻力。填料的好坏是决定填料塔性能的主要因素，对操作影响较大的填料特性有比表面积、空隙率、填料因子和单位堆积体积的填料数目。01任务一 认识吸收装置1.填料的性能为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求：①要有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用δ表示，单位为m2/m3。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，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。同一种类的填料，尺寸越小，其比表面积越大。②要求有较高的空隙率 单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率，用ε表示，单位为m3/m3。一般说填料的空隙率多在0.45～0.95范围内，当ε较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。01任务一 认识吸收装置③要求填料因子较小 将δ与ε组合成δ/ε3的形式即为干填料因子，单位为m-1。填料因子表示填料的流体力学性能。当填料被喷淋的液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，δ与ε均发生相应的变化，此时的δ/ε3即为湿填料因子，以φ表示。φ值小则填料层阻力小，发生液泛时的气速提高，亦即流体力学性能好。④要求单位堆积体积的填料数目适宜 对于同一种填料，单位堆积体积内所含填料的个数是由填料尺寸决定的。填料尺寸减小，填料数目就增加，填料层的比表面积也增大，而空隙率较小，气体阻力亦相应增加，填料造价提高。反之，若尺寸过大，在靠近塔壁处，填料层空隙很大，将有大量液体由此短路通过。为控制气液分布不均现象，填料尺寸不宜大于塔径D的1/10~1/8。此外，还要求填料经济、实用及可靠，要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。01任务一 认识吸收装置2.填料的类型填料的种类按填料形状分，有网体填料和实体填料；按材质分，有金属填料、塑料填料、陶瓷填料和石墨填料等；按填料的装填方式分，有散装（乱堆）填料和规整填料。散装填料是一类具有一定几何尺寸的颗粒体，以散装方式堆积在塔内。依结构特点不同，一般分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料和球型填料。规整填料是一类在塔内整齐有规则排放的填料，依几何结构不同分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业生产常用的填料有：拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环、环矩鞍、球型、波纹填料及脉冲填料。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置三、填料塔的附件填料塔的附属结构由塔顶往塔底，主要有除雾器、液体分布（喷淋）装置、填料压紧装置、液体再分布器、气体分布装置和填料支撑装置（支承板）等。01任务一 认识吸收装置1.除雾器除雾器用来除去填料层上方逸出的气体中的雾滴。填料塔中因气速较小，气体中的带液量较小，一般可不设除雾器。但当喷淋装置有严重溅液现象时，或操作气速过大、气体中带有较多雾滴、并且工艺中不允许气相带液时，需在塔顶的喷淋装置上方设置除雾器。除雾器种类很多，主要包括：折板式、丝网式、旋流式等。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置2.液体分布装置液体分布装置是把液体均匀分布在填料层上的装置，常用的有下述三种。（1）管式喷淋器管式喷淋器一般有四种类型，即弯管式、直管缺口式、多孔直管式、多孔盘管式、排管式及环管式。01任务一 认识吸收装置（2）莲蓬头式喷洒器通常取莲蓬头直径为塔径的1/5～1/3，球面半径为莲蓬头直径的的0.5～1.0倍，喷洒角≤80°，小孔直径为3～10mm。莲蓬头喷洒器一般用于直径小于0．6m的塔。01任务一 认识吸收装置（3）盘式分布器液体从进口管流到分布盘上，盘上开有筛孔或溢流管及槽式分布器，将液体分布在整个截面上。适用于直径大于0.8m的塔。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置管式液体分布器01任务一 认识吸收装置槽式液体分布器01任务一 认识吸收装置槽盘式液体分布器01任务一 认识吸收装置3.填料压紧装置为保持操作中填料床层高度恒定，防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动，在填料装填后需在其上方安装填料压紧装置。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，而每类又有不同形式，列出了几种常见的填料压紧装置。填料压板自由放置于填料上端，靠自身重量将填料压紧，它适用于陶瓷、石墨制的散装填料。当填料层发生破碎时，填料层空隙率下降，此时填料压板可随填料层一起下落，紧紧压住填料而不会形成填料松动。床层限制板用于金属散装填料、塑料散装填料及所有规整填料。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置4.液体再分布器液体再分布器是用来改善液体在填料层内的壁流效应的，每隔一定高度的填料层设置一个再分布器。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置斜板式液体收集器01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置5.气体分布装置气体进口装置应能使气体分布均匀，同时还能防止液体流入进气管。常见的方式是使进气管伸入塔的中心线位置，管端为45°向下的斜口或向下缺口，如图所示。这种装置只能适用于塔径小于500mm的小塔，对于大塔，管的末端可制成向下的喇叭形扩大口或制成多孔盘。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置6.填料支撑装置（支承板）支撑装置是支承填料和填料上的持液量的，它应有足够的强度，允许气体和液体自由通过。支承板的自由截面不应小于填料层的孔隙率。支承板通常可用扁钢做成栅板形式，也有在栅板上再整砌十字环的，还可另采用升气管式结构，使气管通过升气管上部所开的齿缝上升，液体则自支承板的小孔和齿缝的下沿流下，其气体流通截面甚至可超过塔的截面积。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置7.除沫器除沫装置是在液体分布装置的上方安装，作用是清除气体中夹带的液体雾沫等01任务一 认识吸收装置吸收是分离气体混合物的操作，在相同条件（温度、压力）下，混合气体中各组分在同一溶剂中的溶解度不同。吸收操作进行时，需向混合气体喷淋液体吸收剂，使溶质在溶剂中溶解而完成与惰性组分的分离。子任务2认识吸收的工业应用01任务一 认识吸收装置一、吸收操作的作用（1）分离和净化原料气。原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。如从合成氨所用的原料气中健分离出CO2、CO、H2S等杂质。（2）分离和吸收气体中的有用组分。如从合成氨厂的放空气中用水回收氨；从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。（3）某些产品的制取。如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的HCl、SO3 和ＮO2制取盐酸、硫酸和硝酸。 （4）废气的治理。生产过程中排放的废气往往含有对人体和环境有害的物质，如SO2、H2S等这类环境保护问题已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广的方法。01任务一 认识吸收装置二、吸收操作的分类1.按过程有无化学反应分类①物理吸收吸收过程中，吸收质与溶剂之间不发生明显的化学反应。一般适用于溶质易溶于水而惰性组分难溶于水的混合气体分离。如稀氨水脱除制氨原料气中的CO2气体。②化学吸收吸收过程中，吸收质与溶剂之间有明显的化学反应发生。如溶质为酸性气体或碱性气体，多采用化学吸收操作分离混合气体。如用水吸收氨气、氯化氢气体制氨水、盐酸。01任务一 认识吸收装置二、吸收操作的分类2.按被吸收的组分数分类①单组分吸收 混合气体中只有一个组分（溶质）被吸收进入溶液，其他组分均不溶于吸收剂的吸收操作。如空气中的氨气被水吸收即为单组分吸收。②多组分吸收 混合气体中有两个或两个以上的组分进入液相的吸收。如硫铁矿制硫酸尾气中的SO2、SO3的用氨水吸收。01任务一 认识吸收装置二、吸收操作的分类3.按过程有无温度变化分类①非等温吸收 气体溶于液体时，常常伴有热效应，若为化学吸收还会有化学热，结果是随吸收过程的进行，溶液的温度会发生变化，此类吸收为非等温吸收。常见的吸收操作大多数为非等温的。②等温吸收 在吸收过程中，若热效应很小，或被吸收的气体在气相中的浓度很低，而吸收采用了大量的吸收剂，致使温度变化不显著，均可认为是等温吸收。如硫酸工业尾气处理，采用大量稀氨水吸收尾气中的SO2、SO3的过程，即可视为等温吸收。01任务一 认识吸收装置二、吸收操作的分类4.按过程操作压力分类①常压吸收即是吸收操作在大气压下进行的吸收过程。如上述的硫酸工业尾气的处理即是常压下的吸收。②加压吸收因气体在溶液中的溶解度随压力升高而增大，故工业上大多数采用高于常压（即加压）下进行吸收操作。01任务一 认识吸收装置物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。01任务一 认识吸收装置单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热。非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。01任务一 认识吸收装置三、吸收流程的设置吸收是在吸收塔内，采用喷淋吸收剂与吸收质接触，吸收质被吸收剂吸收进入液相而完成气体分离的。常见的吸收操作在气体混合物与溶剂接触时会有一定的热效应，若吸收剂需循环使用，则要对吸收剂降温升压，所以吸收操作有多种流程设置方案。常见的操作流程有如下几种：依吸收剂与吸收质接触的方式不同有逆流操作和并流操作流程。01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置01任务一 认识吸收装置

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