模塊6 氣體吸收操作

1、模塊六 氣體吸收操作化工單元操作項(xiàng)目項(xiàng)目1 認(rèn)識氣體吸收裝置認(rèn)識氣體吸收裝置 問題：酸雨是怎樣形成的？ 怎樣凈化含污染物的尾氣？以上問題可以用吸收解決之。 吸收是分離氣體混合物的操作，如用水吸收氨氣制取氨水，工業(yè)廢氣中SO2等有害氣體的處理，均為吸收操作。 本項(xiàng)目來認(rèn)識氣體吸收裝置。 實(shí)訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識氣體吸收裝置 實(shí)訓(xùn)過程觀察吸收塔主體觀察填料類型觀察進(jìn)氣系統(tǒng)觀察尾氣測定系統(tǒng)觀察儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng) 檢查評價自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。 一、吸收塔一、吸收塔1填料塔結(jié)構(gòu)問題1填料塔的結(jié)構(gòu)是怎樣的？各部件起什么作用？A型和B型填料塔有什么區(qū)別？ 塔體、支座液體進(jìn)出口、

2、液體分布器、再分布器、液體收集器填料、填料壓板、填料支承板氣體進(jìn)口、氣體出口 自學(xué)、討論2填料散裝填料（亂堆填料、顆粒填料） （a）鮑爾環(huán) （b）梯形環(huán) （c）矩鞍填料 （d）環(huán)鞍形填料 （e）球形填料 （a）格柵填料 （b）金屬絲網(wǎng)波紋填料 （c）陶瓷波紋填料 規(guī)整填料 填料的特性比表面積，a，單位為m2/m。比表面積越大，氣、液分布越均勻，傳質(zhì)效率越高?？障堵剩瑔挝粸閙3/m3。空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，通量越大，氣體通過的能力越大且壓降低。填料因子，a/3，單位為1/m。填料因子值越小，表明流動阻力越小。幾種填料的綜合評價見表6-2。波紋填料最好，金屬鞍環(huán)填料次之。 3. 填料支承板 支承

3、塔內(nèi)的填料，同時又能保證氣、液兩相順利通過。柵板 氣體噴射式支承板 4. 液體分布器 作用是將液體均勻地分布在填料表面上，提高填料表面的有效利用率。其位置通常高于填料表面150300mm。（a）槽盤式 （b）齒槽式 （c ）噴灑式分布器噴嘴 （d）排管式 5. 液體再分布器作用：改善壁流的情況。 多孔盤式再分布器 6. 除沫器 作用：除去填料層頂部逸出氣體中的液滴。安裝在噴淋裝置上方。絲網(wǎng)除沫器 1吸收的概念問題2吸收是怎么回事？解吸又是怎么回事？問題3吸收劑、吸收質(zhì)和惰性氣分別是指什么？ 自學(xué)、討論二、吸收基礎(chǔ)知識二、吸收基礎(chǔ)知識2. 吸收操作的應(yīng)用（1）制取溶液。（2）分離氣體混合物。（3

4、）除去氣體中有害的雜質(zhì)。（4）回收氣體混合物中有用組分，以綜合利用，保護(hù)環(huán)境。問題4以煤氣脫苯為例，說明吸收操作的流程 自學(xué)、討論3. 吸收過程的分類 按吸收過程有無化學(xué)反應(yīng)分：物理吸收、化學(xué)吸收按被吸收的組分?jǐn)?shù)目分：單組分吸收、多組分吸收按吸收過程有無溫度變化分：等溫吸收、非等溫吸收按吸收過程的操作壓力分：常壓吸收、加壓吸收 1亨利定律 在總壓不高、溫度一定的條件下，氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)時，稀溶液上方溶質(zhì)的平衡分壓與溶解度之間成正比。三、吸收原理三、吸收原理*AApEx*AAymx*AAYmX2. 吸收過程的推動力 當(dāng)YA 或XA 、pA 時，為吸收過程；當(dāng)YA= 或XA= 、pA= 時，

5、為平衡狀態(tài)；當(dāng)YA 或XA 、pA 時，為解吸過程。 *AAYYY*AAXXX*AX*AX*AX*AY*AY*AY*Ap*Ap*Ap3吸收機(jī)理雙膜理論 雙膜理論的基本要點(diǎn)：（1）氣、液兩相界面兩側(cè)存在兩個很薄的流體膜氣膜和液膜。（2）界面上不存在傳質(zhì)阻力，在氣、液兩相主體中也沒有傳質(zhì)阻力，阻力集中在兩膜層中。 吸收過程簡化成為經(jīng)過氣、液兩膜的分子擴(kuò)散過程，吸收過程的推動力主要來源于氣相的分壓差和液相的濃度差。 4吸收速率 單位時間內(nèi)通過單位傳質(zhì)面積的吸收質(zhì)的量。吸收速率與傳質(zhì)推動力成正比，與傳質(zhì)阻力成反比。對易溶氣體，阻力主要集中在氣膜內(nèi)，為“氣膜控氣膜控制制”。對難溶氣體，阻力主要集中在液膜

6、內(nèi)，為“液膜控液膜控制制”。要提高吸收速率，可以從以下幾方面來考慮：（1）減小雙膜厚度（2）增大吸收推動力（3）增大氣、液相接觸面積【作業(yè)】【作業(yè)】復(fù)習(xí)題，計(jì)算題，問答題：1吸收操作與蒸餾操作有什么異同點(diǎn)？ 2吸收過程的雙膜理論有什么局限性？怎樣根據(jù)雙膜理論來控制吸收操作條件？ 項(xiàng)目項(xiàng)目2 填料塔流體力學(xué)特性的測定填料塔流體力學(xué)特性的測定 問題：怎樣評價填料塔性能的優(yōu)劣？ 是不是只能在實(shí)際操作中評價？ 通過測定填料塔流體力學(xué)性能，可以評價填料塔性能的好壞，進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)。 實(shí)訓(xùn)任務(wù)：測定填料塔流體力學(xué)性能 實(shí)訓(xùn)過程檢查準(zhǔn)備開動供水系統(tǒng)開動空氣系統(tǒng)觀察攔液現(xiàn)象觀察液泛現(xiàn)象正式測定繪制曲線 檢查評

7、價自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。 一、填料塔的流體力學(xué)性能一、填料塔的流體力學(xué)性能1 1填料層的持液量填料層的持液量 一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以m3液體/m3填料表示。持液量小則氣體流通阻力小，到載點(diǎn)后，持液量隨氣速的增加而增加。 適當(dāng)?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的。但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。 2填料層的壓降填料層的壓降 在逆流操作填料塔中，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。

8、 （1）恒持液量區(qū) （2）載液區(qū)：攔液，載點(diǎn)（3）液泛區(qū)：液泛，泛點(diǎn) 圖6-14 填料層的 -u關(guān)系示意圖 pZ3.液泛液泛 氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐?。 氣體密度越小，液體的密度越大、黏度越小，則泛點(diǎn)氣速越大。操作的液氣比越大，則在一定氣速下液體噴淋量越大，填料層的持液量增加而空隙率減小，故泛點(diǎn)氣速越小。 1全塔物料衡算全塔物料衡算 二、吸收計(jì)算二、吸收計(jì)算qn，V惰性氣的摩爾流量，kmol/h；qn，L吸收劑的摩爾流量，kmol/h；Y1，Y2分別為進(jìn)塔、出塔氣相中吸收質(zhì)的摩爾比； X1，X2分別為出塔和進(jìn)塔液相中吸收質(zhì)的摩爾

9、比。 V,Y1mV,Y2YL,X1XmL,X2求得塔底排出吸收液的組成X1 n,V 1n,L2n,V2n,L1qYqXqYqXn,V12n,L12()()qYYqXX211YY 【例6-1】用水作吸收劑，回收空氣和丙酮蒸氣混合氣中的丙酮。已知混合氣中丙酮蒸氣的體積分?jǐn)?shù)為6%，所處理的混合氣中的空氣量為1400m3/h，操作在293K和101.3kPa下進(jìn)行，要求丙酮的回收率達(dá)98%。若吸收劑用量為3m3/h，試問吸收塔溶液出口含量為多少？解： 按題意，先將組成換算成摩爾比塔底：塔頂： 入塔空氣流量： kmol/h吸收劑用量： kmol/h根據(jù)全塔物料衡算式 溶液出口含量為 kmol丙酮/kmo

10、l水 1110.060.063811 0.06yYy21(1 98%)0.0638 0.020.00128YY20X n,V101.3 140058.228.314 293qn,L3 1000166.718qn,V12n,L12()()qYYqXX,V1212()58.22 (0.06380.00128)00.0218166.7nqYYXXL2 2操作線方程操作線方程 在m-m截面與塔底間做物料衡算，得 ,V1,L,V,L1+=+nnnnqYqX qY qX,L,L11,V,V()nnnnqqYXYXqq在m-m截面與塔頂間做物料衡算，得 ,V,L2,V2,LnnnnqYqXqYqX,L,L2

11、2,V,V()nnnnqqYXYXqq曲線OE為平衡線，BT為操作線。操作線離平衡線越遠(yuǎn)，推動力越大。 操作線斜率/稱為“液氣比”圖6-16 逆流吸收塔操作線 ,L12,V12nnqYYqXX3 3吸收劑的用量吸收劑的用量 吸收劑量減少，吸收推動力變小，設(shè)備費(fèi)用增大。增大吸收劑用量，吸收過程推動力增大，吸收劑消耗量、輸送及回收等操作費(fèi)用急劇增加。 一般取吸收劑用量為最小用量的1.12.0倍。 （1）吸收劑用量對操作線的影響 最小液氣比（ / ）min最小吸收劑用量,Lnq,Vnq,Lminnq【例6-2】 在填料塔中，用清水吸收空氣和氨混合物中的氨，要求回收率為95.5%。每小時送入的混合氣體

12、量為1400kg，混合氣體的總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333kPa。實(shí)際吸收劑用量為最小耗用量的2倍，操作溫度下的平衡關(guān)系為。求每小時送入塔頂?shù)那逅考拔找汉縓1 。 解：已知先將分壓換算為摩爾比 根據(jù)吸收率的定義 氣相中氨的摩爾分?jǐn)?shù) 混合氣體中惰性氣體的量為 kmol/h由于氣液相平衡關(guān)系為，則最小吸收劑用量 kmol/h實(shí)際吸收劑用量 kmol/h m3/h吸收液中氨含量A1.333kPap 0.9950.75m 101.3kPap 20X A1A1.3330.0133101.3 1.333pYpp21(1)0.013310.9950.0000665YY11.3330.

13、0132101.33y ,V1400(10.0131)47.6429nq,Lmin,V47.640.75 0.99535.55nnqqm,L,Lmin22 35.5571.10nnqq,L1871.141.281000nq,V1122,L47.64(0.0133 0.0000665)00.0088671.10nnqX(YY )Xq 4 4填料層高度填料層高度 完成指定的吸收任務(wù)必須有足夠的填料高度。 影響填料層高度的因素有兩流體的流向，吸收劑進(jìn)塔含量及其最高允許含量，吸收劑用量，塔內(nèi)返混情況，以及吸收劑是否再循環(huán)等。 【作業(yè)】【作業(yè)】復(fù)習(xí)題，計(jì)算題：6-2，6-3 項(xiàng)目項(xiàng)目3 填料吸收塔的操作填料吸收塔的操作 工業(yè)上吸收操作最常用的是填料塔。本項(xiàng)目學(xué)習(xí)填料塔的操作，學(xué)會判斷與處理吸收塔操作過程中的常見故障，并對填料吸收塔進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。 實(shí)訓(xùn)任務(wù)：填料吸收塔操作 實(shí)訓(xùn)過程檢查準(zhǔn)備開車正常操作測定吸收尾氣不正常操作與調(diào)整臨時停車長期停車 檢查評價自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。 一、吸收塔操作一、吸收塔操作 1吸收操作中，在選擇吸收劑時主要從哪些方面進(jìn)行考慮？ 2吸收塔操作的主要控制因素有哪些？分別應(yīng)該怎樣控制？ 操作溫度，操作壓力，吸收劑用量，吸收劑中吸收質(zhì)濃度，氣流速度，液位 3仔細(xì)閱讀表6