气体吸收操作

模块六气体吸收操作《化工单元操作》项目1认识气体吸收装置问题：酸雨是怎样形成的？怎样净化含污染物的尾气？以上问题可以用吸收解决之。吸收是分离气体混合物的操作，如用水吸收氨气制取氨水，工业废气中SO2等有害气体的处理，均为吸收操作。本项目来认识气体吸收装置。实训任务：认识气体吸收装置实训过程观察吸收塔主体——观察填料类型——观察进气系统——观察尾气测定系统——观察仪表及调节系统检查评价自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、吸收塔1．填料塔结构问题1．填料塔的结构是怎样的？各部件起什么作用？A型和B型填料塔有什么区别？塔体、支座液体进出口、液体分布器、再分布器、液体收集器填料、填料压板、填料支承板气体进口、气体出口自学、讨论2．填料•散装填料（乱堆填料、颗粒填料）（a）鲍尔环（b）梯形环（c）矩鞍填料（d）环鞍形填料（e）球形填料（a）格栅填料（b）金属丝网波纹填料（c）陶瓷波纹填料•规整填料•填料的特性比表面积，a，单位为m2/m。比表面积越大，气、液分布越均匀，传质效率越高。空隙率，ε，单位为m3/m3。空隙率越大，结构越开敞，通量越大，气体通过的能力越大且压降低。填料因子，a/ε3，单位为1/m。填料因子值越小，表明流动阻力越小。几种填料的综合评价见表6-2。波纹填料最好，金属鞍环填料次之。3.填料支承板支承塔内的填料，同时又能保证气、液两相顺利通过。栅板气体喷射式支承板4.液体分布器作用是将液体均匀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150～300mm。（a）槽盘式（b）齿槽式（c）喷洒式分布器喷嘴（d）排管式5.液体再分布器作用：改善壁流的情况。多孔盘式再分布器6.除沫器作用：除去填料层顶部逸出气体中的液滴。安装在喷淋装置上方。丝网除沫器1．吸收的概念问题2．吸收是怎么回事？解吸又是怎么回事？问题3．吸收剂、吸收质和惰性气分别是指什么？自学、讨论二、吸收基础知识2.吸收操作的应用（1）制取溶液。（2）分离气体混合物。（3）除去气体中有害的杂质。（4）回收气体混合物中有用组分，以综合利用，保护环境。问题4．以煤气脱苯为例，说明吸收操作的流程自学、讨论3.吸收过程的分类按吸收过程有无化学反应分：物理吸收、化学吸收按被吸收的组分数目分：单组分吸收、多组分吸收按吸收过程有无温度变化分：等温吸收、非等温吸收按吸收过程的操作压力分：常压吸收、加压吸收1．亨利定律在总压不高、温度一定的条件下，气、液两相达到平衡状态时，稀溶液上方溶质的平衡分压与溶解度之间成正比。三、吸收原理*AApEx*AAymx*AAYmX2.吸收过程的推动力当YA＞或XA＜、pA＞时，为吸收过程；当YA=或XA=、pA=时，为平衡状态；当YA＜或XA＞、pA＜时，为解吸过程。*AAYYY*AAXXX*AX*AX*AX*AY*AY*AY*Ap*Ap*Ap3．吸收机理——双膜理论双膜理论的基本要点：（1）气、液两相界面两侧存在两个很薄的流体膜——气膜和液膜。（2）界面上不存在传质阻力，在气、液两相主体中也没有传质阻力，阻力集中在两膜层中。吸收过程简化成为经过气、液两膜的分子扩散过程，吸收过程的推动力主要来源于气相的分压差和液相的浓度差。4．吸收速率•单位时间内通过单位传质面积的吸收质的量。•吸收速率与传质推动力成正比，与传质阻力成反比。•对易溶气体，阻力主要集中在气膜内，为“气膜控制”。•对难溶气体，阻力主要集中在液膜内，为“液膜控制”。•要提高吸收速率，可以从以下几方面来考虑：（1）减小双膜厚度（2）增大吸收推动力（3）增大气、液相接触面积【作业】复习题，计算题，问答题：1．吸收操作与蒸馏操作有什么异同点？2．吸收过程的双膜理论有什么局限性？怎样根据双膜理论来控制吸收操作条件？项目2填料塔流体力学特性的测定问题：怎样评价填料塔性能的优劣？是不是只能在实际操作中评价？通过测定填料塔流体力学性能，可以评价填料塔性能的好坏，进一步指导生产。实训任务：测定填料塔流体力学性能实训过程检查准备——开动供水系统——开动空气系统——观察拦液现象——观察液泛现象——正式测定——绘制曲线检查评价自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、填料塔的流体力学性能1．填料层的持液量一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以m3液体/m3填料表示。持液量小则气体流通阻力小，到载点后，持液量随气速的增加而增加。适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的。但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。2．填料层的压降•在逆流操作填料塔中，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。•在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；•在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。（1）恒持液量区（2）载液区：拦液，载点（3）液泛区：液泛，泛点图6-14填料层的-u关系示意图pZ3.液泛气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏。气体密度越小，液体的密度越大、黏度越小，则泛点气速越大。操作的液气比越大，则在一定气速下液体喷淋量越大，填料层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速越小。1．全塔物料衡算二、吸收计算qn，V——惰性气的摩尔流量，kmol/h；qn，L——吸收剂的摩尔流量，kmol/h；Y1，Y2——分别为进塔、出塔气相中吸收质的摩尔比；X1，X2——分别为出塔和进塔液相中吸收质的摩尔比。V,Y1mV,Y2YL,X1XmL,X2求得塔底排出吸收液的组成X1n,V1n,L2n,V2n,L1qYqXqYqXn,V12n,L12()()qYYqXX211YY【例6-1】用水作吸收剂，回收空气和丙酮蒸气混合气中的丙酮。已知混合气中丙酮蒸气的体积分数为6%，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，要求丙酮的回收率达98%。若吸收剂用量为3m3/h，试问吸收塔溶液出口含量为多少？解：按题意，先将组成换算成摩尔比塔底：塔顶：入塔空气流量：kmol/h吸收剂用量：kmol/h根据全塔物料衡算式溶液出口含量为kmol丙酮/kmol水1110.060.0638110.06yYy21(198%)0.06380.020.00128YY20Xn,V101.3140058.228.314293qn,L31000166.718qn,V12n,L12()()qYYqXX,V1212()58.22(0.06380.00128)00.0218166.7nqYYXXL2．操作线方程在m-m截面与塔底间做物料衡算，得,V1,L,V,L1+=+nnnnqYqXqYqX,L,L11,V,V()nnnnqqYXYXqq在m-m截面与塔顶间做物料衡算，得,V,L2,V2,LnnnnqYqXqYqX,L,L22,V,V()nnnnqqYXYXqq曲线OE为平衡线，BT为操作线。操作线离平衡线越远，推动力越大。操作线斜率/称为“液气比”图6-16逆流吸收塔操作线,L12,V12nnqYYqXX3．吸收剂的用量吸收剂量减少，吸收推动力变小，设备费用增大。增大吸收剂用量，吸收过程推动力增大，吸收剂消耗量、输送及回收等操作费用急剧增加。一般取吸收剂用量为最小用量的1.1～2.0倍。（1）吸收剂用量对操作线的影响最小液气比（/）min最小吸收剂用量,Lnq,Vnq,Lminnq【例6-2】在填料塔中，用清水吸收空气和氨混合物中的氨，要求回收率为95.5%。每小时送入的混合气体量为1400kg，混合气体的总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。实际吸收剂用量为最小耗用量的2倍，操作温度下的平衡关系为。求每小时送入塔顶的清水量及吸收液含量X1。解：已知先将分压换算为摩尔比根据吸收率的定义气相中氨的摩尔分数混合气体中惰性气体的量为kmol/h由于气液相平衡关系为，则最小吸收剂用量kmol/h实际吸收剂用量kmol/hm3/h吸收液中氨含量A1.333kPap0.9950.75m101.3kPap20XA1A1.3330.0133101.31.333pYpp21(1)0.013310.9950.0000665YY11.3330.0132101.33y,V1400(10.0131)47.6429nq,Lmin,V47.640.750.99535.55nnqqm,L,Lmin2235.5571.10nnqq,L1871.141.281000nq,V1122,L47.64(0.01330.0000665)00.0088671.10nnqX(YY)Xq4．填料层高度完成指定的吸收任务必须有足够的填料高度。影响填料层高度的因素有两流体的流向，吸收剂进塔含量及其最高允许含量，吸收剂用量，塔内返混情况，以及吸收剂是否再循环等。【作业】复习题，计算题：6-2，6-3项目3填料吸收塔的操作工业上吸收操作最常用的是填料塔。本项目学习填料塔的操作，学会判断与处理吸收塔操作过程中的常见故障，并对填料吸收塔进行维护保养。实训任务：填料吸收塔操作实训过程检查准备——开车——正常操作——测定吸收尾气——不正常操作与调整——临时停车——长期停车检查评价自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、吸收塔操作1．吸收操作中，在选择吸收剂时主要从哪些方面进行考虑？2．吸收塔操作的主要控制因素有哪些？分别应该怎样控制？操作温度，操作压力，吸收剂用量，吸收剂中吸收质浓度，气流速度，液位3．仔细阅读表6-4，分析吸收塔操作常见故障有哪些？应怎样处理？自学、讨论1．解吸的概念解吸与吸收相反，是将已被吸收的吸收质气体从液相脱吸，重新返回垤气相的过程。解吸的目的有两个：一是获得所需较纯的气体溶质；二是使溶剂得以再生，返回吸收塔循环使用，节省操作费用。二、解吸2.解吸操作提高温度、降低操作压力均有利于解吸。因此解吸过程中常将溶液加热，并常在减压下进行。解吸方法：（1）惰性气体解吸法（2）水蒸气解吸法【作业】复习题