吸收及解吸方案的确定和主体设备的选择电子教案

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1吸收及解吸方案的确定和主体设备的选择计划学时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方案选择主体设备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，确定吸收解吸方案，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、化工单

2、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析实

3、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：吸收解吸方案确定和主体设备的选择；教师讲授，PPT，5min2. 介绍吸收解吸在化工生产中的应用；教师讲授，PPT，10min3. 介绍吸收解吸过程案例；教师讲授，PPT，10min4. 讲解工业吸收解吸方法；教师讲授，PPT，10min5. 吸收解吸方案确定和主体设备的选择训练；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：吸收解吸方案确定和主体设备的选择的重要性及基本步骤；教师讲授，PPT，10min8. 布置下次任务：吸收解吸参数工艺参数的确定。教

4、师讲授，PPT，5min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操作分类根据吸收过程的特点，吸收操作可分为下述几种。1.物理吸收和化学吸收 在吸收过程中，如果溶暇与溶剂之间不发生明显的化学反应，可看作是气体中百溶组分单纯溶解于液相的物理过程，则称为物理吸收。用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烃等过程都属于物理吸收。如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。用硫酸吸收氨、用碱液吸收二氧化碳等过程均为化学吸收。2.单组分吸收和多组分吸收 若混合气体中只有一个组分进入液相，

5、其余组分不溶解于溶剂中，则称为单组分吸收；如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。例如，合成氨原料气中含有N2,H2,CO,CO2等几个组分，而只有CO2一个组分在高压水中有较为明显的溶解度，这种吸收过程属于单组分吸收过程；用洗油处理焦炉气时，气相中的苯、甲苯、二甲苯等几个组分都可明显地溶解于洗油中，这种吸收过程属于多组分吸收。3.等温吸收和不等温吸收 气体溶解于液体时常伴随着热效应，若进行化学吸收，还会有反应热，从而引起液相温度升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。若被吸收组分在气相中浓度很低而吸收剂的用量又相当大时，热效应很小，几乎觉察不到液相温度的升高，则可视作等温吸收。

6、如果吸收设备散热良好，能及时引出热量而维持液相温度大体不变，自然也属于等温吸收之例。4.低浓度吸收与高浓度吸收 一般说来，溶质在气液两相中浓度均不太高的吸收过程，即为低浓度吸收过程；反之若溶质在气液两相浓度都比较高，则称为高浓度吸收。高浓度气体吸收过程中，在吸收设备的不同截面上，气液两相的流量变化明显，且伴随着显著的热效应，大都属于不等温吸收过程。一般，溶剂对气体的溶解度都不会很大，所以吸收操作适用于低浓度气体混合物的分离，对高浓度气体混合物往往使之液化后再用精馏分离。例如，用空气作原料制备氧和氮（俗称“空分”）即是采用液化精馏的技术路线。吸收设备有多种类型，最常用的有填料塔与板式塔，如图2-

7、1所示。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，气液接触在填料中进行。板式塔中安装有筛孔塔板，气液两相在塔板上鼓泡进行接触。混合气体自塔底引人吸收塔，在压差作用下向上流动；吸收剂自塔顶引人，在重力作用下向下流动。吸收剂吸收了吸收质后形成的液体为吸收液或溶液自塔底引出，吸收后剩余的气体为尾气自塔顶引出。吸收的分类在化学工业生产中，常常需要从气体混合物中分离出其中一种或多种组分。例如，在合成氨工业中，为了净化原料气，用水处理原料气以除去其中的二氧化碳等。吸收操作就是分离气体混合物的一种方法。使气体溶解于液体中的操作称为吸收操作。当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，而不能溶解的

8、组分仍留在气体中，使气体混合物得以分离，吸收操作就是利用气体混合物中各组分在液体中的溶解度不同来分离气体混合物。在吸收操作中，所用的液体称为吸收剂或溶剂，被溶解的气体称为吸收质或溶质，不能溶解的气体称为惰性气体或载体。在上例中，二氧化碳是吸收质，水是吸收剂。所以吸收过程是吸收质从气相转移到液相的过程。而物质从一相转移到另一相的过程，称为传质过程。吸收就是属于传质过程的单元操作。根据吸收过程的特点，吸收操作可分为下述几种。1.物理吸收和化学吸收 在吸收过程中，如果溶暇与溶剂之间不发生明显的化学反应，可看作是气体中百溶组分单纯溶解于液相的物理过程，则称为物理吸收。用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烃等

9、过程都属于物理吸收。如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。用硫酸吸收氨、用碱液吸收二氧化碳等过程均为化学吸收。2.单组分吸收和多组分吸收 若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶解于溶剂中，则称为单组分吸收；如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。例如，合成氨原料气中含有N2,H2,CO,CO2等几个组分，而只有CO2一个组分在高压水中有较为明显的溶解度，这种吸收过程属于单组分吸收过程；用洗油处理焦炉气时，气相中的苯、甲苯、二甲苯等几个组分都可明显地溶解于洗油中，这种吸收过程属于多组分吸收。3.等温吸收和不等温吸收 气体溶解于液体时常伴随着热效应，若进行化学

10、吸收，还会有反应热，从而引起液相温度升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。若被吸收组分在气相中浓度很低而吸收剂的用量又相当大时，热效应很小，几乎觉察不到液相温度的升高，则可视作等温吸收。如果吸收设备散热良好，能及时引出热量而维持液相温度大体不变，自然也属于等温吸收之例。4.低浓度吸收与高浓度吸收 一般说来，溶质在气液两相中浓度均不太高的吸收过程，即为低浓度吸收过程；反之若溶质在气液两相浓度都比较高，则称为高浓度吸收。高浓度气体吸收过程中，在吸收设备的不同截面上，气液两相的流量变化明显，且伴随着显著的热效应，大都属于不等温吸收过程。一般，溶剂对气体的溶解度都不会很大，所以吸收操作适用于低浓度气体混

11、合物的分离，对高浓度气体混合物往往使之液化后再用精馏分离。例如，用空气作原料制备氧和氮（俗称“空分”）即是采用液化精馏的技术路线。吸收设备有多种类型，最常用的有填料塔与板式塔，如图2-1所示。填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，气液接触在填料中进行。板式塔中安装有筛孔塔板，气液两相在塔板上鼓泡进行接触。混合气体自塔底引人吸收塔，在压差作用下向上流动；吸收剂自塔顶引人，在重力作用下向下流动。吸收剂吸收了吸收质后形成的液体为吸收液或溶液自塔底引出，吸收后剩余的气体为尾气自塔顶引出。吸收剂的选择（一）吸收剂选用的依据 吸收过程是气体中的溶质溶解于吸收剂中，即通过两相之间的接触传质来实现的。吸收操作的成功

12、与否很大程度取决于吸收剂性能的优劣。评价吸收剂优劣主要依据有以下几点。 1.溶解度 吸收剂应对混合气体中的被分离组分（吸收质）有很大的溶解度，或者说在一定的温度与浓度下，吸收质的平衡分压要低。这样从平衡角度来说，处理一定量混合气体所需的溶剂量较少，气体中吸收质的极限残余亦可降低。 2.选择性 混合气体中其他组分在吸收剂中的溶解度要小，即吸收剂具有较高的选择性。 3.挥发性 在操作温度下吸收剂的蒸气压要低，因为吸收尾气往往为吸收剂蒸气所饱和，吸收剂挥发度越高，其损失量越大。 4.黏度 吸收剂在操作温度下赫度越低，其在塔内的流动性越好，有利于传质和传热。 5.再生性 吸收质在吸收剂中的溶解度应对温

13、度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压迅速上升。 6.稳定性 化学稳定性好，以免在使用过程中发生变质。 7.经济性 价廉、易得、无毒、不易燃烧、冰点低。 实际上，很难找到一种溶剂能满足所有这些要求。因此，应对可供选用的吸收剂做出技术与经济评价后，合理选用。（二）吸收剂的选用 在生产中，往往所选用的吸收剂很难满足上述的要求，这时应具体问题具体分析，抓住主要方面加以考虑。在现代化学工业中，吸收气体中的某一组分往往既可以采用物理吸收，也可以采用化学吸收，这就与吸收剂选择有密切的关系，如二氧化碳可以用水吸收，也可以用氢氧化钠溶液吸收。应说明

14、物理吸收过程是可逆的，可以释放被吸收气体；化学吸收则部分是不可逆的，碱液吸收二氧化碳变为碳酸盐就不能释放二氧化碳。一般吸收工业尾气多采用化学吸收。吸收气体的某一组分除可采用物理吸收与化学吸收外，在同一类吸收方法中，也有不同的吸收剂可供选择。例如，可用水洗二氧化碳，也可用甲醇洗二氧化碳。对于同一吸收剂也可选用不同的操作条件，例如，可采用常压水洗二氧化碳或高压水洗。这些都要和化学工艺条件以及当时当地的具体情况，结合吸收过程的设备投资费用、操作费用、工艺系统的复杂性等，综合考虑后才能做出正确的判断，以便得到技术上的可能性与经济上的合理性相统一的结果。如果吸收的目的是制取某种溶液作为成品，例如，用氯化

15、氢气体生产盐酸，溶剂只能用水，没有选择的余地。如果目的在于把一部分气体从混合物中分离出来，便应考虑选择适合的吸收剂问题。工业上的气体吸收，很多采用水作为吸收剂，难溶于水的气体才采用特殊吸收剂。例如，烃类气体的吸收采用液态烃。为了提高气体吸收的效果，也常采用与溶质气体发生化学反应的物质作为吸收剂，例如，二氧化碳的吸收可以用氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或乙醇胺溶液。填料塔结构填料塔是在圆形壳体下部设置一支承板，其上充填一定高度的填料。液体在塔顶经分布器喷洒到填料上方，靠本身重力沿填料表面形成向下流动的液膜，最后由塔底引出；气体由支承板下部进入塔内，靠压强差通过填料空隙与填料表面的液膜作连续的逆向接触进

16、行传质，最后经除沫器由塔顶排出。图2-6为填料塔结构示意图。图2-6 填料塔结构示意图1气体出口；2液体入口；3液体分布器；4壳体；5填料；6液体再分布器；7填料；8支撑栅板；9气体入口；10液体出口液体沿填料层向下流动时有向塔壁集中的倾向，使塔壁附近液流量增大，这种现象称为壁流。壁流使气、液两相在填料层内分布不均，传质效率下降，因此当填料层较高时，往往将填料分层装置，两层填料间设置液体再分布器，将上层填料流下的液体收集后再重新喷洒到下层填料层的顶部。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特

17、别适用于处理量小、有腐蚀的物料及要求压降小的场合，但不适于处理有悬浮物和易聚合的物料。填料塔附件填料塔的内件有填料、填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集与再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。1、填料支承装置填料层底部的支承板应注意避免造成阻力过大等问题。从化工要求来看，支承板应满足以下三个基本条件：支承板的自由截面积不小于填料层的自由截面积，以免气液通过时流动阻力过大，而首先在此发生液泛；足够的机械强度以支承上面填料的重量；结构易使流体均布。图2-9(a)所示为用竖扁钢组成的栅板型支承板，条间距一般为填料外径的0.6-0.7倍。使

18、用时应先铺垫小孔金属丝网或大直径带隔板环形填料。图2-9(b)所示为孔管型支承板，气体由升气管的齿缝上去，而液体由小孔或底部溢流下去。另外还有驼峰型支承板等。图2-9 填料的支承装置2.液体分布装置液体分布装置是使液体能在塔顶均匀分布于填料表面的部件。液相在塔内各个截面上的均布十分重要，填料表面能否被充分润湿将影响填料内气液两相的密切接触，从而影响塔内填料表面的有效利用率及传质效率。液体的初始分布至关重要。一般液体分布装置应具备以下条件：与填料相匹配的液体均布点；操作弹性大，适应性好；为气体提供尽可能大的自由截面；结构合理，便于制造、安装、调整和检修。分布装置的结构形式很多，下面介绍几种常用的

19、分布装置。(1)管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其结构简单，供气体流动的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器使用十分广泛，多用于中等以下液体负荷的填料塔。管式液体分布器有排管式、环管式等不同形状，如图2-10（a）、（b）所示。(2)莲蓬式分布器如图2-10(d)所示，它具有一半圆球形外壳，在壳壁上有许多可供液体喷洒的小孔，小孔大多以同心圆排列。液体由泵或高位槽以一定的压力流人，然后由小孔分股喷出。这种分布器结构简单，适用于直径600mm以下的塔。小孔易堵塞，一般较少应用。图2-10 液体分布装置(3)盘式分布器又有筛孔及盘式两种。如图2-10(e)、(f)所示

20、，该分布器将液体加在分布盘上，经盘上的筛孔或溢流管再均匀喷洒到整个塔截面上。(4)其他形式还有一些其他形式的分布器，例如，图2-10（c）所示为槽式分布器，通过槽底开孔的分流槽将液体初分为若干流股，分别加人其下方的分布槽，再经槽底、壁上的孔、导管将液体均布于填料层上。图2-13（g）所示为槽盘式分布器，为新型液体分布器，它集槽式及盘式分布器的优点，兼有集液、分液及分气三种作用。3、液体再分布器除塔顶液体的分布之外，填料层中液体的再分布是填料塔中的一个重要问题。往往会发现，在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料得不到好的润湿，形成所谓“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此