2023学年完整公开课版认识吸收塔

模块六

吸收技术01任务一认识吸收装置

3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。4

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。5化学实验中的应用工业中的应用6

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7

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8

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9

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10能力目标学习要求与目标1.具有识别与判断的吸收塔类型与结构能力。2.具有根据工艺要求选择填料与附件的能力。知识目标1.掌握填料塔的结构与特点。2.掌握填料的类型、特点以及适用范围。3.掌握填料塔的附件设施。素质目标1.培养诚实守信、团结协作、爱岗敬业精神；2.培养安全、环保、健康生产意识；3.培养严谨的工作态度及质量意识，具备工程管理能力；4.培养分析问题和解决问题的能力；5.创新能力培养等。子任务1认识吸收塔01任务一认识吸收装置子任务1

认识吸收塔11

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12

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1301任务一认识吸收装置14

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152.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16

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171.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18

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192.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2001任务一认识吸收装置2101任务一认识吸收装置2201任务一认识吸收装置2301任务一认识吸收装置24三、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251.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2601任务一认识吸收装置2701任务一认识吸收装置282.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29

（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30

（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3101任务一认识吸收装置3201任务一认识吸收装置33管式液体分布器01任务一认识吸收装置34槽式液体分布器01任务一认识吸收装置35槽盘式液体分布器01任务一认识吸收装置363.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3701任务一认识吸收装置38

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3901任务一认识吸收装置4001任务一认识吸收装置41斜板式液体收集器01任务一认识吸收装置4201任务一认识吸收装置43

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4401任务一认识吸收装置4501任务一认识吸收装置466.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