吸收技术-认识吸收过程

Contents目1

认识气体吸收过程2认识填料吸收塔3吸收基础知识4吸收工艺条件的确定录化工单元操作技术吸收技术5填料吸收塔的设计与计算化工单元操作技术吸收技术吸收塔混合气体溶液尾气吸收剂吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。利用混合气体中各组分在液体中溶解度的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。认识吸收过程化工单元操作技术吸收技术

气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。化工单元操作技术吸收技术3、吸收剂的再生循环使用。吸收塔解吸塔必须解决的问题：1、选择合适的吸收剂；2、提供合适的气液传质设备；

一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。一、工业吸收过程化工单元操作技术吸收技术吸收质或溶质：混合气体中的溶解组分，以A表示。惰性气体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。吸收过程在吸收塔中进行。逆流操作吸收塔示意图如右所示。吸收塔混合尾气(A+B)吸收液(A+S)吸收剂(S)吸收尾气(A+B)化工单元操作技术吸收技术除去有害组分以净化或精制气体制备某种气体的溶液回收混合气体中的有用组分废气治理，保护环境吸收在工业生产中的应用实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。化工单元操作技术吸收技术在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：（1）溶解度；（2）选择性；（3）溶解度对操作条件的敏感性；（4）挥发度；（5）黏性；（6）化学稳定性；（7）腐蚀性；（8）其它等要求。

吸收剂的选用

化工单元操作技术吸收技术吸收过程的分类1．物理吸收和化学吸收在吸收过程中溶质与溶剂不发生显著化学反应，称为物理吸收。如果在吸收过程中，溶质与溶剂发生显著化学反应，则此吸收操作称为化学吸收。2．单组分吸收与多组分吸收在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分被吸收，其余组分可认为不溶于吸收剂，则称之为单组分吸收；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。化工单元操作技术吸收操作技术3．等温吸收与非等温吸收若热效应很小，或被吸收的组分在气相中的浓度很低，而吸收剂用量很大，液相的温度变化不显著，则可认为是等温吸收。若吸收过程中发生化学反应，其反应热很大，液相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。4．低浓度吸收与高浓度吸收被吸收的数量多时，称为高浓度吸收；反之，吸收称为低浓度吸收。对于低浓度吸收，可认为气液两相流经吸收塔的流率为常数，因溶解而产生的热效应很小，引起的液相温度变化不显著，故低浓度的吸收可视为等温吸收。本章重点研究低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。Contents目1

认识气体吸收过程2认识填料吸收塔3吸收基础知识4吸收工艺条件的确定录化工单元操作技术吸收技术5填料吸收塔的设计与计算化工单元操作技术吸收操作技术（1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。（2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。（3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。（4）适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。（5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。（6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时间短。（7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小时，填料表面不能和好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，则易产生液泛。（8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。填料塔的结构与特点认识填料吸收塔

化工单元操作技术吸收操作技术填料特性1.比表面积

单位体积填料层所具有的表面积2.空隙率

单位体积填料层所具有的空隙体积3.填料因子

有液体喷淋条件下实测的

/

34.单位堆积体积的填料数目填料尺寸

，数目

化工单元操作技术吸收操作技术填料塔的附件3.常用的几种填料①拉西环(Raschingring)：拉西环是工业上最早使用的一种填料，为外径与高度相等的圆环，通常由陶瓷或金属材料制成。拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严重的向壁偏流和沟流现象，致使传质效率低。而且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西环。拉西环

环化工单元操作技术吸收操作技术②鲍尔环(pallring)：鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口，窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善，尤其是环的内表面得到充分利用。与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少25%，生产能力提高10%。塑料鲍尔环填料改型鲍尔环填料化工单元操作技术吸收操作技术④弧鞍型：表面全部敞口，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流动呈弧形，气体阻力小。但两面对称有重叠现象，容易产生沟流。强度差，易破碎。应用较少。⑤矩鞍型：矩鞍形填料结构不对称，堆积时不重叠，均匀性更高。该填料气流阻力小，处理能力大，性能虽不如鲍尔环好，但构造简单，是一种性能优良的填料。瓷质弧鞍填料聚丙烯矩鞍填料化工单元操作技术吸收操作技术⑥环矩鞍：兼具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过，减少了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多，使气液分布更加均匀，传质效率得以提高。一般采用金属材质，机械强度高。金属环矩鞍填料⑦球型：球体为空心，气体和液体从其内部经过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应用较少。多面空心球填料化工单元操作技术吸收操作技术⑧格栅填料：以条状单元体经一定规则组合而成，其结构随条状单元体的形式和组合规则而变，具有多种结构形式。特点是比表面积较低，主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。木格栅填料格里奇格栅填料化工单元操作技术吸收操作技术⑨波纹填料：波纹填料是由许多层波纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，搭配组合成圆盘状，填料波纹与水平方向成45°倾角，相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内，相邻两圆盘的波纹薄片方向互成90°角。波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹填料和网波纹填料。波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型化方向发展。金属丝网波纹填料金属孔板波纹填料化工单元操作技术吸收操作技术⑩脉冲填料：是由带缩颈的中空棱柱形单体，按一定方式拼装而成的一种规则填料。脉冲填料组装后，会形成带锁颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动，在缩颈处，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质，在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏，大塔径场合。化工单元操作技术吸收操作技术填料支承装置化工单元操作技术吸收操作技术2.填料压紧装置安装在填料层上端。作用是保持填料层为一高度固定的床层，从而保持均匀一致的空隙结构，使操作正常、稳定，防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下，填料层发生松动或跳动。分为：填料压板。自由放置于填料上端，靠自身重量将填料压紧。适用于陶瓷、石墨材质的散装填料。床层限制板。固定在填料上端。填料压紧栅板填料压紧网板905型金属压板化工单元操作技术吸收操作技术3.液体分布装置填料塔操作要求液体沿同一塔截面均匀分布。为使液流分布均匀，液体在塔顶的初始分布须均匀。经验表明，对塔径为0.75m以上的塔，每平方米塔横截面上应有40～50个喷淋点；对塔径在0.75m以下的塔，喷淋点密度集至少应为160个/m2塔截面。化工单元操作技术吸收操作技术4.液体收集及再分布装置作用是减小壁流现象。壁流现象：在乱堆填料层内存在的液体逐渐流向塔壁的现象。化工单元操作技术吸收操作技术5.除沫装置当塔内操作气速较大或液沫夹带现象严重时，可在液体分布器的上方设置除沫装置，主要用途是除去出口气流中的液滴。化工单元操作技术吸收操作技术除沫装置化工单元操作技术吸收操作技术填料塔的流体力学性能当液体自塔顶向下借重力在填料表面作膜状流动时，膜内平均流速决定于流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料表面，及液膜与上升气流之间的摩擦。液膜厚度不仅取决于液体流量，而且与气体流量有关。气量，液膜厚度，填料内的持液量。化工单元操作技术吸收操作技术线A:气体通过干填料层时，压力降与空塔气速的关系，为直线线B:有液体喷淋，液体量小线C:有液体喷淋，液体量大化工单元操作技术吸收操作技术u较低（点L以下）:线与A线大致平行。u

，

P

，液体下流与流速无关u大于uL以后：线斜率增大，上升气流开始阻碍液体顺利下流，

P

u大于uF以后：

P与u成垂直关系，表明上升气体足以阻止液体下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶，发生液泛。以线B为例:化工单元操作技术吸收操作