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吸收操作技术知识目标：了解吸收装置的结构和特点；理解.DOC 38页
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吸收操作技术知识目标：了解吸收装置的结构和特点；理解.DOC
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吸收操作技术
知识目标：
●了解吸收装置的结构和特点；
●理解吸收单元操作基本概念、吸收传质机理、相平衡与吸收的关系；
●掌握吸收操作计算；
能力目标：
●能正确选择吸收操作的条件，对吸收过程进行正确的调节控制;
●能进行吸收装置的正常开停车操作和事故处理。
工业生产中常常会遇到均相气体混合物的分离问题。为了分离混合气体中的各组分，通常将混合气体与选择的某种液体相接触，气体中的一种或几种组分便溶解于液体内而形成溶液，不能溶解的组分则保留在气相中，从而实现了气体混合物分离的目的。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合的操作称为吸收。吸收过程是溶质由气相转移到液相的相际传质过程，那么，溶质是如何在相际间转移的，转移的方向、速率如何；用什么设备实现吸收操作；影响吸收过程的因素有哪些；怎样对吸收设备进行正确的操作调节等等，这些问题将在这一章分别进行讨论。
吸收塔的结构及应用
吸收过程通常在吸收塔中进行。为了使气液两相充分接触，可以采用板式塔和填料塔。一个工业吸收过程一般包括吸收和解吸两个部分。解吸是吸收的逆过程，就是将溶质从吸收后的溶液中分离出来。通过解吸可以回收气体溶质，并实现吸收剂的再生循环使用。
一、工业吸收过程
图4-1以合成氨生产中CO2气体的净化为例，说明吸收与解吸联合操作的流程。
合成氨原料气（含CO230％左右）从底部进入吸收塔，塔顶喷入乙醇胺溶液。气、液逆流接触传质，乙醇胺吸收了CO2后从塔底排出，从塔顶排出的气体中CO2含量可降至0.5％以下。将吸收塔底排出的含CO2的乙醇胺溶液用泵送至加热器，加热到130℃左右后从解吸塔顶喷淋下来，与塔底送入的水蒸汽逆流接触，CO2在高温、低压下自溶液中解吸出来。从解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的含少量CO2的乙醇胺溶液经冷却降温至50℃左右，经加压仍可作为吸收剂送入吸收塔循环使用。
图4-1 吸收与解吸流程
由此可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决以下问题：
（1）选择合适的吸收剂，选择性的溶解某个（或某些）被分离组分；
（2）选择适当的传质设备以实现气液两相接触，使溶质从气相转移至液相；
（3）吸收剂的再生和循环使用。
吸收操作中，能够溶解的组分称为吸收质或溶质，以A表示；不被吸收的组分称为惰性组分或载体，以B表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；吸收所得到的溶液称为吸收液，其主要成分为溶剂S和溶质A；吸收排出的气体称为吸收尾气，其主要成分是惰性气体B和残余的少量溶质A。
二、吸收在工业生产中的应用
吸收操作在化工生产中的主要用途为：
（1）净化或精制气体
例如用水或碱液脱出合成氨原料气中的二氧化碳，用丙酮脱出石油裂解气中的乙炔等。
（2）制备某种气体的溶液
例如用水吸收二氧化氮制造硝酸，用水吸收氯化氢制取盐酸，用水吸收甲醛制备福尔马林溶液等。
（3）回收混合气体中的有用组分
例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨，用洗油处理焦炉气以回收其中的苯、二甲苯等，用液态烃处理石油裂解气以回收其中的乙烯、丙稀等，
（4）废气治理，保护环境
工业废气中含有SO2、NO、NO2、H2S等有害气体，直接排入大气，对环境危害很大。可通过吸收操作使之净化，变废为宝，综合利用。
三、填料塔的结构与特点
（一）填料塔的结构与特点
1、填料塔的结构
填料塔由塔体、填料、液体分布装置、填料压紧装置、填料支承装置、液体再分布装置等构成。如图4-2所示。
填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒在塔截面上并沿填料表面呈膜状下流。当塔较高时，由于液体有向塔壁面偏流的倾向，使液体分布逐渐变得不均匀，因此经过一定高度的填料层以后，需要液体再分布装置，将液体重新均匀分布到下段填料层的截面上，最后从塔底排出。
气体自塔下部经气体分布装置送入，通过填料支承装置在填料缝隙中的自由空间上升并与下降的液体接触，最后从塔顶排出。为了除去排出气体中夹带的少量雾状液滴，在气体出口处常装有除沫器。
填料层内气液两相呈逆流接触，填料的润湿表面即为气液两相的主要传质表面，两相的组成沿塔高连续变化。
2、填料塔的特点
与板式塔相比，填料塔具有以下特点：
（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
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课程设计题目:教学院:专业:学号:学生姓名:指导教师:年月日课程设计任务书~学年第学期学生姓名:专业班级:指导教师:工作部门:一、课程设计题目填料吸收塔的设计二、工艺条件.煤气中含苯%(摩尔分数),煤气分子量为;.生产能力:每小时处理含苯煤气m,连续操作;.吸收塔底溶液含苯≥.%(质量分数);.吸收回收率≥%;.吸收剂为洗油:分子量,相对密度.;.吸收操作条件为:atm、℃;解吸操作条件为:atm、℃;.冷却水进口温度&℃,出口温度≤℃。.吸收塔汽-液平衡y*=.x;解吸塔汽-液平衡为y*=.x;.解吸气流为过热水蒸气,经解吸后的液体直接用作吸收剂,正常操作下不再补充新鲜吸收剂过程中热效应忽略不计;.年工作日及填料类型:自选。三、课程设计内容.设计方案的选择及流程说明;.工艺计算;.主要设备工艺尺寸设计;()塔径的确定;()填料层高度计算;()总塔高、总压降及接管尺寸的确定。.辅助设备选型与计算。四、进度安排.课程设计准备阶段:收集查阅资料,并借阅相关工程设计用书;.设计分析讨论阶段:确定设计思路,正确选用设计参数,树立工程观点,小组分工协作,较好完成设计任务;.计算设计阶段:完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算;.课程设计说明书编写阶段:整理文字资料计计算数据,用简洁的文字和适当的图表表达自己的设计思想及设计成果。五、基本要求.格式规范,文字排版正确;.主要设备的工艺设计计算需包含:物料衡算,能量衡量,工艺参数的选定,设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算;.工艺流程图:以号图纸用单线图的形式绘制,标出主体设备与辅助设备的物料方向,物流量、能流量,主要测量点;.填料塔工艺条件图:以号图纸绘制,图面应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表;.按时完成课程设计任务,上交完整的设计说明书一份。教研室主任签名:年月日目录课程设计的目的及要求………………………………………………课程设计方案的介绍…………………………………………………吸收塔的基础数据的计算……………………………………………吸收塔的工艺计算……………………………………………………吸收塔的主体设备的设计……………………………………………吸收塔辅助设备的计算及选型………………………………………解吸塔的基础数据的计算……………………………………………解吸塔的工艺计算……………………………………………………解吸塔的主体设备的设计……………………………………………解吸塔辅助设备计算及选型…………………………………………吸收塔与解吸塔设计一览表…………………………………………设计评述………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………一·课程设计的目的课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的环节,是理论联系实际的桥梁。通过课程设计,使我们学会如何运用化工单元操作的基本原理,基本规律以及常用设备的机构和性能等知识去解决工程上的实际问题,同时还能使我们树立正确的工程观念和严谨的科学作风。通过课程设计,可以提高我们一下几个方面的能力:.熟悉查阅文献资料,搜集有关证据·正确选用公式;.在兼顾技术上的先进性,可行性,经济上合理性的前提下,综合分析设计任务要求,确定化工工艺流程,进行设备选型,并提出保证过程正常,安全运行所需的检测和计量参数,同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施;.正确掌握过程计算以及工艺设备的设计计算方法;.用精炼的语言,简洁的文字,清晰的图表表达自己的设计思想和计算结果。二、设计要求.工艺条件与数据()煤气中含苯%(摩尔分数),煤气分子量为;()吸收塔顶溶液含苯&.%(质量分数);()吸收塔汽·液平衡y=.x;解吸塔汽·液平衡y=.x;()吸收回收率≥%;()吸收剂为洗油,分子量,相对密度.;()生产能力为每小时处理含苯煤气m;()冷却水进口温度≤℃,出口温度≤℃。.操作条件()吸收操作为atm,℃,吸收操作为atm,℃;()连续操作;()解吸气流为过热水蒸气;()经解析后的液体直接用作吸收剂,正常操作下不再补充新鲜吸收剂;()过程中热效应忽略不计。设计方案的介绍本设计为填料吸收塔,设计中说明吸收剂为洗油,被吸收的气体是含苯的煤气,且混合气中含苯的摩尔分数为..除了吸收塔以外,还需其他的辅助设备构成完整的吸收-脱吸塔。气液采用逆流流动,吸收剂循环再用,所设计的流程图如A图纸上的图所示。图中左侧为吸收部分,混合气由塔底进入吸收塔,其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸收后,由塔顶送出(风机在图中未画出来)。富液从富油贮罐由离心泵(J)送往右侧的脱吸部分。脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。换热而升温的富油进入脱吸塔的顶部,塔底通入过热蒸汽,将富油中的苯逐出,并带出塔顶,一道进入冷凝器,冷凝后的水和苯在贮罐(F)中出现分层现象,然后将其分别引出。回收后的苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低,从脱吸贮罐(F)用离心泵(J)打出,经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用,完成一个循环。吸收塔基础数据的计算基础数据的计算包括吸收剂用量的计算及最小液气比的计算。.吸收剂用量:吸收剂用量可以根据过程的物料衡算,依据混合气的组成情况可知吸收塔的进出口气相组成如下:Y=...??????yykmol(苯)/kmol(煤气)?=YY?..%)()(???????????YY?kmol(苯)/kmol(煤气)...???????????YYy.%.%.%.??????x吸收塔液相进口的组成应低于其平衡浓度,该系统的相平衡关系可以表示为xy.??于是可得吸收塔进口液相的平衡浓度为:*...???????myx吸收剂入口浓度应低于.??,其值的确定应同时考虑其吸收和解吸操作,兼顾两者,经优化计算后方能确定,这里取:.???x)(/)(...洗油苯kmolkmolxxX???????????气体混合物的平均分子量为:..)-(.M_?????kg/kmol?vq(hm/)hkmolqn/..G????hkgMqqnGmG/..._????.液气比的计算:......min???????????????????????XmYYYqqnGnL取实际液气比为最小液气比的.倍,则可以得到吸收剂用量为:hkmolqqqqnGnGnLnL/.....min???????????????hthkgMqqnLmL/./..??????洗油smhmqqmLrL/./..??????洗?吸收塔的工艺计算工艺计算包括塔径的计算,填料层高度的计算,总高度的计算和流体力学参数计算。.塔径计算取P=.Kpa/.)(...mkgRTMPG????????液相密度可以近似取为:/.mkgL???洗油??液体黏度为:smpaspaL??????..?利用贝恩-霍根公式计算泛点气速可得:.)()(.)lg(LGmGmLLLGfqqAaagu??????????(—)由公式(—)可得:.).().(..)()(.)1
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