吸收解吸.docx
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吸收解吸
一、实训目的
1.认识吸收解吸设备结构
2.认识吸收解吸装置流程及仪表
3.掌握吸收解吸装置的运行操作技能
4.学会常见异常现象的判别及处理方法
二、吸收与解吸实训装置功能：
1开车前准备和正常开停车实训任务
1.1工艺文件准备
能识记吸收、解吸生产过程工艺文件（能识读吸收岗位的工艺流程图、实训设备示意图、实训设备的平面和立面布置图，能绘制工艺配管简图，能识读仪表联锁图。
熟悉吸收塔、解吸塔、填料及附属设备等主要设备的结构和布置）。
1.1.1吸收与解吸基本原理
气体吸收是典型的化工单元操作过程，其原理是根据气体混合物中各组分在选定液体吸收剂中物理溶解度或化学反应活性的不同而实现气体组分分离的传质单元操作。
前者称物理吸收，后者称化学吸收。
吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂，以S表示；混合气体中，能够显著溶解于吸收剂的组分称为吸收物质或溶质，以A表示；而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体，以B表示。
吸收操作所得的溶液称为吸收液或溶液，它是溶质A在溶剂S中的溶液；被吸收后排除出的气体称为吸收尾气，其主要成分为惰性气体B，但仍含有少量未被吸收的溶质A。
吸收操作在石油化工、天然气化工以及环境工程中有极其广泛的应用，按工程目的可归纳为：
1净化原料气或精制气体产品；
2分离气体混合物以获得需要的目的组分；
3制取气体溶液作为产品或中间产品；
4治理有害气体的污染、保护环境。
与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离出来而转移到气相的过程（用惰性气体吹扫溶液或将溶液加热或将其送入减压容器中使溶质放出），称为解吸或提馏。
吸收与解吸的区别仅仅是过程中物质传递的方向相反，它们所依据的原理一样。
⑴.气体在液体中的溶解度，即气－液平衡关系
在一定条件（系统的温度和总压力）下，混合气中某溶质组分的分压若一定，则与之密切接触而达到平衡的溶液中，该溶质的浓度也为一定，反之亦然。
对气相中的溶质来说，液相中的浓度是它的溶解度；对液相中的溶质来说，气相分压是它的平衡蒸汽压。
气液平衡是气液两相密切接触后所达到的终极状态。
在判断过程进行的方向（吸收还是解吸），吸收剂用量或是解吸吹扫气体用量，以及设备的尺寸时，气液平衡数据都是不可缺少的。
吸收用的气液平衡关系可用亨利定律表示：
气体在液体中的溶解度与它在气相中的分压成正比。
即
式中，p*——溶质在气相中的平衡分压，KPa
Y*——溶质在气相中的摩尔分率
X——溶质在液相中的摩尔分率
E和m为以不同单位表示的亨利系数，m又称为相平衡常数。
这些常数的数值越小，表明可溶组分的溶解度越大，或者说溶剂的溶解能力越大。
E与m的关系为：
式中，p——总压，KPa
亨利系数随温度而变，压力不大（约5MPa以下）时，随压力而变得很小，可以不计。
不同温度下，二氧化碳的亨利系数如下：
表6－1不同温度下CO2溶于水的亨利系数
温度（℃）
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
E（MPa）
73.7
88.7
105
124
144
166
188
212
236
260
287
⑵.流体力学性能
压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。
压强降与塔内气、液相流量有关，
⑶.传质性能
吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。
对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
虽然本实验所用气体混合物中二氧化碳的组成较高，所得吸收液的浓度却不高。
可认为气-液平衡关系服从亨利定律，可用方程式Y*=mX表示。
又因是常压操作，相平衡常数m值仅是温度的函数。
①NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式进行计算
式中：
Z—填料层的高度，m；
HOG—气相总传质单元高度，m；
NOG—气相总传质单元数，量纲为一；
Y1、Y2—进、出口气体中溶质组分（A与B）的摩尔比，
；
Ym—所测填料层两端面上气相推动力的平均值；
Y2、Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力；
Y1=Y1-mX1；Y2=Y2-mX2
X2、X1—进、出口液体中溶质组分（A与S）的摩尔比，
；
m—相平衡常数，量纲为一；
KYa—气相总体积吸收系数，kmol/（m3·h）；
qn,V—空气（B）的摩尔流量，kmol/h；
Ω—填料塔截面积，m2；
。
—混合气中二氧化碳被吸收的百分率（吸收率），量纲为一。
②操作条件下液体喷淋密度的计算
最小喷淋密度经验值
为0.2m3/（m2·h）
1.1.2带有控制点的工艺及设备流程图
1.1.3设备一览表
型号
名称
规格、型号和材质
数量
P101
风机I
ACO-016；220V
1
P102
离心泵I
WB50/025；0.25KW
1
P103
离心泵II
WB50/025；0.25KW
1
P104
风机II
YS-7112，550W
1
T101
吸收塔
不锈钢丝网填料，填料高度1500m
1
T102
解吸塔
不锈钢丝网填料，填料高度1500m
1
V101
气瓶
GB5099
1
V102
储罐I
φ400×700
1
V103
取样罐
φ100×320
1
V104
储罐II
φ400×700
1
F101
文丘里流量计I
喉孔：
20，0-10KPa
1
F102
文丘里流量计II
喉孔：
20，0-10KPa
1
TI101
吸收塔温度I
AI501FS
1
TI102
解吸塔温度I
AI501FS
1
TI103
吸收塔温度II
AI501FS
1
TI104
吸收塔温度III
AI501FS
1
TI105
吸收塔温度IV
AI501FS
1
TIC101
解吸塔温度II
AI519FS
1
PI101
吸收塔整塔压力
AI501FS
1
PI102
解吸塔整塔压力
AI501FS
1
PIC101
文丘里流量计I压差
喉孔直径20，0-10KPa
1
PIC102
文丘里流量计II压差
喉孔直径20，0-11KPa
1
FIC101
涡轮流量计
LWGY-40，AI519FS
1
LI101
储罐I液位
石英液位计
1
LI102
储罐II液位
石英液位计
1
SIC101
离心泵I频率
SV300；1.5KW
1
SIC102
离心泵II频率
SV300；1.5KW
1
1.2开车前的动、静设备检查训练（检查吸收塔、解吸塔、管件、仪表、离心泵、漩涡气泵等是否完好，检查阀门、测量点、分析取样点是否灵活好用）
（1）开车前检查T101吸收塔、T102解吸塔的玻璃段完好情况有无破损；
（2）开车前检查各个管件有无破损；
（3）开车前检查仪表，检查办法：
打开吸收与解吸实训装置的控制柜上总电源开关，仪表全亮无一闪一闪的情况，说明仪表是完好的；
（4）检查离心泵P102、P103的叶轮是否能转动自如；
（5）检查漩涡气泵P101、P104的叶轮能否转动自如；
（6）检查所有阀门能否开关，保证灵活好用；
（7）检查测量点、分析取样点能否好用。
1.3检查原料液、原料气、水、电等公用工程供应情况的训练
开车前首先检查原料液的供应情况：
即观察原料液储罐V103、储罐V102的液位计里的液位是否达到开车要求，如果没有达到要求，需要打开进水的总阀使水进入到储罐内，达到所需的液位，关闭进水总阀。
检查二氧化碳钢瓶储量，是否有足够二氧化碳供实训使用。
检查实验室内的水、电的供应情况。
1.4制定开车步骤、编好岗位操作规程、制定操作记录表格
设备上电，检查流程中各设备、仪表是否处于正常开车状态，动设备试车。
1.5吸收、解吸塔开、停车技能训练
检查流程中各阀门是否处于正常开车状态：
阀门VA124、VA125、VA126、VA111、VA112、A105、VA106、VA117、VA118、VA115、VA121、VA122关闭，阀门VA120、VA123、VA101、VA103全开。
⑴确认阀门VA111处于关闭状态，启动吸收液泵P102,打开阀门VA111，吸收剂（解吸液）通过文丘里流量计F101从顶部进入吸收塔T101。
⑵将吸收剂流量设定为规定值，泵P102变频器频率随设定流量自动变频以达到所设流量值所需频率。
观测文丘里流量计F101显示和解吸液入口温度TI03显示。
⑶确认阀门VA112处于关闭状态，启动解吸液泵P103,打开阀门VA112，解吸液通过文丘里流量计F102从顶部进入解吸塔，将解吸液流量设为和吸收液流量相匹配的值，泵P103变频器频率随设定流量自动变频以达到所设流量值所需频率。
观测文丘里流量计F102显示和解吸液入口温度TIC101显示。
⑷全开阀门VA116，启动风机P104，将阀门VA116逐渐关小至半开，观察空气流量FIC101的示值，观测空气由底部进入解吸塔和解吸塔内气液接触情况，空气入口温度由TI105显示。
空气流量控制过程如下图所示
上图所表达的意思是通过在519表上设定压差值，519表把信号给到控制风机变频器上，通过改变风机的频率来控制风机的流量，空气的流量是根据孔板流量计两端的压差传感器来测量的，通过压差传感器的测量在反馈到519表上，形成一个回路，通过反复的调节，最终调节到所需要的流量。
控制风机P101操作技能举例：
控制风机流量有两种方法一个是手动调节仪表控制流量；一种是电脑程序操作。
首先把所有阀门关闭。
打开阀门VA102、VA104、VA105（必须要保证风机的进出口阀门打开，否则风机会被烧坏），打开总电源开关，在PIC101仪表上手动调节，按仪表的向左键，调节向上向下键调到所需要的流量或直接打开电脑传热程序在界面上找到PIC101点击它到输入界面上输入所需要的流量，启动风机开关稳定一段时间就可以控制到所需要的流量了。
⑸实验结束，关闭风机开关，关闭离心泵开关。
恢复到开泵前状态。
1.6塔性能测定训练（解吸塔）；
1.6.1干填料时塔性能测定：
电动调节阀VA119开度调成20，启动风机P104开关，在涡轮流量计F106量程范围内，通过改变阀门VA116开度，分别测得在不同空气流量下塔压降。
数据表1-1如下：
干填料时△P/z～u关系测定
填料层高度Z=m塔径D=m
序
号
空气转子流量计读数m3/h
填料层压强降mmH3O
温度℃
单位高度填料层压强降
mmH3O/m
空塔气速
m/s
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根据以上数据绘制△P/z～u关系曲线。
1.6.2湿填料塔性能测定：
根据1.5步里操作，打开泵P102、P103，设定一定的液体流量，电动调节阀VA119开度调成20，启动风机P104开关，在涡轮流量计F106量程范围内，通过改变阀门VA116开度，分别测得在不同空气流量下塔压降，注意液泛点，即出了液泛后风机流量不再调大。
数据表1-2如下：
湿填料时△P/z～u关系测定
填料层高度Z=0.46m塔径D=0.037m
序
号
空气转子流量计读数m3/h
填料层压强降mmH3O
温度℃
单位高度填料层压强降
mmH3O/m
空塔气速
m/s
操作现象
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根据以上数据绘制△P/z～u关系曲线。
1.7解吸塔液体温度的控制技能训练
液体温度控制通过E101预热器加热控温。
1.8原料气体浓度的配置技能训练
关闭阀门--VA107、VA108、VA109、VA02、VA104，打开钢瓶V101上出口阀VA114，通过调节阀门VA107开度调节二氧化碳流量，由转子流量计F103读出流量。
启动风机P101，通过调节阀门VA109开度调节空气流量，由转子流量计F105读出流量。
二氧化碳流量和空气流量比1：
3到1：
2之间，即混合气体中二氧化碳体积分数25%到30%之间。
有流量计读出的气体比不是准确数据，打开阀门VA104，将混合气体通入气相色谱测取气体浓度。
1.9吸收塔稳定性的分析与判断
根据上一步分别测得实验过程中吸收塔进出口混合气体中二氧化碳的浓度，计算吸收塔的液相传质系数。
1.10吸收岗位化工仪表操作技能训练（转子流量计、涡轮流量计、差压变送器、热电阻温度计、液位计、压力表、气相色谱、数字显示仪表的使用；仪表联动调节）
转子流量计：
正确安装，在开泵前关闭流量计前阀门，以免流量过大转子冲破玻璃管。
转子流量计读数：
平视转子，读取转子最大横截面处读数。
文丘里流量计：
正确安装，看流体流动方向是否与流量计所要求方向一致。
知道这几种流量计测流量原理。
对热电阻、液位计、压力表等进行了解。
本实训装置所用到的仪表有以下几种：
数字单显表：
501单显数字表，只显示数字，没有控制功能，不需要操作，只需读取所显示数据即可。
功率，压差，温度，压力，真空度，液位等都采用单显表。
温度控制表：
519温控表。
PV---实际测量值；SV---设定值。
此仪表利用（A/M）,（STOP）和（RUNHOLD）键来共同调节.
首先利用按（A/M）键来改变SV显示窗中所需改变数字位置使小数点闪动,在闪动时的小数点利用（STOP）和（RUNHOLD）键来调节数字是几,在达到我们所需的温度时不再按任何键30秒后仪表会自动确认,并自动调节到所设定的温度值范围.
变频器操作：
变频器数值的改变可以在计算机程序界面中改动（变频器处于自动状态时），也可以在变频器的操作面板上进行改动（变频器处于手动状态时）。
在计算机程序控制的情况下将无法进行手动变频器的操作面板数值改动，需要进行自动与手动的切换。
按（DSP）键面板屏幕显示（0-00），利用（数值位置键）、（数值上调键）、（数值下降键）将（0-00）改为（1-00）后，按（参数确定键）面板屏幕显示（0000面板控制即手动控制）或（0002通讯控制即计算机控制），利用（数值位置键）、（数值上调键）、（数值下降键）将数值改动后，按（参数确定键）面板屏幕显示（END）5秒后面板屏幕恢复到（1-00）状态。
再利用（数值位置键）、（数值上调键）、（数值下降键）将（1-00）变为（1-06）按（参数确定键）面板屏幕显示（0000），可以再利用（数值位置键）、（数值上调键）、（数值下降键）将数值改为（0000按键面板设定频率即手动控制）、（0001按键面板旋钮设定频率即手动控制）、（0002外部电位器旋钮或模拟输入信号设定频率即仪表控制）、（0004通讯设定频率即计算机控制）选定好设定频率后按（参数确定键）面板屏幕显示（END）5秒后面板屏幕恢复到（1-06）状态，再按（DSP）键退出参数设定项，面板屏幕将显示你所选择的频率设定方式所对应的状态。
控制面板示意图
参数值修改：
1.11吸收岗位计算机远程控制操作技能训练（用现场控制台仪表和计算机对实训装置进行开停车操作、数据采集、参数控制和异常现象处理）
2.异常现象排除技能训练任务
通过总控制室内的计算机可同时制造异常现象
2.1解析塔内气体流量过大、过小；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到FIC101，点击FIC101增大或减小气体流量。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置的控制柜上调节仪表FIC101或在计算机界面上找到FIC101改回刚才的数值。
2.2解吸塔内出现液泛；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到PIC102，点击PIC102增大或减小文丘里流量计的压差。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置的控制柜上调节仪表PIC102或在计算机界面上找到PIC102改回刚才的数值。
2.3吸收塔内无原料进入；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到泵P102的开关，关闭P102的开关。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置的计算机界面上找到泵P102的开关，打开P102的开关。
2.4原料气浓度异常；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到电磁阀VA110的开关，打开VA110的开关就增大了原料气的浓度。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置上关闭阀门VA108或在计算机界面上关闭电磁阀VA110。
2.5解吸塔内塔顶液体温度升高；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到TIC101，点击TIC101增大液体温度设置。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置的控制柜上调节仪表TIC101或在计算机界面上找到TIC101改回刚才的数值。
2.6停电、停水故障；
制造：
在总控制室内的计算机界面上找到风机P104或水泵P103的开关，关闭风机P104或水泵P103。
解决办法：
在吸收与解吸实训装置的计算机界面上找到P104或P103的开关，打开P103或P104开关。
3.技能考核
根据实训任务要求实训装置分离的物系为二氧化碳----水系统，吸收塔内尾气中二氧化碳浓度小于规定值。
考生应选择适宜的喷淋密度、温度、空气流量和操作方式等，并采取正确的操作方法，完成试训考核指标。
考查出学生化工基本理论、基本技能掌握情况和分析问题、解决问题的识记能力。
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