氣體吸收化學(xué)分離工程講解

氣體吸收化學(xué)分離工程講解匯報(bào)人：AA2024-01-24氣體吸收基本原理化學(xué)分離技術(shù)與方法氣體吸收設(shè)備類型與特點(diǎn)氣體吸收操作條件優(yōu)化與控制氣體吸收過程模擬與計(jì)算工業(yè)應(yīng)用案例分析與討論氣體吸收基本原理0103吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用如合成氣中脫除二氧化碳、天然氣干燥、石油煉制中的氣體脫硫等。01吸收定義氣體吸收是指氣體混合物中的某一組分或多種組分溶解到某種液體中的過程。02吸收分類根據(jù)吸收過程中有無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可分為物理吸收和化學(xué)吸收。吸收過程概述吸收劑選擇原則對(duì)混合氣體中各組分的溶解度要有顯著差別，以提高吸收的選擇性。吸收劑的粘度要低，以改善傳質(zhì)條件。無毒、無腐蝕性，對(duì)設(shè)備無損害。吸收劑的蒸氣壓必須低，以免在吸收過程中揮發(fā)損失?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，不易與設(shè)備材料發(fā)生反應(yīng)。來源豐富，價(jià)格便宜。

吸收過程熱力學(xué)基礎(chǔ)亨利定律在一定溫度下，氣體在液體中的溶解度與液面上該氣體的平衡分壓成正比。相平衡常數(shù)表示在一定溫度和壓力下，氣體在液體中的溶解度與液面上該氣體的平衡分壓的比值。吸收過程的熱力學(xué)推動(dòng)力氣體混合物中各組分的分壓與它們?cè)谝合嘀械钠胶夥謮褐?。在氣液兩相接觸面上，存在著一層很薄的停滯膜，膜內(nèi)沒有傳質(zhì)阻力，傳質(zhì)阻力集中在膜兩側(cè)的相界面上。雙膜理論表示單位時(shí)間內(nèi)通過單位相界面面積所傳遞的溶質(zhì)的量，與傳質(zhì)推動(dòng)力成正比，與傳質(zhì)阻力成反比。吸收速率方程表示單位推動(dòng)力下的傳質(zhì)速率，反映傳質(zhì)阻力的大小。傳質(zhì)系數(shù)吸收過程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)分離技術(shù)與方法02123利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差異，通過加熱使部分組分汽化，再經(jīng)冷凝使汽、液兩相分離，達(dá)到分離提純的目的。蒸餾法原理石油煉制、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)等。應(yīng)用領(lǐng)域蒸餾法對(duì)于揮發(fā)度差異較大的組分分離效果較好，但對(duì)于揮發(fā)度相近的組分分離效果較差。分離效果蒸餾法分離原理及應(yīng)用利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑中溶解度不同，使溶質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中，實(shí)現(xiàn)分離提純的目的。萃取法原理化學(xué)分析、有機(jī)合成、廢水處理、食品加工等。應(yīng)用領(lǐng)域萃取法對(duì)于溶解度差異較大的組分分離效果較好，但對(duì)于溶解度相近的組分分離效果較差。分離效果萃取法分離原理及應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域空氣凈化、水處理、脫硫脫硝、催化劑回收等。分離效果吸附法對(duì)于低濃度組分的分離效果較好，且可選擇性地去除某些特定組分。吸附法原理利用固體吸附劑對(duì)氣體或液體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使該組分富集在固體表面，達(dá)到分離提純的目的。吸附法分離原理及應(yīng)用利用半透膜的選擇透過性，使混合物中的某些組分通過膜而保留其他組分，實(shí)現(xiàn)分離提純的目的。膜分離技術(shù)原理應(yīng)用領(lǐng)域分離效果海水淡化、廢水處理、氣體分離、生物醫(yī)藥等。膜分離技術(shù)對(duì)于分子大小或電荷性質(zhì)不同的組分具有較好的分離效果，且操作簡(jiǎn)便、能耗低。030201膜分離技術(shù)原理及應(yīng)用氣體吸收設(shè)備類型與特點(diǎn)03結(jié)構(gòu)特點(diǎn)塔體為圓柱形，內(nèi)部裝填有規(guī)則的或不規(guī)則的填料。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置進(jìn)入填料層。填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)選擇合適的填料類型和尺寸。確定適宜的液體噴淋密度和分布方式。填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)0102填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)防止填料堵塞和液泛現(xiàn)象的發(fā)生?？紤]氣體和液體的流動(dòng)狀態(tài)及分布情況。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由多層塔板組成，塔板上有氣體通道、降液管、溢流堰等構(gòu)件。液體靠重力作用由上層塔板流到下層塔板。板式塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)氣體通過塔板上的氣體通道由下層塔板流到上層塔板。板式塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)03確定適宜的降液管、溢流堰等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和尺寸。01設(shè)計(jì)要點(diǎn)02選擇合適的塔板類型和尺寸。板式塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)板式塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)考慮氣體和液體的流動(dòng)狀態(tài)及分布情況。防止液泛、漏液、霧沫夾帶等不正常操作現(xiàn)象的發(fā)生。噴射器01利用高速噴射的流體來卷吸另一股流體，并一起送入混合室進(jìn)行混合，然后經(jīng)擴(kuò)散室將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，達(dá)到抽吸和壓送流體的目的。文丘里管02一種先收縮后逐漸擴(kuò)大的管道，當(dāng)高速流體通過收縮段時(shí)，流速增加，靜壓降低，產(chǎn)生吸力，將另一股流體吸入，并在喉部進(jìn)行混合，然后經(jīng)擴(kuò)散段將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能送出。鼓泡塔03液體被裝入塔內(nèi)，氣體通過鼓泡器進(jìn)入液體中，形成氣泡并上升，與液體進(jìn)行充分接觸和混合。鼓泡塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但傳質(zhì)效率相對(duì)較低。其他類型吸收設(shè)備簡(jiǎn)介氣體吸收操作條件優(yōu)化與控制04溫度升高，氣體溶解度減小，吸收效果降低。溫度過高可能導(dǎo)致液體揮發(fā)，增加氣相負(fù)荷。適宜的操作溫度應(yīng)根據(jù)具體物系和吸收劑性質(zhì)確定。操作溫度對(duì)吸收效果影響分析高壓操作可減小設(shè)備體積，但增加能耗和設(shè)備投資。適宜的操作壓力應(yīng)綜合考慮設(shè)備投資、能耗和吸收效果等因素。壓力升高，氣體溶解度增大，吸收效果提高。操作壓力對(duì)吸收效果影響分析氣體流速過快，可能導(dǎo)致氣液接觸不良，降低吸收效果。氣體流速過慢，可能導(dǎo)致液體分布不均，影響吸收效果。適宜的氣體流速應(yīng)根據(jù)具體設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作條件確定。氣體流速對(duì)吸收效果影響分析結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于小直徑塔；液體分布較均勻，但易產(chǎn)生壁流。噴淋式分布器適用于大直徑塔；液體分布均勻，不易產(chǎn)生壁流；但易堵塞?？资椒植计鬟m用于易結(jié)垢物系；液體停留時(shí)間長(zhǎng)，分布較均勻；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗困難。槽式分布器液體分布器的性能直接影響氣液接觸效果和傳質(zhì)效率。評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮分布均勻性、操作彈性、壓降、結(jié)垢傾向等因素。性能評(píng)價(jià)液體分布器類型及性能評(píng)價(jià)氣體吸收過程模擬與計(jì)算05微分方程模型基于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒原理，建立描述氣體吸收過程的偏微分方程，通過數(shù)值方法求解。有限差分法將微分方程離散化，構(gòu)造差分方程，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代計(jì)算，得到各離散點(diǎn)的數(shù)值解。有限元法將求解域劃分為有限個(gè)互不重疊的單元，在每個(gè)單元內(nèi)構(gòu)造插值函數(shù)，通過變分原理或加權(quán)余量法求解。數(shù)學(xué)模型建立及求解方法介紹利用氣體狀態(tài)方程（如理想氣體狀態(tài)方程、實(shí)際氣體狀態(tài)方程）計(jì)算氣體的密度、粘度等物性參數(shù)。狀態(tài)方程法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合經(jīng)驗(yàn)公式，用于估算氣體的擴(kuò)散系數(shù)、溶解度等物性參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式法利用專業(yè)數(shù)據(jù)庫（如NIST數(shù)據(jù)庫）查詢已知條件下氣體的各種物性參數(shù)。數(shù)據(jù)庫查詢法常見物性參數(shù)估算方法介紹COMSOLMultiphysics多物理場(chǎng)仿真軟件，可用于氣體吸收過程中涉及的多物理場(chǎng)耦合問題求解，如流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)等。MATLAB/Simulink數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真軟件，可用于氣體吸收過程的數(shù)學(xué)建模、仿真和分析，提供強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力和可視化工具。AspenPlus化工流程模擬軟件，可用于氣體吸收過程的建模、模擬和優(yōu)化，提供豐富的物性數(shù)據(jù)庫和熱力學(xué)模型庫。過程模擬軟件在氣體吸收中應(yīng)用舉例工業(yè)應(yīng)用案例分析與討論06合成氨生產(chǎn)中氣體凈化流程剖析去除雜質(zhì)，如硫化物、氧化物等。提高氣體壓力，降低溫度，為后續(xù)凈化創(chuàng)造條件。通過吸收、吸附等方法去除氣體中的雜質(zhì)，如二氧化碳、甲烷等。在催化劑作用下，將凈化后的氣體合成氨。原料氣預(yù)處理氣體壓縮與冷卻氣體凈化氨合成采用化學(xué)吸收、物理吸附等方法去除石油化工原料及產(chǎn)品中的硫化物。脫硫技術(shù)通過吸收、膜分離等方法去除原料及產(chǎn)品中的二氧化碳。脫碳技術(shù)分析各種脫硫脫碳技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)