《化工原理吸收》課件

《化工原理-吸收》化學(xué)工程原理是化工專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。吸收是化工分離技術(shù)中常用的操作之一。課程目標(biāo)掌握吸收過程基本原理理解吸收過程的定義、目的和基本原理，包括傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等。熟悉吸收設(shè)備種類學(xué)習(xí)常用的吸收設(shè)備類型，包括填料塔、噴淋塔和板式塔等，了解其結(jié)構(gòu)特點和工作原理。掌握吸收設(shè)備設(shè)計計算掌握吸收設(shè)備的設(shè)計計算方法，包括傳質(zhì)系數(shù)、塔高、填料層高度和氣液比等關(guān)鍵參數(shù)的計算。了解吸收過程應(yīng)用了解吸收過程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，包括氣體凈化、廢氣處理和產(chǎn)品分離等方面。吸收過程概述吸收是氣體混合物中的一種分離過程，其中一種或多種組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相，并溶解在吸收劑中。吸收過程通常在塔式設(shè)備中進(jìn)行，氣體從塔底進(jìn)入，與從塔頂噴淋的液體吸收劑接觸，在氣液兩相間發(fā)生傳質(zhì)，從而達(dá)到分離的目的。吸收過程廣泛應(yīng)用于化工、石油、天然氣、環(huán)保等領(lǐng)域，例如脫硫、脫硝、CO2捕集、VOCs去除等。吸收產(chǎn)生的目的去除有害氣體吸收過程可以有效地去除工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有害氣體，如二氧化硫、氨氣和氯氣等，保護(hù)環(huán)境，改善空氣質(zhì)量。分離有價值成分例如，在天然氣處理中，吸收過程可用于分離和回收天然氣中的二氧化碳，提高天然氣純度和價值。制備特定物質(zhì)吸收過程還可以用于制備特定物質(zhì)，例如吸收二氧化碳制備碳酸飲料，吸收氨氣制備氨水等。影響吸收過程的因素溫度溫度升高，氣體溶解度降低，吸收速率下降。壓力壓力升高，氣體溶解度增加，吸收速率提升。液相流速液相流速增加，吸收速率提高。氣相流速氣相流速增加，吸收速率降低。吸收設(shè)備類型1填料塔填料塔使用惰性填料來增大氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效率，常用于氣體吸收和脫除。2噴淋塔噴淋塔利用噴淋液體與氣體接觸，通過液體對氣體的吸收來達(dá)到分離的目的。3板式塔板式塔利用多層塔板，液體在塔板上形成液膜，與氣體接觸進(jìn)行傳質(zhì)，常用于氣體吸收和蒸餾。4其他除上述三種常見類型外，還有一些特殊類型的吸收設(shè)備，如文丘里吸收器、旋風(fēng)吸收器等。塔式吸收裝置的結(jié)構(gòu)塔式吸收裝置是化工生產(chǎn)中常用的氣體凈化設(shè)備，它主要由塔體、填料層、噴淋系統(tǒng)和液體收集器等部分組成。塔體通常為圓柱形或矩形，填料層用于增大氣液接觸面積，噴淋系統(tǒng)將吸收液均勻噴灑到填料層上，液體收集器用于收集吸收液。塔式吸收裝置的設(shè)計需要根據(jù)氣體性質(zhì)、吸收液性質(zhì)和吸收率等因素進(jìn)行選擇和計算，以確保吸收效率和安全運行。填料塔吸收過程特點氣液接觸面積大填料塔內(nèi)部填充大量填料，增加了氣液接觸面積，提高了傳質(zhì)效率。壓降低填料塔的結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致其阻力較小，壓降較低，有利于降低操作成本。操作彈性大填料塔可以根據(jù)實際情況調(diào)整氣液比和液氣流量，操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。處理量大填料塔可以處理大量氣體，適用于大規(guī)模生產(chǎn)過程。填料塔設(shè)計計算氣液兩相接觸面積填料層表面積與氣體流速、液體流速、吸收劑濃度有關(guān)。傳質(zhì)速率氣體和液體之間的傳質(zhì)速率取決于氣體分壓差、液體濃度差、填料特性。填料層高度填料層高度取決于所需的傳質(zhì)速率、填料特性、氣液流速。塔徑塔徑與氣體流量、填料層高度、填料特性有關(guān)。設(shè)備尺寸根據(jù)計算結(jié)果確定塔高、塔徑等參數(shù)，并選擇合適的設(shè)備尺寸。填料塔的效率指標(biāo)描述傳質(zhì)效率填料塔的傳質(zhì)效率通常由氣液兩相之間的傳質(zhì)速率決定。液泛點氣體流速過高會導(dǎo)致液體無法正常通過填料層，降低吸收效率。壓降填料層對氣體流動的阻力會造成壓降，影響系統(tǒng)能耗。填料塔操作工藝1操作條件控制操作壓力、溫度、氣液比、進(jìn)料濃度2進(jìn)料控制控制進(jìn)料量、濃度，保持穩(wěn)定3液位控制保持合適的液位，防止倒灌和液泛4排放控制及時排出塔底富液，保證塔正常運行填料塔的操作工藝主要包括操作條件控制、進(jìn)料控制、液位控制和排放控制。合理的控制和調(diào)節(jié)這些因素，可以提高填料塔的吸收效率，并保證塔的安全穩(wěn)定運行。噴淋塔吸收過程特點結(jié)構(gòu)簡單噴淋塔結(jié)構(gòu)相對簡單，易于制造和安裝，運行成本低。操作靈活噴淋塔操作靈活，易于調(diào)節(jié)氣液比和液滴大小，可適應(yīng)不同操作條件。氣液接觸面積大噴淋塔的液滴表面積大，與氣體充分接觸，有利于提高吸收效率。氣速限制噴淋塔的氣速受限，氣速過高會導(dǎo)致液滴被氣流帶走，降低吸收效率。噴淋塔設(shè)計計算1噴淋塔結(jié)構(gòu)噴淋塔主要由塔體、噴淋器、填料層、氣體進(jìn)口、液體進(jìn)口、液體出口等組成。2氣液接觸通過噴淋器將液體均勻地噴灑到填料層，增加氣液接觸面積和接觸時間，提高傳質(zhì)效率。3計算步驟噴淋塔設(shè)計計算需根據(jù)氣體流量、濃度、吸收劑流量、濃度等因素進(jìn)行計算，確定塔徑、高度、填料種類和尺寸等參數(shù)。噴淋塔的效率吸收率傳質(zhì)效率壓降噴淋塔的效率主要體現(xiàn)在吸收率、傳質(zhì)效率和壓降等方面。吸收率是指被吸收物質(zhì)在進(jìn)料氣體中的去除率，傳質(zhì)效率是指吸收過程的有效性，壓降是指氣體通過噴淋塔的壓力損失。吸收率通常用百分?jǐn)?shù)表示，傳質(zhì)效率通常用無量綱數(shù)表示，壓降通常用壓強(qiáng)單位表示。噴淋塔的效率與噴淋塔的結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)和氣體性質(zhì)等因素有關(guān)。噴淋塔操作工藝噴淋塔的操作工藝至關(guān)重要，直接影響吸收效率和設(shè)備運行穩(wěn)定性。1啟動先啟動循環(huán)水泵，然后啟動風(fēng)機(jī)，再打開進(jìn)料閥門2正常運行控制進(jìn)料量、循環(huán)水量、吸收劑濃度3停機(jī)先關(guān)閉進(jìn)料閥門，再關(guān)閉風(fēng)機(jī)，最后關(guān)閉循環(huán)水泵4安全操作定期檢查設(shè)備運行狀態(tài)，及時處理故障噴淋塔操作工藝需根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，確保設(shè)備安全高效運行。板式吸收裝置的結(jié)構(gòu)板式吸收塔是常用的吸收裝置，由多層塔板和塔體組成。塔板上有孔洞和隔板，用于氣液兩相的接觸和混合。塔板上還設(shè)置了導(dǎo)流板，確保氣體均勻分布，提高吸收效率。塔體則起到支撐塔板和連接氣體進(jìn)出口的作用。板式吸收過程特點高效接觸板式吸收塔的結(jié)構(gòu)使氣液相充分接觸，提高了傳質(zhì)效率。氣液分布均勻氣液相在塔內(nèi)均勻分布，避免了局部短路，提高了吸收效果。壓力降低板式吸收塔的壓力降比填料塔低，有利于降低能耗。操作靈活板式吸收塔結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于維護(hù)。板式吸收設(shè)計計算物料衡算計算進(jìn)出口氣體和液體的流量、組成和溫度，確定吸收劑用量。傳質(zhì)速率通過傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)推動力，計算氣液兩相之間的傳質(zhì)速率。塔高計算根據(jù)傳質(zhì)速率和塔徑，確定達(dá)到所需吸收率所需的塔高。塔徑設(shè)計計算所需塔徑，確保氣液兩相在塔內(nèi)有足夠的接觸面積，以達(dá)到設(shè)計要求。塔板設(shè)計選擇合適的塔板類型，并根據(jù)操作條件進(jìn)行設(shè)計，如氣液分布、液泛點等。輔助設(shè)備設(shè)計設(shè)計所需的輔助設(shè)備，如進(jìn)出料管、噴淋器、填料層等。板式吸收的效率板式吸收塔的效率受到多種因素的影響，包括板式結(jié)構(gòu)、操作條件和氣液兩相的性質(zhì)。板式吸收塔的效率通常用吸收率或傳質(zhì)效率來表示。90%吸收率是指被吸收物質(zhì)在氣相中被吸收的百分比80%傳質(zhì)效率是指實際傳質(zhì)速率與理論傳質(zhì)速率的比值板式吸收操作工藝1啟動階段確保設(shè)備運行正常，檢查儀表和閥門。2穩(wěn)定運行階段控制氣液比、溫度和壓力，保持最佳操作條件。3停機(jī)階段逐步降低進(jìn)料流量，關(guān)閉設(shè)備，清理廢液。4安全操作嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，做好安全防護(hù)。溶液-溶液吸收過程溶解度溶解度是指在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)在溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時的濃度。溶液-溶液吸收過程中，溶質(zhì)需要溶解在吸收液中才能實現(xiàn)吸收。溶解度越高，吸收效率越高?；瘜W(xué)反應(yīng)一些溶液-溶液吸收過程涉及化學(xué)反應(yīng)，例如二氧化碳被氨水吸收時，會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸氫銨，從而提高吸收效率。混合溶液-溶液吸收過程需要充分混合吸收液和氣體，以確保溶質(zhì)能夠充分接觸吸收液，從而實現(xiàn)高效吸收。溫度溫度會影響溶解度和化學(xué)反應(yīng)速率，從而影響吸收效率。一般來說，溫度越高，溶解度越低，但化學(xué)反應(yīng)速率越快。溶液-溶液吸收設(shè)備1吸收塔溶液-溶液吸收過程通常在吸收塔中進(jìn)行。吸收塔可以是填料塔、噴淋塔或板式塔。2混合器為了促進(jìn)溶質(zhì)的快速吸收，需要在吸收塔之前設(shè)置混合器，以確保吸收液與氣體充分混合。3泵為了將吸收液循環(huán)到吸收塔中，需要使用泵，以維持穩(wěn)定的液流速。4再生裝置吸收液吸收一定量的溶質(zhì)后，需要進(jìn)行再生處理，以去除溶質(zhì)并恢復(fù)吸收能力。溶液-溶液吸收設(shè)計計算1物料平衡首先要進(jìn)行物料平衡計算，確定進(jìn)料、出料和吸收劑的流量以及組分。2傳質(zhì)速率根據(jù)傳質(zhì)理論，計算傳質(zhì)速率，確定吸收塔的有效面積和高度。3塔徑計算根據(jù)氣速和液速，確定塔的直徑，并選擇合適的填料類型和填充高度。溶液-溶液吸收效率指標(biāo)數(shù)值吸收率90%以上傳質(zhì)效率85%以上能量效率75%以上溶液-溶液吸收效率取決于多種因素，包括溶劑選擇、操作條件和設(shè)備設(shè)計。溶液-溶液吸收操作工藝1工藝參數(shù)控制確保操作條件穩(wěn)定2物料平衡調(diào)節(jié)優(yōu)化進(jìn)料和出料量3吸收劑選擇根據(jù)目標(biāo)氣體特性4設(shè)備維護(hù)保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)溶液-溶液吸收操作工藝關(guān)鍵在于確保穩(wěn)定操作條件，包括溫度、壓力、吸收劑濃度等。通過調(diào)節(jié)進(jìn)料和出料量，可以優(yōu)化吸收效率。吸收過程選擇原則物料特性吸收劑與被吸收組分的物理化學(xué)性質(zhì)，如溶解度、揮發(fā)度、反應(yīng)速率等，直接影響吸收效率。操作條件溫度、壓力、氣液比等操作參數(shù)會影響吸收效率，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇。經(jīng)濟(jì)因素吸收劑成本、設(shè)備投資、運行費用等經(jīng)濟(jì)因素需要綜合考慮，選擇性價比高的方案。環(huán)保要求考慮吸收過程中產(chǎn)生的廢液、廢氣等對環(huán)境的影響，選擇環(huán)保友好的工藝和設(shè)備。吸收工藝選型填料塔填料塔廣泛應(yīng)用于氣體吸收，處理量大，操作壓力低，能耗低。噴淋塔噴淋塔結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，適用于處理氣體量較小，濃度較高的氣體。板式塔板式塔傳質(zhì)效率高，適用于處理高濃度氣體，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。溶液-溶液吸收溶液-溶液吸收適用于處理含有可溶性物質(zhì)的氣體，可獲得更高純度的產(chǎn)物，但設(shè)備復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)格。吸收工藝故障分析進(jìn)料濃度變化吸收塔進(jìn)料中目標(biāo)組分濃度波動會導(dǎo)致吸收效率下降。吸收劑流量變化吸收劑流量不足會降低吸收效率，流量過高則可能導(dǎo)致吸收塔液泛。吸收塔溫度變化吸收塔溫度升高會降低吸收效率，溫度過低則可能導(dǎo)致吸收劑結(jié)冰。填料堵塞填料長期使用可能發(fā)生堵塞，導(dǎo)致氣液接觸面積減少，吸收效率下降。吸收工藝優(yōu)化提高吸收效率合理選擇吸收劑，提高吸收劑濃度，優(yōu)化操作條件，如溫度、壓力等。降低能耗優(yōu)化吸收塔結(jié)構(gòu)，減少氣體阻力，降低能耗，選擇高效吸收設(shè)備，減少設(shè)備投資。減少污染物排放提高吸收效率，減少廢氣排放，采取措施減少吸收過程中的污染物排放。吸收工藝發(fā)展趨勢11.效