工程4吸收解吸及设备操作学习任务2-12-1吸收与解吸过程工艺参数确实定计划学时2职业能力目标专业能力社会能力方法能力确定吸收解吸过程工艺参 数确实定团队工作能力沟通能力小组成员的协作能力扩展相应的信息收集能力制定工作计划能独立使用各种媒介完成学 习任务工作结果的评价与反思学习情境描述接到车间主任指令：根据给定的传吸收解吸任务，确定吸收解吸工艺参数，介绍 流程中的主要工艺设备。组长接受任务后组织学员通过资讯、计划、决策、实施和 检查、评估等过程完成学习任务。教学环境分析石油化工岗位操作技能实训中心、教材、辅导资料、化工工艺设计手册、化工 单元操作学习光盘、学习软件、可以上网查阅资料的电脑、工作台、拆装工具等教学方法采用角色扮演法交代任务；用引导文和小组讨论法完成决策和计划的制定，采用 任务驱动法实施工作任务。教学组织分组，分工，协作共同完成，分成6个小组，每组6人要做好记录，由各小组长展示学习成果评议各小组展示的学习成果教师对每个小组及每个学生进行监视，做好记录，作为成绩评定的依据。实施步骤资讯教案内容实施步骤计划与决策1 .引导学生结合现场设备和网络资源熟悉吸收解吸单元操作。1）接受任务2）完成基础知识学习2 .监视学生进行小组讨论，并做出决策和计划1）对学习进行决策2）制定学习计划（提交计划，组长汇报）3）对学员的计划进行可行性分析实施步骤教学组织教学内容教学过程设计及时间分配1.告知训练工程：吸收与解吸过程工艺参数确实定；教师讲授，PPT, 5min2.结合吸收解吸方案介绍工艺参数的计算方法；教师讲授，PPT, lOmin3.结合实训设备讲解工艺流程；教师讲授，PPT, lOmin4.动画展示吸收解吸工作原理和结构；教师讲授，PPT, lOmin5.进行工艺参数的计算；教师讲授,PPT, 30min6.进行吸收解吸过程的认识考核；教师讲授,PPT, 20min7.归纳总结：吸收解吸工艺参数计算的关键；教师讲授,PPT, lOmin8.布置下次任务：吸收解吸设备的操作与控制。教师讲授，PPT, 5min学习工作任务的实施实施步骤检查与评估检查学生工作是否完整完成？归档是否完整？专业能力、社会能力和方法能力是否提高?工作态度、工作质量情况平安、环保及6s情况填写任务工单的评价表格吸收塔物料衡算在气体吸收过程中，工业上一般都采用逆流连续操作。其流程如图2-18所示。 图中匕丫2l9x2AY匕 L,X图2-18逆流吸收塔操作示意图图2-19吸收操作线与平衡线V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol惰性气体/ h；L单位时间内通过吸收塔的吸收剂量，kmol吸收剂/h；丫,丫一丫2分别为任一截面、塔底（气体人口）、塔顶（气体出口）的气相组成，kmol 溶质/ kmol惰性气体；X,XbX2分别为任一截面、塔底（液体出口）和塔顶（液体人口）的液相组成，kmol 溶质/ kmol吸收剂。在稳态操作下，对全塔作物料衡算，由质量守恒得：VY+LX2 =VY2+LX.（2-24）或依据混合气体中溶质的减少量等于液相中溶质的增加量，可得：Na =V（y,-） = L（X1-X2）（2-25）N.称为吸收塔的吸收负荷，表示了单位时间内吸收塔吸收溶质的能力。吸收过程中，经过吸收塔后，被吸收的溶质量与进塔气体中溶质的量之比，称为吸收率, 用T表示。 =X 一号X100%（2-26）如果规定了吸收率，那么气体出塔时的组成七为：(2-27)【例题2-2】在一填料吸收塔，用纯水来吸收空气中的C02，混合气中CO2的含量 为6% （体积），所处理的混合气中的空气量为1400m3/h,操作在293K和101.3kPa下进行, 要求CO2的吸收率到达98%。假设吸收剂用量为154kmol/h,试问吸收塔溶液出口浓度为多少？解：进塔气体组成出塔气体组成X = y /(I 必)=0.06 /(I- 0.06) = 0.0638进塔吸收剂组成X2 =0(纯水)右=x /(I )= 0.0638 /(I- 0.98) = 0.00128进塔空气流量V = 1400 . X 空=58.2 X1m。/ = 58.2kmol/h22.4 x 10-3 293溶液出口浓度由全塔物料衡算勺+八2 =2+/1，求出 7CQ 7即 X1 =：（、-Y2） + X2 =（0.0638-0.00128） + 0 = 0.0236故溶液出口浓度为0.0236kmolC02/kmol水。填料类型及性能1、填料类型自填料塔用于工业生产以来，填料的结构形式有重大的改进，特别是近年来开展更快, 目前各种类型、各种规格的填料有几百种之多。填料结构改进的方向可归纳为：增加流体 的通过能力，以适应大规模工业生产的需要；改善流体的分布与接触，以提高别离效率; 解决放大问题。填料种类虽然很多，但按结构形式可分为颗粒型填料和规整填料，按装填 方式可分为乱堆填料和整砌填料。（1）颗粒型填料颗粒型填料的结构、形状和堆积方式都影响流体在填料层中的流动状态、分布情况以及 气、液接触的密切程度，从而决定填料塔的生产能力、流动阻力以及传质效率。下面介绍工业中常用的颗粒填料。拉西环拉西环是最早使用的填料，常用的拉西环为外径与高度相等的圆环，如图2-7（a）所示。 在强度允许下，壁厚应尽量薄一些，以提高空隙率及降低堆积密度（单位体积堆积填料层的 质量称为堆积密度）。拉西环在塔内的装填方式有乱堆和整砌两种。乱堆填料装卸方便，但 气体流动阻力较大，一般直径在50mm以下的填料都采用乱堆方式，直径在50mm以上的 填料可采用整砌（即整齐排列）的方式。拉西环除用陶瓷材料制造外，还可用金属、塑料及 石墨等材料制成，以适应不同介质的要求。(h)图2-7常用的颗粒填料外形（a）拉西环；（b）鲍尔环；（c）阶梯环；（d）弧鞍；（e）矩鞍；（f）金属鞍环；（g）多面球体；（h） TRI球体拉西环的形状简单，制造容易，本钱低，且对其研究较为充分。但气液分布不均，沟流 及壁流现象较严重，因而效率随塔径及层高的增加而显著下降，对气速的变化也较敏感，操 作弹性范围较窄，传质阻力大，吸收效率低。因此，拉西环的应用日趋减少。鲍尔环填料鲍尔环填料是针对拉西环的一些主要缺点加以改进而研制出来的填料。在普通拉西环的 侧壁上冲出上、下两层交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在环壁上，其余局部均弯 入环内，在环中心相搭，如图2-7 (b)所示。鲍尔环一般用金属或塑料制造。考虑到改善 气、液的接触状况，侧壁上开孔率应不小于30%；为保持填料有一定的强度，开孔率最大 不得超过60%。我国现行标准规定开孔率为35%。尽管鲍尔环填料的空隙率和比外表(单位体积干填料层具有的外表积)与拉西环的差不 多，但由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内外表的利用率，气体流动阻力降低，液体 分布也较均匀。同种材料、同种规格的鲍尔环比拉西环的气体通量大、流动阻力小，在相同 的压降下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大50%以上；在相同的气速下，鲍尔环填料的 压强降仅为拉西环的一半。又由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列，气体流动通畅，防止了液 体严重的沟流及壁流现象。鲍尔环比拉西环的传质效率高，操作弹性大，但价格较高。鲍尔 环以其优良的性能为工业上广泛采用。阶梯环填料阶梯环是在鲍尔环基础上开展起来的填料，如图2-7 (c)所示。阶梯环与鲍尔环的相似 之处，除环壁上也开有窗孔外，阶梯环的高度仅为直径的一半，环的一端制成喇叭口，其高 度为总高的1/5。由于阶梯环的填料较鲍尔环填料的高度减少一半，使得绕填料外壁流过 的气体平均路径缩短，减少了气体通过填料层的阻力。阶梯环一端的喇叭口形状，不仅增加 了填料的力学强度，而且使填料个体之间多呈点接触，增大了填料间的空隙，接触点成为液 体沿填料外表流动的汇聚、分散点，可使液膜不断更新，有利于填料传质效率的提高。阶梯 环填料因其具有气体通量大、流动阻力小、传质效率高等优点，是目前所用环形填料中性能 最好的一种。鞍型填料鞍型填料有弧鞍与矩鞍两种，如图2-7 (d)、(e)所示。鞍型填料是敞开型填料，其特 点是：外表全部敞开，不分内外；液体在外表两侧均匀流动；流体通道为圆弧形，使流动阻 力减小。弧鞍型填料为对称的开式弧状结构，当液体喷洒到填料外表后，弧形面使液体向两旁分 散，即使液体初始分布不均，经弧面分散后，仍可得到一定程度的改善。止匕外，弧面上无积 液，且外表的有效利用率高，因此，弧鞍填料比拉西环的传质效率高。但由于弧鞍形状是对 称的，装填时容易形成重叠，重叠的外表非但不能利用，还降低了有效空隙率，故弧鞍填料 的应用已日渐减少。在弧鞍填料的基础上开发出的矩鞍填料，它保存了弧形结构，改进了扇 形面形状，因此不但具有良好的液体再分布性能，而且填料之间基本上是点接触，不相重叠, 因此填料外表得以充分利用。鞍型填料的综合性能优于拉西环而次于鲍尔环。由于弧鞍与矩鞍填料都是敞开式结构, 故强度较差。弧鞍一般用陶瓷制造，适用于处理腐蚀性物料。金属鞍环填料金属鞍环填料是综合了鲍尔环填料通量大及鞍型填料的液体再分布性能好的优点而开 发出的填料，如图2-7 (f)所示。金属鞍环填料是由薄金属板冲成的整体鞍环。其优点是： 保存了鞍型填料的弧形结构及鲍尔环的环形结构，并且有内弯叶片的小窗；全部外表能被有 效地利用；流体湍动程度好，且有良好的液体再分布性能；通过能力大，压强降小，滞液量 小；堆积密度小；填料层结构均匀。金属鞍环填料特别适用于真空蒸饶L球形填料球形填料是用塑料铸成空心球体形状的填料。为了增加填料的外表积并减少填料的形体阻力，采用了空心球体，有的是由假设干个平面组成，有的是由许多枝条状的棒连接而 成，也有的采用外表开孔的方法，如图2-7 (g)和(h)所示。球形填料的优点在于床层上易充满填料，不会产生架桥和空穴等现象，因此床层易堆积 均匀，有利于气、液均匀分布。但由于塑料耐温性能差，故一般只用于气体吸收、净化、除 尘等。近年来不断有新型填料开发出来，这些填料的结构独特，均有各自的特点，这里不一一 介绍。(2)规整填料规整填料是由古老的木栅填料逐渐开展的。常见的规整填料为波纹填料，它是一种整砌 结构的新型高效填料，由许多片波纹薄板组成的圆饼状填料，其直径略小于壳体内径。如图 2-8所示，波纹与水平方向成45。倾角，相邻两板反相靠叠，使波纹倾斜方向互相垂直。圆 饼的高度约为40mm60mm,各饼垂直叠放于塔内，相邻的上下两饼之间波纹板片排列方 向互成90。角。图2-8波纹填料(a)元件；(b)组合单元填料；(c)填料层剖面及俯视图由于结构紧凑，有很大的比外表积，且因相邻两饼间板片相互垂直，使上升气体不断改 变方向，下降的液体也不断重新分布，故传质效率高。填料的规整排列，使流动阻力减小, 从而可以提高空塔气速。波纹填料的缺点是：不适宜处理粘度大、易聚合或有沉淀物的物料;此外，填料的装卸、清理也较困难，造价高。 波纹填料有实体与网体两种。实体的称为波纹板，可由陶瓷、塑料、金属材料制造，根据工艺要求及介质的性质来选 择适当的材料。波纹丝网填料的波纹片是由金属丝网制成的，属于网体填料。因丝网细密，故其空隙率 高，比外表积可高达700m2/m3,传质效率大大提高，每米填料层相当于10层理论板；每 层理论塔板压降仅为5070