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1、模块六 气体吸收操作项目 1 认识气体吸收装置【教材版本】李祥新、朱建民主编化工单元操作 ，高等教育出版社 2009年 3 月出版。【教学目标】1通过观察吸收实训装置，掌握吸收塔的基本结构和工作原理。2熟悉吸收塔各部件的结构和作用。3掌握吸收操作基本知识。【教学重点、难点】重点：填料吸收塔结构及工作原理难点：吸收机理【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入演示实训评价讲授讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。【学时安排】8 学
2、时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习气体吸收的相关知识。【教学过程】一、导入酸雨是怎样形成的？怎样净化含污染物的尾气？可以用吸收解决之。吸收是分离气体混合物的操作，如用水吸收氨气制取氨水，工业废气中 SO2等有害气体的处理，均为吸收操作。二、教师讲授及演示实训步骤1布置实训任务：认识气体吸收装置。2引导学生先大致了解气体吸收装置，简述其用途，提高学生学习兴趣。图 6-1 气体吸收装置三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。观察吸收塔主体观察填料类型观察进气系统观察尾气测定系统观察仪表及调节
3、系统四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。一、吸收塔学生自学、讨论内容1填料塔的结构是怎样的？各部件起什么作用？A 型和 B 型填料塔有什么区别？ 塔体、支座液体进口、液体分布器、液体再分布器、液体收集器、液体出口填料、填料压板、填料支承板气体进口、气体出口教师讲授内容1填料的种类、结构、装填方式及其特点根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。（1）散装填料（乱堆填料、颗粒填料）散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。如
4、图 6-3 所示。（a）鲍尔环 （b）梯形环（c）矩鞍填料 （d）环鞍形填料 （e）球形填料图 6-3 几种典型的散装填料（2）规整填料 根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。如图 6-4 所示。（a）格栅填料 （ b）金属丝网波纹填料 （c ）陶瓷波纹填料图 6-4 常见规整填料常见填料的结构特点及应用见表 6-1。（3）填料的特性 比表面积指单位体积填料的表面积，以 a 表示，单位为 m2/m。填料的比表面积越大，所提供的气、液传质面积越大，气、液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高。空隙率是指单位体积填料中的空隙体积，以 表示，单位为 m3/m3，或以%表示。填料的
5、空隙率越大，结构越开敞，通量越大，气体通过的能力越大且压降低。填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即 a/ 3，称为填料因子，单位为1/m。填料因子值越小，表明流动阻力越小。几种填料的综合评价见表 6-2。波纹填料最好，金属鞍环填料次之。2填料支承板的类型与结构用途是支承塔内的填料，同时又能保证气、液两相顺利通过。栅板如图 6-5 所示。如将填料乱堆在其上，会堵塞空隙，减少开孔率，故常用于规整填料塔。气体喷射式支承板，气体容易进出填料层，液体也可自由排出，利于液体的均匀分配，避免了液泛现象。如图 6-6 所示。图 6-5 栅板结构 图 6-6 气体喷射式支承板结构3液体分布器的类型与结构液体分
6、布器的作用是将液体均匀地分布在填料表面上，提高填料表面的有效利用率。液体分布器的位置通常高于填料表面 150300mm。常用的液体分布器有莲蓬头式、多孔排管式、盘式、齿槽式等。如图 6-7 所示。 （a ）槽盘式 （b）齿槽式（c ）喷洒式分布器喷嘴 （d）排管式图 6-7 液体分布器4液体再分布器的类型与结构 改善壁流的情况，在填料层内部每隔一定高度设置一液体分布器。常见的有多孔盘式分布器、锥形分布器。如图 6-8 所示。如考虑分段卸出填料，可在分布器之上另设支承板。（a ）截锥式 （b）多孔盘式图 6-8 液体再分布器5除沫器的类型与结构除沫器是用来除去填料层顶部逸出的气体中的液滴，安装在
7、喷淋装置上方。除沫器种类很多，常见的有折板除沫器、丝网除沫器和旋流板除沫器等，其中丝网除沫器应用广泛，如图 6-9 所示。当塔内气速不大，工艺过程无要求时，可不设除沫装置。图 6-9 丝网除沫器二、吸收的基础知识学生自学、讨论内容2吸收是怎么回事？解吸又是怎么回事？3吸收剂、吸收质和惰性气分别是指什么？ 教师讲授内容2吸收操作的应用（1）制取溶液。如用水吸收氨气制取氨水，用水吸收氯化氢制取盐酸等。（2）分离气体混合物。如用洗油（煤焦油的精制品）处理焦炉气，除去其中的少量苯及甲苯蒸气。（3）除去气体中有害的杂质。如用丙酮脱出石油裂解气中的乙炔。（4）回收气体混合物中有用组分，以综合利用，保护环境
8、。如工业废气中SO2，NO，NO 2，H 2S 等有害气体的处理。学生自学、讨论内容4以煤气脱苯为例，说明吸收操作的流程（图 6-10）。图 6-10 吸收解吸流程教师讲授内容3吸收过程的分类吸收操作可以按不同方法分类，见表 6-3。表 6-3 吸收操作的分类分类方法 分类 特 点物理吸收吸收过程中溶质与吸收剂之间不发生明显的化学反应按吸收过程有无化学反应分类化学吸收吸收过程中溶质与吸收剂之间有明显的化学反应单组分吸收混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分皆不溶解于吸收剂按被吸收的组分数目分类多组分吸收 混合气体中有两个或更多组分进入液相等温吸收吸收过程的热效应较小，或被吸收组分在气相中浓度
9、很低，而吸收剂用量相对较大时，温度升高不显著按吸收过程有无温度变化分类非等温吸收吸收过程中热效应较大，或有反应热产生，随着吸收过程的进行，溶液温度逐渐变化常压吸收 吸收操作在常压下进行按吸收过程的操作压力分类 加压吸收吸收操作在一定压力下进行，以增大溶质在吸收剂中的溶解度三、吸收原理1吸收过程的气液相平衡亨利定律吸收是气、液两相之间的传质过程，该过程进行的方向是趋于相平衡，过程的极限是气、液两相达到平衡，即气相在液相中溶解达到饱和。相平衡线（溶解度曲线）如图 6-11，图中每一条线，分别给出了在一定温度和压力下，氨的气、液相组成的相平衡关系。图 6-11 不同温度下氨在水中的平衡溶解度亨利定律
10、：在总压不高（p0.5MPa） ，温度一定的条件下，气、液两相达到平衡状态时，稀溶液上方溶质的平衡分压与溶解度之间成正比，即（6-1）*ApEx式中 溶质在气相中的平衡分压，kPa ；*ApE比例常数，称亨利系数，kPa； 溶质在液相中的摩尔分数。Ax亨利系数 E 值随物系而变化，当物系一定时，温度升高， E 值增大。亨利系数由实验测定，一般易溶气体的 E 值小，难溶气体的 E 值大。亨利定律的其他形式：（1）用摩尔分率表示相组成（6-1a）*Aymx式中 相平衡时，溶质在气相中的摩尔分数；*Aym相平衡常数， （p 为总压，kPa） ，由实验测得。E（2）用摩尔比（或比摩尔分数）表示相组成（
11、6-1b）*AYmX式中 相平衡时气相中溶质的摩尔比， ；*AY AABB1yp溶液中溶质的摩尔比， 。AXAAB1nxX通过相平衡关系可以判别过程进行的方向和限度：当 YA 或 XA 、p A 时，为吸收过程；*当 YA 或 XA 、p A 时，为平衡状态；当 YA 或 XA 、p A 时，为解吸过程。*2吸收过程的推动力气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的差值即为吸收过程的传质推动力。推动力可用气相推动力或液相推动力表示，即（6-2）*AY（6-3）X吸收过程推动力越大，吸收越容易，越有利于吸收。3吸收机理双膜理论吸收是气相中的吸收质经过吸收操作转入到液相中去的一个传质过程。图 6
12、-12 气体吸收双膜理论模型双膜理论的基本要点如下：（1）气、液两相界面两侧存在两个很薄的流体膜气膜和液膜。（2）界面上不存在传质阻力，在气、液两相主体中也没有传质阻力，阻力集中在两膜层中。吸收过程简化成为经过气、液两膜的分子扩散过程，吸收过程的推动力主要来源于气相的分压差和液相的浓度差。4吸收速率单位时间内通过单位传质面积的吸收质的量称为吸收速率。吸收速率与传质推动力成正比，与传质阻力成反比对易溶气体，阻力主要集中在气膜内，气膜阻力控制着整个过程的吸收速率，称“气膜控制” 。对难溶气体，阻力主要集中在液膜内，液膜阻力控制着整个过程的吸收速率，称“液膜控制” 。要提高吸收速率，可以从以下几方面
13、来考虑：（1）减小双膜厚度增大流体的流速，使流体强烈地搅动，可以减小膜的厚度。对气膜控制的吸收过程，要增大气速，增加气体总压；对液膜控制的吸收过程，要增大液体的流速，使液体强烈地搅动。（2）增大吸收推动力采用溶解度大的吸收剂，降低吸收温度，增大操作压力。（3）增大气、液相接触面积增大气、液体的分散度，并选用高效填料。【作业】复习题，计算题1吸收操作与蒸馏操作有什么异同点？ 2吸收过程的双膜理论有什么局限性？怎样根据双膜理论来控制吸收操作条件？项目 2 填料塔流体力学特性的测定【教材版本】李祥新、朱建民主编化工单元操作 ，高等教育出版社 2009年 3 月出版。【教学目标】1通过填料塔流体力学性
14、能的测定，学会填料塔流体力学性能的测定方法。2掌握吸收过程的有关工艺计算。【教学重点、难点】重点：填料塔流体力学性能的测定难点：吸收过程工艺计算【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入演示实训评价讲授讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。【学时安排】8 学时【教学建议】先明确本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习气体吸收的相关知识。【教学过程】一、导入
15、怎样评价填料塔性能的优劣？是不是只能在工作中评价？通过测定填料塔流体力学性能，可以评价填料塔性能的好坏，进一步指导生产。二、教师讲授及演示实训步骤1布置实训任务：测定填料塔流体力学性能。2引导学生大致了解气体吸收实训装置，演示其操作方法。三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。检查准备开动供水系统开动空气系统观察拦液现象观察液泛现象正式测定绘制曲线四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。一、填料塔的流体力学性能1填料层的持液量 一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以 m3 液体/m 3 填料表示。持液量小则气体流通阻力小，到载点后，持液量随气速的增加而增加。适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的。但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。2填料层的压降 在逆流操作填料塔中，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。图 6-14 填料
