吸收解吸实训实验

一、前言 1

二、实训目的 2

三、实训原理 2

四、吸收解吸实训装置介绍 4

(一) 装置介绍 4

(二) 吸收解吸工艺 5

(三) 工艺流程图 5

(四) 吸收解吸配置单 7

(五) 装置仪表及控制系统一览表 9

(六) 设备能耗一览表 10

五、实训步骤 10

(一) 开机准备 10

(二) 正常开机 10

(三) 正常关机 15

(四) 液泛 16

(五) 记录数据表 16

一、前言

职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才，而实训设备是培养这种能力的关键环节。

传统的实验设备更多是验证实验原理，缺乏对学生实际动手能力的培养，更无法实现生产现场的模拟，故障的发现，分析，处理能力等综合素质的培养。

为了实现职业技术人才的培养，必须建立现代化的实训基地，具有现代工厂情景的实训设备。

本吸收解吸实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起，实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式，以典型的化工生产过程为载体，以液——液传质分离任务为导向，以岗位操作技能为目标，真正做到学中做、做中学，形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系，开发设计吸收解吸操作技能训练装置。

本吸收解吸实训装置具有以下特点：

课程体系模块化；实训内容任务化；技能操作岗位化；安全操作规范化；考核方案标准化；职业素养文明化。

二、实训目的

1)了解填料塔的结构和特点；

2)能正确使用设备、仪表，及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养；

3)能及时掌握设备的运行情况，随时发现、正确判断、及时处理各种异常现象，特殊情况能进行紧急停车操作；

4)掌握填料吸收、解吸塔的基本操作、调节方法；

5)了解吸收、解吸总传质系数的意义；

6)了解影响吸收解吸的主要因素；

7)学会做好开车前的准备工作；

8)正常开车，按要求操作调节到指定数值；

9)完成水吸收空气中CO2操作，分析吸收前后的浓度，并计算传质系数、传质单元高度；

10)完成空气解吸水中CO2操作，分析解析前后的浓度，并计算传质系数、传质单元高度；

11)能进行故障点的排除工作；

12)正常停车；

13)了解掌握工业现场生产安全知识。

三、实训原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。

（6-35）

式中 ——气相A+B的流率，kmol.m-2.s-1；

——液相A+S的流率，kmol.m-2.s-1；

1．全塔物料衡算得：

（6-38）

2．塔顶与塔内任一截面物料衡算得：

（6-39）

3．塔底与塔内任一截面物料衡算得：

1．计算公式

填料层高度Z为

式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；

Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；

HOL 液相总传质单元高度，m；

的物理含义

塔内取某段高度填料层。若该段填料层的气相浓度变化等于该段填料层以气相浓度表示的总推动力，则该段填料层高度为传质单元（高度）。

NOL 液相总传质单元数，无因次。

物理含义是全塔气相浓度变化与全塔以气相浓度表示的总推动力之比。

令：吸收因数A=L/mG

2．测定方法

（1）空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定填料层高度Z和塔径D；

（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；

（4）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成

y = mx

式中： m 相平衡常数，m=E/P；

E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；

P 总压，Pa，取1atm。

对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算

可得x1 。

的物理含义

塔内取某段高度填料层。若该段填料层的气相浓度变化等于该段填料层以气相浓度表示的总推动力，则该段填料层高度为传质单元（高度）。

（二）的物理含义

的物理含义是全塔气相浓度变化与全塔以气相浓度表示的总推动力之比。

（三）说明

1．传质单元法特点

将塔高计算式写成传质单元（高度）与传质单元数的乘积，只是变量的分离与合并，并无实质性的变化，但这样处理有以下优点：

（1）中所含变量仅与相平衡关系、气相进出塔浓度有关，而与塔设备的型式和操作条件无关。因此，反映了分离任务的难易。

（2）与操作状况、物性、填料几何形状等设备效能有关，是完成一个传质单元所需塔高，故反映了设备效能的高低或填料层传质动力学性能的好环。一般为0.15~1.5 m，具体数值由实验确定。

四、吸收解吸实训装置介绍

(一)装置介绍

实验装置分为流体输送对象，控制柜，上位机，数据监控采集软件，数据处理软件几部分。

流体输送对象包括吸收塔、解吸塔、风机，水泵、储气罐、水箱、转子流量计、孔板流量计、CO2钢瓶、差压变送器、现场变送仪表等。

(二)吸收解吸工艺

吸收解吸是石油化工生产过程中较常用的重要单元操作过程。吸收过程是利用气体混合物中各个组分在液体(吸收剂)中的溶解度不同，来分离气体混合物。被溶解的组分称为溶质或吸收质，含有溶质的气体称为富气，不被溶解的气体称为贫气或惰性气体。

溶解在吸收剂中的溶质和在气相中的溶质存在溶解平衡，当溶质在吸收剂中达到溶解平衡时，溶质在气相中的分压称为该组分在该吸收剂中的饱和蒸汽压。当溶质在气相中的分压大于该组分的饱和蒸汽压时，溶质就从气相溶入液相中，称为吸收过程。当溶质在气相中的分压小于该组分的饱和蒸汽压时，溶质就从液相逸出到气相中，称为解吸过程。

提高压力、降低温度有利于溶质吸收；降低压力、提高温度有利于溶质解吸，正是利用这一原理分离气体混合物，而吸收剂可以重复使用。

(三)工艺流程图

吸收工艺流程：水箱里的自来水经水泵加压后，经液相转子流量计、涡轮流量计后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由旋涡风机送来的空气进入气体缓冲罐后，经闸阀调节流量、通过转子流量计后，与由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳一定比例（一般10：1）混合后，经过孔板流量计，然后再直接进入塔底，与水在塔内填料进行逆流接触，进行质量和热量的交换，用水吸收空气中的CO2，由塔顶出来的尾气放空，塔底出来的吸收液进入中间储罐（供解吸的原料液）。由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。

解吸工艺流程：水箱里的富含CO2经水泵加压后，经液相转子流量计、涡轮流量计后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由旋涡风机送来的空气进入气体缓冲罐后，经闸阀调节流量、通过转子流量计、经过孔板流量计后，直接进入塔底，与水在塔内填料进行逆流接触，进行质量和热量的交换，空气解吸出水里的CO2，由塔顶出来的气体放空，塔底出来的解吸后的液体液进吸收液储罐（供吸收重复使用）。由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。

图1 吸收解吸实训装置

(四)吸收解吸配置单

(五)装置仪表及控制系统一览表

(六)设备能耗一览表

五、实训步骤

(一)开机准备

1)检查公用工程水电是否处于正常供应状态（水压、水位是否正常；电压、指示灯是否正常）。

2)打开CO2钢瓶阀门，检测CO2钢瓶减压阀压力是否正常；

3)熟悉设备工艺流程图，各个设备组成部件所在位置；熟悉各阀门的作用及用途。

4)熟悉温度、流量测量点、控制点的位置。

5)在向罐体加液前，检查罐体各阀门位置：关闭阀门VA013、VA011；打开阀VA010。

6)打开自来水阀门，往吸收剂储液罐V103里加入自来水，液位到罐体的2/3的位置，水箱液位可通过浮球阀控制。

7)测量并记录当前轻相液储罐和重相液储罐的液位。

(二)正常开机

1、开启电源

1）在仪表操作盘台上，开启总电源开关，此时总电源指示灯亮；

2）开启仪表电源开关，此时仪表电源指示灯亮，且仪表上电。

2、开启计算机启动监控软件

1）打开计算机电源开关，启动计算机；

2）在桌面上点击“吸收解吸实训软件”，进入MCGS组态环境，如图2所示：

图2 MCGS组态软件组态环境

3）点击菜单“文件\进入运行环境”或按“F5”进入运行环境，如图3所示，输入班级、姓名、学号后，按“确认”，进入图4界面，点击“填料吸收塔单元操作实训”进入实训软件界面，如图5所示，监控软件就启动起来了。

图3 监控软件登陆界面 图4 监控软件实训项目选择界面

图5 填料吸收塔单元操作实训软件界面

图6 填料解吸塔单元操作实训软件界面

4）图5、6中，PV表示实际测量值、SV表示设定值、OP；“控制设置”将打开控制界面，如图6所示，可对控制的PID参数进行设置，一般不设置。

图6 吸收液相流量控制窗口

3、开启吸收塔液相水泵和管路

1)检查管路各阀门位置：打开阀门： VA012、VA014、VA008、VA010；关闭阀门VA013、VA007、VA009、VA011。

2)检查吸收液相水泵前阀VA012是否打开，打开吸收液相泵电源开关，泵运转，检查泵运转方向是否正常。吸收液相流量调节：手动时：调节阀门VA104，调节吸收液相流量为200L/h；自动调节时：把阀门VA104逆时针开到最大，在仪表控制箱上把“吸收液相流量手自动控制仪”设到自动控制状态，设定仪表设定值为200，吸收液相流量就会自动控制在2000L/h。吸收液相流量控制结构图如图7所示。

图7 吸收液相流量控制结构图

4、开启吸收塔气相风机和管路

1)检查管路各阀门位置：打开阀门VA004、VA006；关闭阀门VA002、VA003；调整阀VA001的开度。

2)打开气相风机电源开关，风机运转，检查风机运转方向是否正常（进风口吸风为正确），配合调节阀VA001、VA004的大小，调节吸收气相流量为4m3/h。

5、吸收塔底液封的调节

调节好液相流量和气相流量后，调节阀VA008的开度大小，调节塔底液封在塔底液体出口管到气相进风口之间，并保持稳定。注意：液封过高会使液相倒流到气相管路里去，没有液封会导致液体直接从塔底逃出吸收塔外，起不到吸收的作用。

6、开启解吸塔气相风机和管路

1)检查管路各阀门位置：打开阀门VA103、VA106；关闭阀门VA102、VA109；调整阀V101的开度。

2)打开气相风机电源开关，风机运转，检查风机运转方向是否正常（进风口吸风为正确），配合调节阀VA101、VA103的大小，调节解吸气相流量为4m3/h。

7、开启解吸塔液相水泵和管路

1)检查管路各阀门位置：打开阀门： VA110、VA111、VA107；关闭阀门VA011、VA108。

2)检查解吸液相水泵前阀VA110是否打开，打开吸收液相泵电源开关，泵运转，检查泵运转方向是否正常。吸收液相流量调节：手动时：调节阀门VA111，调节吸收液相流量为200L/h；自动调节时：把阀门VA111逆时针开到最大，在仪表操作盘台上把“解吸液相流量手自动控制仪”设到自动控制状态，设定仪表设定值为200，解吸液相流量就会自动控制在2000L/h。解吸液相流量控制结构图如图7所示。

图7 解吸液相流量控制结构图

8、解吸塔底液封的调节

调节好液相流量和气相流量后，调节阀VA107的开度大小，调节塔底液封在塔底液体出口管到气相进风口之间，并保持稳定。注意：液封过高会使液相倒流到气相管路里去，没有液封会导致液体直接从塔底逃出解吸塔外，起不到解吸的作用。

9、实验方法

1）当操作稳定后（一般稳定10分钟左右），通过阀VA301取吸收气相原料样，通过VA302取吸收气相尾气样；通过阀VA304取解吸前气相样，通过阀VA303取解吸后气相样；

2）连到色谱，进样分析各浓度。

3）调整吸收、解吸液的流量到300L/h，稳定10分钟，再取一组样；

4）进样到色谱，进行分析各浓度。

(三)正常关机

1、CO2钢瓶停车：

1）实验取样结束后，先关闭CO2钢瓶的阀门，再逆时针方向关闭减压阀阀门。

2、解吸液相泵停车：

1）在仪表操作台上，对“解吸液相流量手自动控制仪” 上，把解吸液相流量设定值设定为0，让解吸液相泵停止转动；

2）关闭“解吸水泵电源”开关。

3、解吸风机停车：

1）在仪表控制操作台上，关闭“解吸风机电源”开关；

4、吸收风机停车：

1）在仪表控制操作台上，关闭“吸收风机电源”开关；

5、吸收液相泵停车：

1）在仪表操作台上，对“吸收液相流量手自动控制仪” 上，把吸收液相流量设定值设定为0，让吸收液相泵停止转动；

2）关闭“吸收水泵电源”开关。

6、仪表电源关闭：

1）关闭仪表电源开关。

7、控制柜总电源关闭：

1）关闭总电源空气开关，关闭整个设备电源。

(四)液泛

试着加大吸收、解吸的气体和液体流量，看看在多少气体和液体流量下会液泛，观察液泛是流体在填料的状态。

(五)记录数据表

班级 姓名 学号 吸收气体温度： ℃ 吸收液体温度 ℃ 解吸气体温度 ℃ 解吸液体温度 ℃