6 多组分气体吸收和解吸过程

液体再分配装置的间距选择： 两个液体再分配装置间的距离为Z=(2.5~3)D，塔径在φ400mm以 下时，Z可允许比以上范围略大；大塔径Z也不宜超过6m；对于鲍尔环 Z=（5~10）D，环径与塔径比(d/D)大时，Z可取5，大塔径Z亦不 宜超过6m。对于矩鞍填料，填料大小与塔径之比(d/D)应小于1/15， Z=(5~8)D，大塔径Z亦不宜超过6m。
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a 支撑板 填料的支承板一般应满足两个基本条件，即自由截面积不小于塔内填料 层的孔隙率，强度足以支承填料的重量。 常见的填料支撑板和具体结构： 常见的支撑板（见图6-2）是能够满足这两项条件的支承板（主要用于 拉西环填料），扁钢条间的适宜距离为填料外径的0.6～0.8倍左右。在 较大直径的塔中也可采用较大间距，上面再放一层十字式瓷环隔层，然 后再在上堆放拉西环等填料。 详见图6-2填料的支撑板 图6-3支撑板的剖视图
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截锥式液体再分配装置（见图6-7）
是几种常用液体再分配装置中最简单的一种结构型式。适用于结构在 600~800mm以下的塔，图6-7（a）只将截锥体焊（或搁置）在塔体中，截 锥上下仍能放满填料而不占空间。当需要分段卸出填料时，则采用图6-7（b） 型的结构。截锥上加设支承板，截锥下隔一段距离再装填料。
若气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组 分的溶解度均小到可以忽略不计，则这种吸收称为单组分吸收。 若气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一种，则这种吸收称为多组 分吸收。
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二 分类：
按照溶质和溶剂结合是溶解关系还时化学反应关系，可分成化学吸收和 物理吸收；化学吸收按其化学反应的类型，又分发生可逆反应和不可逆 反应的化学吸收过程 。 按照过程进行中有无显著的温度变化，可分为等温吸收和非等温吸收。 按照气体中能被吸收的物料量多少，可分成贫气吸收和富气吸收。 按照过程进行中气液两相接触的方式和采用的设备形式，可分成喷淋吸 收、鼓泡吸收和降膜吸收等。
丙烷和丁烷
液态烃
物理吸收
一氧化氮
水
可逆化学吸收
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四 多组分吸收塔的结构
1 用于吸收过程的主要设备：是填料塔和板式塔。 2 填料塔内的传质方式： 填料塔内，以填料作为气液接触基本构件，操作中气流自下而上与自上 而下流动的液体沿着填料表面进行传质过程，属于气液两相连续逆流接 触式设备。 3 填料精馏塔与吸收塔的区别： 精馏过程也广泛采用填料塔，但操作的液气比（特别是真空精馏）要较 吸收过程小得多，容易出现液体喷淋不均匀现象而影响传质效率，故填 料精馏塔采用塔径范围较小（一般在800mm以下），传质单元高度约 为吸收塔的二倍。吸收过程采用填料塔较之精馏过程具有更为有利的条 件。这里重点介绍填料塔的结构。
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4 填料塔的结构
（1）填料塔的总体结构 详见图6-1：主要由塔体及塔的附属结 构如填料支承板、液体喷淋装置、液体 再分配装置构成；有时根据需要尚装有 气体入塔分布结构及除雾器等。
图6-1填料塔结构示意图 1-液体喷淋器 2-液体再分布器 3-填料 4-填料支撑板 5-塔体 6-入孔或手孔
25mm，当气流垂直流过除沫板所产生的阻力约为490~980Pa时，能除去 直径最小约有0.05mm的雾滴。
图6-8折板除沫器
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②丝网除沫器（见图6-9）是一种效率较高的除沫器，可除去大于0.05mm的
液滴，效率可达98~99％，但不宜用于液滴中含有或溶有固体物质（如碱液、 碳酸氢铰溶液等）的场合，否则将产生液体蒸发后固体堵塞除沫器的现象 。
图6-7截锥式再分布器
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d气体进塔装置 一般情况：一般气体进塔的分布要求并不严格，只适当采取 措施避免气流直接由接管口或水平管冲入塔内即可。 对于直径小于500mm的小塔：可使气体的入塔管伸到塔的 中心线位置，管末端切成45o的向下斜口，或类似图6-4（a） 型的向下缺口，使气体折转向上。 对于直径在1.5m以下的塔：管的末端可作成向下的喇叭形 扩大口；对于更大直径的塔，可以作成类似于图6-6（b） 型的盘管式。
g填料种类及选择 所谓填料乃是一种提供传质表面的固体填充物，其作用就在于使气液 两相能够达到良好接触，提高传质速率。 ①填料种类 填料大致可分为实体填料和网体填料两大类。在实体填料（图6-11)中 包括拉西环及其衍生环、鲍尔环、矩鞍形填料、波纹填料等；网体填 料(图6-12)则包括由丝网制成的各种填料，如鞍形网、θ网环填料等。
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（2） 填料塔的附属结构
A 填料塔附属结构对吸收过程的影响： 在填料塔的设计中，除需正确计算填料层高度及主体几何尺寸以外，一 些附属结构的设计和选择也很重要。否则容易引起气液分布不匀而严重 影响传质效率，或者由于附属构件（例如支承板）阻力过大而影响塔的 生产能力等。填料型式不同对这些构件的要求也不同，一些整砌型填料 （例如波纹填料、栅条填料）及较精密小型填料（如丝网填料、乳化塔 等）对气液分布要求更高。 B 主要附属结构： a支撑板 b液体喷淋装置 c液体再分配装置 d气体进塔装置 e除沫装置 f液体出口装置 g填料种类及选择
支撑板的选择：当用栅板（见图6-2（b））结构不能满足以上两项条件 时，可采用升气管式（见图6-2（c））支撑板。气体由升气管的齿缝流 出，液体由小孔及齿缝的底部溢流向下。当有足够的齿缝面积时，这种 结构甚至能达到100％（对于塔截面积）的气相自由截面率。对于小型 塔则可使用驼峰型支撑板（见图6-2（d））。
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三 多组分气体吸收和解吸的工业应用 （典型应用见表6-1）
1 净化或精制气体 例如：用乙醇胺液脱除石油裂解气或天然气中的硫化氢、二氧化碳；乙 烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物；合成甲醇工业 中的脱硫、脱二氧化碳；二氯乙烷生产过程中用水除去氯化氢等。 2 分离气体混合物 用以得到目的产物或回收其中一些组分。例如：石油裂解气的油吸收， 将C2以上的组分与甲烷、氢分开；用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然 气部分氧化所得裂化气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯； 乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用水吸收分离反应气体中的环氧乙烷， 用碳酸钾吸收反应气体中的二氧化碳等。
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（a）溢流管式
（b）筛孔式
图6-5 莲蓬式分布器
图6-4 盘式分布器
（a）多孔直管式
（b）多孔管式
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图6-6多孔管式分布器
c液体再分配装置
塔壁效应： 液体在沿填料层（特别是拉西环等实体填料）下流时，往往产生逐渐向 塔壁方向集中的趋势，而使总传质系数和设备传质效率大为降低。此塔 壁效应在小塔中，因其单位截面的周边大而更为显著。 为了克服这种现象，则必须在塔内每隔一段距离设置一个液体再分配装 置。
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(a)填料堆放
(b)栅板型
(c)升气管型
(d)驼峰型
图6-2填料的支撑板
(a)栅板
(b)升气管式
图6-3支撑板剖视图
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b液体喷淋装置
作用：直接影响塔内填料的表面有效利用率。
结构型式：喷淋装置的结构型式较多，主要有盘式、莲蓬式、管式、槽式等。 ①盘式分布器 (结构如图6-4)。 盘上开有φ3~10mm的筛孔，或设有＞15mm的溢流管。液体流到分布盘上 以后，轻均匀地淋洒分布在整个塔截面上。分布盘的直径为塔径的0.6~0.8倍， 适用于在直径800mm以上的塔。
（a）拉西环 （b）θ环 （c）十字环
（d）鲍尔环 （e）阶梯环 （f）弧鞍形
（g）矩鞍形
图6-11各种实体填料
（a）θ网环
（b）鞍形网
（c）压延孔环 （d）螺线圈 （e）三角线圈
图6-12常用网体填料
（f）波纹网
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实体填料 （a）拉西环 拉西环是最老最典型的一种填料，结构形状简单。常用 的拉西环为外径与高度相等的空心圆柱体（见图6-11（a））。其厚 度在机械强度允许的情况下以尽量薄为宜。 拉西环在塔内有两种填充方式：乱堆和整砌。乱堆填料装卸方便， 但压降较大；一般直径在50mm以下的填料用乱堆法。整砌法适用于 直径在50mm以上的填料，压降较小。 拉西环的材质最常用的是陶瓷，在处理碱液及高温操作等对陶瓷 不适宜的情况下，可用金属拉西环，塑料制成的拉西环等填料。 拉西环填料易产生液体沟流和壁流现象。效率随塔径及层高增 加而下降显著，随气速的变化亦很敏感，因而操作弹性小。 拉西环的衍生环有实体θ环，又名勒辛环，以及十字环等，见图 6-11（b）、（c）。勒辛环比表面较大，但压降比一般填料要高。十 字环目前只作乱堆的塔底支撑分布层用。
6 多组分气体吸收和解吸过程
目录
1 2 3 4
6.1概述
6.2多组分气体吸收典型案例
6.3多组分吸收和解吸分析 6.4多组分吸收与解吸的简捷法计算
5
6
6.5化学吸收
6.6工业吸收装置实操要点
7 7
6.7气体吸收过程的仿真操作
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6.1概述
一 基本概念：
吸收：是利用气体混合物中各组分在某液体中溶解度的不同，用液体处 理气体混合物而达到分离目的的传质过程。吸收时所用的液体溶剂称为 溶剂（或吸收剂）。被吸收的组分称为溶质（或吸收质）。 解吸即溶质从液相中分离出来转移到汽相的过程，是吸收的逆过程。
（a）丝网
（b）丝网除沫器
（c）填料除沫器
图6-9丝网除沫装置
丝网有各种规格和材料，如不锈钢丝、铜丝、镀锌铁丝、镍丝、聚四氯乙 烯丝、聚乙烯丝、聚氯乙烯丝及尼龙丝等，丝网高度，一般取100~150mm， 压降小于2450Pa，支承丝网的栅板应具有大于90％的自由截面。 ③旋流板除沫器 旋流板除沫器有如固定的风车叶片，气流通过叶片时产生旋转 运动，利用离心力的作用除出雾滴，其除雾效率可达98～99％，阻力介于折流 板与丝网除雾器之间。
3 将最终气态产品制成溶液或中间产品 例如：用水吸收氯化氢气体制成盐酸；用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液； 用水吸收丙烯氨氧化反应气中的丙烯睛作为中间产品等。
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表6-1工业吸收过程 溶质 丙酮 氨 乙醇 氯化氢 氟化氢 二氧化硫 三氧化硫 苯和甲苯 丁二烯 溶剂 水 水 水 水 水 水 水 液态烃 液态烃 吸收类型 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 物理吸收 溶质 萘 二氧化碳 氯化氢 氟化氢 硫化氢 氯 一氧化碳 CO2和H2S CO2和H2S 溶剂 液态烃 NaOH水溶液 NaOH水溶液 NaOH水溶液 NaOH水溶液 水 铜氨溶液 一乙醇胺或二乙醇胺溶 液 二乙醇胺、三乙醇胺溶 液 物理吸收 不可逆化学吸收 不可逆化学吸收 不可逆化学吸收 不可逆化学吸收 可逆化学吸收 可逆化学吸收 可逆化学吸收 可逆化学吸收
②莲蓬式喷洒器 (结构如图6-5)。 莲蓬式喷洒器通常的参数为；莲蓬头直径d为塔径D的1/5~1/3；球面半径为 （0.5~1.0）d；喷洒角 80 喷洒外圈距塔壁距离70~100mm； 蓬头 小孔直径3～10mm；孔数可根据液体流量、物理性质和操作压力等确定。 莲蓬式喷洒器一般在直径600mm以下的塔中使用。 ③管式喷淋器 (如图6-6所示)。 多孔直管式和多孔盘管式的管底部都开有2~4排φ3～6mm的小孔，孔的总面 积约与进料管面积相等。多孔直管式适用于塔径在600mm以下的情况，而多 孔式则可适用于塔径为1200mm以下的情况。
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f 液体出口装置
液体的出口装置既要便于从塔内排液，又要防止气体从液体出口外泄； 常用的液体出口装置可采用液封装置，如图6-10（a）所示； 若塔的内外压差较大时，可采用倒U型管液封装置，如图6-10（b）所示。
（a）液封
（b）倒U型管
图6-10液体的出口装置
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e除沫装置 雾膜夹带现象：在操作中有时空塔气速过大，或因塔顶的液体喷淋装置产生严 重溅液现象，或工艺过程不允许气体夹带液滴，则需考虑加设除沫装置。 填料塔常用的除沫装置：拆板除沫器、在液体喷淋装置与出气管之间填置一段干 填料、丝网除沫器及旋流板除沫器。
①折板除沫器（见图6-8）由50×50×3的角钢构成，板间横向距离为