吸收解吸实训说明书.doc

吸收与解吸实训装置
说明书

天津大学化工基础实验中心
2011．12
一、吸收与解吸实训装置目的和功能：
1.实训装置要求学生掌握吸收与解吸分离过程的原理和流程，吸收与解吸塔的操作及影响因素，填料塔的结构与附属设备，了解填料塔塔内压降、液泛等不正常情况。
2.实训装置能够承担化工工艺专业学生技能培训工作，要求根据国家职业标准完成化工总控工和吸收工初、中、高级的技能等级鉴定工作。
3.实训装置要求承担化工企业操作工的技能培训、完成化工总控工和吸收工高级工、技师、高级技师的技能培训和技能鉴定工作。
4.能够熟练运用基本技能完成工业吸收与解吸操作，独立处理吸收与解吸操作中出现的问题，解决本吸收与解吸操作中的工艺难题。在工艺革新和技术改革方面有一定的资源分配能力。
5.实训装置要求具有模拟实际生产过程容易出现故障的功能，从而为训练学生判断故障名称、分析故障原因以及确定排除故障方法，到最终动手排除故障，都提供了真实可信的平台。
6.实训装置要求实训物系为二氧化碳-水体系，要求学生选择适宜的吸收液流量、温度，通过实际操作完成指标。
7.实训装置要求完成解吸塔内上升气体流量自动控制，吸收与解吸塔内液体流量自动控制，意外事故出现时，实训装置具有自锁和联动功能。
二、实训内容：
1.工艺文件准备：
能识记吸收、解吸生产过程工艺文件，能识读吸收岗位的工艺流程图、实训设备示意图、实训设备的平面和立面布置图，能绘制工艺配管简图，能实读仪表联锁图。熟悉吸收塔、解吸塔、填料及附属设备的结构和布置。
2.开车前动、静设备检查训练（检查吸收塔、解吸塔、管件、仪表、离心泵、漩涡气泵等是否完好，检查阀门、测量点、分析取样点是否灵活好用）：
（1）开车前检查T101吸收塔、T102解吸塔的玻璃段完好情况有无破损；
（2）开车前检查各个管件有无破损；
（3）开车前检查仪表，检查办法：打开吸收与解吸实训装置的控制柜上总电源开关，仪表全亮并无异常现象（如不断闪烁为异常现象），说明仪表能正常工作；
（4）检查离心泵P102、P103的叶轮是否能转动自如；
（5）检查漩涡气泵P104的叶轮能否转动自如；
（6）检查所有阀门能否开关，保证灵活好用；
（7）检查测量点、分析取样点能否正常取样分析。
3.检查原料液、原料气、水、电等公用工程供应情况的训练：
开车前首先检查原料液的供应情况：即观察原料液储罐V102、储罐V104的液位计里的液位是否达到开车要求，如果没有达到要求，需要打开进水的总阀使水进入到储罐内，达到所需的液位，关闭进水总阀。检查二氧化碳钢瓶储量，是否有足够二氧化碳供实训使用。检查实验室内的水、电的供应情况。设备上电，检查流程中各设备、仪表是否处于正常开车状态，准备启动设备试车。
4.制定开车步骤、编好岗位操作规程、制定操作记录表格（如表一所示）:
表一 吸收与解吸实训数据记录表
采集时间（min）

吸收气进塔温度（℃）

吸收气出塔温度（℃）

解吸气进塔温度（℃）

解吸气出塔温度（℃）

吸收液进塔温度（℃）

吸收液出塔温度（℃）

解吸液进塔温度（℃）

解吸液出塔温度（℃）

吸收塔内压差（KPa）

解吸塔内压差（KPa）

吸收液泵频率（Hz）

解吸液泵频率（Hz）

吸收液流量（l/h）

解吸收液流量（l/h）

吸收气流量（l/h）

解吸收气流量（m3/h）

填表人：

填表日期 ：

5.二氧化碳气瓶安全性检测：
（1）使用高压钢瓶的主要危险是钢瓶可能爆炸和漏气。若钢瓶受日光直晒或靠近热源，瓶内气体受热膨胀，以致压力超过钢瓶的耐压强度时，容易引起钢瓶爆炸。
（2）搬运钢瓶时，钢瓶上要有钢瓶帽和橡胶安全圈，并严防钢瓶摔倒或受到撞击，以免发生意外爆炸事故。使用钢瓶时，必须牢靠地固定在架子上、墙上或实训台旁。
（3）绝不可把油或其它易燃性有机物粘附在钢瓶上（特别是出口和气压表处）；也不可用麻、棉等物堵漏，以防燃烧引起事故。
（4）使用钢瓶时，一定要用气压表，而且各种气压表一般不能混用。气体的钢瓶气门螺纹是正扣的。
（5）使用钢瓶时必须连接减压阀或高压调节阀，不经这些部件让系统直接与钢瓶连接是十分危险的。
（6）开启钢瓶阀门及调压时，人不要站在气体出口的前方，头不要在瓶口之上，而应在瓶之侧面，以防钢瓶的总阀门或气压表被冲出伤人。
（7）当钢瓶使用到瓶内压力为0.5MPa时，应停止使用。压力过低会给充气带来不安全因素，当钢瓶内压力与外界压力相同时，会造成空气的进入。
6.样品分析仪器的准备、化学药品的配制技能训练:
检查样品分析所用化学分析仪和药品的准备情况，0.1M的Ba（OH）2标准液500ml，0.1M的盐酸500ml，滴酚酞指示剂50ml、酸式滴定管、10ml、5ml移液管，150ml锥型瓶4个。
7.离心泵、风机等设备的开停车技能训练:
（1）以吸收塔T101离心泵P102的操作为例：
离心泵P102开车：首先检查流程中各阀门是否处于正常开车状态：阀门VA124、VA125、VA126、VA111、VA112、A105、VA106、VA117、VA118、VA109关闭，阀门VA120、VA123、VA113、VA116全开。确认阀门VA111处于关闭状态，然后启动离心泵P102, 打开阀门VA111，吸收剂（解吸液）通过文丘里流量计F101从顶部进入吸收塔T101。
离心泵停车：首先关闭离心泵出口阀门VA111，在关闭离心泵P102的开关。
（2）解吸塔T102漩涡气泵P104的操作：
漩涡气泵P104开车：全开阀门VA116，启动风机P104，逐渐调节阀门VA116，观察空气流量FIC101的示值，解吸气由底部进入解吸塔，记录解吸塔压降，空气入口温度。
漩涡气泵P104停车：首先调节阀门VA116到最大位置，然后关闭漩涡气泵P104的开关。
8.液体流量及气体流量的调节技能训练：
控制离心泵P102流量有两种方法一个是手动调节仪表控制流量；一种是电脑程序操作。首先把阀门VA111关闭。打开阀门VA123，打开总电源开关，在PIC101仪表上手动调节，按仪表的向左键，调节向上向下键调到所需要的流量（或直接打开电脑吸收程序在界面上找到PIC101点击在界面上输入所需要的流量），启动离心泵P102开关稳定一段时间就可以自动控制到所需要的流量了。
9.吸收、解吸塔开、停车技能训练：
正常开车：
（1）确认阀门VA111处于关闭状态，启动离心泵P102, 逐渐打开阀门VA111，吸收剂通过文丘里流量计F 101从顶部进入吸收塔。
（2）将吸收剂流量设定为规定值（2KPa），观测流量计F101显示和解吸液出口压力PI103显示。
（3）启动气泵P101，通过阀门VA109将空气流量调节到1.5m3/h。
（4）启动旋涡气泵P104, 将空气流量设定为规定值（4.0～10m3/h），调节空气流量FIC101。
（5）观测吸收液储槽的液位LI01，待其大于规定液位高度（1/3）后，）确认阀门VA112处于关闭状态，启动离心泵P103, 逐渐打开阀门VA112，吸收液通过文丘里流量计F 102从顶部进入解吸塔。
（6）打开二氧化碳钢瓶阀门，调节二氧化碳流量到规定值。
（7）二氧化碳和空气混合后制成实训用混合气从塔底进入吸收塔。
（8）注意观察二氧化碳流量变化情况，及时调整到规定值。
（9） 观测气体、液体流量和温度稳定后开车成功。
正常停车：
（1）关闭二氧化碳钢瓶总阀门，关闭二氧化碳减压阀。
（2）关闭气泵P101电源。
（3）首先关闭阀门VA111、VA112，然后关闭离心泵P102、P103的开关。
（4）关闭涡气泵P104电源。
（5）关闭总电源。
10.原料气体浓度的配制技能训练：
关闭阀门VA107、VA108、VA109，打开钢瓶V101上出口阀VA114，通过调节阀门VA107开度调节二氧化碳流量，由转子流量计F103读出流量。
启动风机P101，通过调节阀门VA109开度调节空气流量，由转子流量计F105读出流量。二氧化碳流量和空气流量比1：3到1：2之间，即混合气体中二氧化碳体积分数25%到30%之间。
11.吸收塔稳定性的分析与判断训练：
根据上一步分别测得实验过程中吸收塔进出口混合气体中二氧化碳的浓度，计算吸收塔的液相传质系数。
12.吸收塔吸收液浓度测量技能训练：
（1）操作达到稳定状态之后，测量塔底的水温，同时取样，用三角瓶从阀门VA102、VA117分别取20ml样品，测定塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。
（2） 二氧化碳含量的测定
用移液管吸取0.1M的Ba（OH）2溶液10mL，放入三角瓶中，从塔底溶液10 mL，用胶塞塞好，并振荡。溶液中加入2～3滴酚酞指示剂，最后用0.1M的盐酸滴定到粉红色消失的瞬间为终点。记录好滴定所用盐酸的体积。按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：

13.解吸塔压降测量技能训练：
（1）干填料时塔性能测定：
手动操作：
调节阀门VA116至全开，启动气泵P104，通过改变阀门VA116开度，分别测得在不同空气流量下塔压降，并记录（如表二所示）。
表二 干填料时△P/z～u关系测定
填料层高度Z= m 塔径D= m
序号
空气转子流量计读数m3/h
填料层压强降KPa
温度℃
单位高度填料层压强降mmH2O/m
空塔气速
m/s
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

根据以上数据绘制△P/z～u关系曲线。
计算机操作：
打开计算机找到吸收程序并打开，关闭阀门VA116。在计算机程序上启动风机，在（计算数据）中找到（空塔气速测定）并点击，在所弹出的对话窗中的（手动控制）中（气体流量调节）处输入（0—100）的数值所代表的是电动调节阀VA119的开度，点击（气体流量调节）键，待数据稳定后点击（数据处理）中的（计算数据），程序会自动记录实验数据并绘图。
（2）湿填料塔性能测定：
手动操作：
先将V104罐中的液体利用离心泵P102 输送到罐V102中后关闭离心泵P102，打开离心泵P103，设定一定的液体流量，电动调节阀VA119开度调成0，全开阀门VA116，启动风机P104开关，在涡轮流量计F106量程范围内，通过改变阀门VA116开度，分别测得在不同空气流量下塔压降，注意液泛点，即出了液泛后风机流量不再调大记录好数据后立即关闭风机P104防止长时间液泛积液过多（如表三所示）。
表三 湿填料时△P/z～u关系测定
填料层高度Z= m 塔径D= m
序号
空气转子流量计读数m3/h
填料层压强降KPa
温度℃
单位高度填料层压强降
mmH2O/m
空塔气速
m/s
操作现象
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

根据以上数据绘制△P/z～u关系曲线。
计算机操作：
打开计算机找到吸收程序并打开，关闭阀门VA116。在计算机程序上启动风机，在（计算数据）中找到（空塔气速测定）并点击，在所弹出的对话窗中的（手动控制）中（气体流量调节）处输入（100）的数值所代表的是电动调节阀VA119的开度，在（液体流量调节）输入相应的数值后，分别点击（气体流量调节）键和（液体流量调节）键，待数据稍微稳定后点击（数据处理）中的（计算数据），程序会自动记录实验数据并绘图。每次改变一定的（气体流量调节）液量不变。待塔体出现液泛后快速记录数据后关闭风机P104。
14.吸收系数和吸收液浓度测量技能训练：
稳定操作后在AI101、AI102、AI103取样口取样分析，记录数据（如表四所示）。
表四 填料吸收塔传质实验数据表
序号
被吸收的气体: CO2; 吸收剂:水; 塔内径:100ｍｍ
1
塔类型
吸收塔
2
填料种类

3
填料尺寸 (m)

4
填料层高度 (m)

5
CO2转子流量计读数 m3／h

6
气体进塔温度 ℃

7
流量计处CO2的体积流量 m3／h

8
空气转子流量计读数 m3／h

9
文丘里流量计读数（KPa）

10
吸收剂流量（l/h）

11
中和CO2用Ba(OH)2的浓度mol／l

12
中和CO2用Ba(OH)3的体积 ml

13
滴定用盐酸的浓度 mol／l

14
滴定塔底吸收液用盐酸的体积 ml

15
滴定空白液用盐酸的体积 ml

16
样品的体积 ml

17
塔底液相的温度 ℃

18
亨利常数E 108Pa

19
塔底液相浓度 CA1 kmoI ／m3

20
空白液相浓度 CA2 kmoI ／m3

21
传质单元高度 HL E-7 kmol/(m3*Pa)

22
平衡浓度 CA1* 10-2 kmol /m2

23
平衡浓度 CA2* 10-2 kmol /m3

24
平均推动力 △CAm kmoICO2／m2

25
液相体积传质系数 ＫYa m／s

15.解吸塔液泛气速、正常气速确定技能训练：

图一 填料塔压降与空塔速度的关系
图一中A1、A2、A3等点表示在不同液体流量下，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著。这些点称为载点。不难看出，载点的位置不是十分明确，但它提示人们，自载点开始，气液两相流动的交互影响已不容忽视。
自载点以后，气液两相的交互作用越来越强烈。当气液流量达到某一定值时，两相的交互作用恶性发展。将出现液泛现象，在压降曲线上，出现液泛现象的标志是压降曲线近于垂直。压降曲线明显变为垂直的转折点（如图一所示的B1、B2、B3等）称为泛点。
16.吸收岗位化工仪表操作技能训练：
(1)流量计（转子流量计、文丘里流量计）
(2) 压力、液位测量（差压变送器、压力表、玻璃管液位计）
(3)热电阻温度计
(4) AI数字显示仪表
(5) 变频调速器
(6)仪表联动调节
17.吸收岗位计算机远程控制操作技能训练。（用现场控制台仪表和计算机对实训装置进行开停车操作、数据采集、参数控制）
（1）打开计算机找到应用程序双击（如图二所示）：

图二 计算机界面
（2）点击界面任意位置（如图三所示）：

图三 计算机程序界面
（3）在此操作界面，可以按泵下面的绿色键开风机或泵，按红色键将其关闭（如图四所示）：

图四 计算机程序界面

（4）在操作界面里 可以查看温度曲线、压力曲线、流量曲线、计算数据并可退出程序（如图五、图六所示）：

图五 计算机程序界面
图六 计算机程序界面
（5）在界面的计算数据栏中选择（空塔气速测定）点击（如图七所示）：

图七 计算机程序界面
（6）在此界面中可以设定（气体流量调节%）、（液体流量调节Kpa）（如图八所示）。

图八 计算机程序数据采集界面
①做干填料特性实验时，先在（3）操作中启动风机P104，每次只改变（气体流量调节%）的数值（100—0）。
②做湿填料特性实验时，需要在（3）操作中分别启动风机P104和启动离心泵P103，设定液体流量并点击（液体流量调节）键后，在液体流量不变的前提下，每次只改变气体流量，每改变一次气体流量待数据稍稳后按（计算数据）键，程序会自动记录数据并在图象中标出相应的点。
点击（清空数据）键，可以清除到以前的数据，可以在所弹出的对话窗中选择是否保留数据和图象。

（7）传质数据计算（如图九所示）：

图九 计算机程序数据采集界面
可以在界面的（计算数据）中选择（传质数据计算）在所弹出的界面中空白处输入相应的数值后，点击计算，程序即可计算出所需的结果。
三、吸收与解吸生产工艺过程：
（1）带有控制点的工艺及设备流程图（如图十所示）：

21

图十 带有控制点的工艺流程图
（2）吸收与解吸实训装置面板图（如图二所示）：

图十一 吸收与解吸实训装置面板图

（3）设备一览表（如表五所示）：
表五 设备一览表
型号
名称
规格、型号和材质
数量
P101
风机I
ACO-016；220V
1
P102
离心泵I
WB50/025；0.25KW
1
P103
离心泵II
WB50/025；0.25KW
1
P104
风机II
YS-7112，550W
1
T101
吸收塔
不锈钢丝网填料，填料高度1800m
1
T102
解吸塔
不锈钢丝网填料，填料高度1800m
1
V101
气瓶
GB5099
1
V102
储罐I
φ400×700
1
V103
取样罐
φ100×320
1
V104
储罐II
φ400×700
1
F101
文丘里流量计I
喉孔：8mm
1
F102
文丘里流量计II
喉孔：8mm
1
TI101
吸收塔温度I
AI501FS
1
TI102
解吸塔温度I
AI501FS
1
TI103
吸收塔温度II
AI501FS
1
TI104
吸收塔温度III
AI501FS
1
TI105
吸收塔温度IV
AI501FS
1
TIC101
解吸塔温度II
AI519FS
1
PI101
吸收塔整塔压力
AI501FS
1
PI102
解吸塔整塔压力
AI501FS
1
PIC101
文丘里流量计I压差
0-10KPa
1
PIC102
文丘里流量计II压差
0-10KPa
1
FIC101
电动蝶阀
QSVW-16K,DN50
1
LI101
储罐I液位
石英液位计
1
LI102
储罐II液位
石英液位计
1
SIC101
离心泵I频率
　N2-401-H3，0.75KW
1
SIC102
离心泵II频率
　N2-401-H3，0.75KW
1

（4）吸收与解吸生产工艺：
空气（载体）由空气压缩机提供，二氧化碳（溶质）由钢瓶提供，二者混合后从吸收塔的底部进入吸收塔向上流动通过吸收塔，与下降的吸收剂逆流接触吸收，吸收尾气排空；吸收剂（解吸液）存储于解吸液储槽，经解吸液泵输送至吸收塔的顶端向下流动经过吸收塔，与上升的气体逆流接触吸收其中的溶质（二氧化碳），吸收液从吸收塔底部进入吸收液储槽。
空气（解吸惰性气体）由旋涡气泵提供，从解吸塔的底部进入解吸塔向上流动通过解吸塔，与下降的吸收液逆流接触进行解吸，解吸尾气一部分进入二氧化碳气体分析仪，大部分排空；吸收液存储于吸收液储槽，经吸收液泵输送至解吸塔的顶端向下流动经过解吸塔，与上升的气体逆流接触解吸其中的溶质（二氧化碳），解吸液从解吸塔底部进入解吸液储槽。
四、吸收与解吸生产过程工艺参数测量和控制技术：
（1）空气流量控制过程（如图十二所示）：

图十二 空气流量控制过程图

图十二的意思是通过在AI519表上设定压差值，519表把信号给到控制风机变频器上，通过改变风机的频率来控制风机的流量，空气的流量是根据孔板流量计两端的压差传感器来测量的，通过压差传感器的测量在反馈到519表上，形成一个回路，通过反复的调节，最终调节到所需要的流量。
五、异常现象排除实训任务：
通过远程遥控制造异常现象（如表六、表七所示）：
表六 故障分析
序号
故障内容
产生原因
解决办法
1
无吸收剂流量或
吸收塔无喷淋
离心泵P102出故障或
管路阻塞

2
解吸塔无喷淋
离心泵P103出故障或
管路阻塞

3
原料气浓度异常
转子流量计出问题或
气瓶无压力

4
解吸塔压降下降
气泵P104出故障或
管路阻塞

5
设备突然断电
检查线路、管路、
动设备正常

6
吸收塔压降下降
气泵P101出故障或管路阻塞

表七 遥控器故障设计
遥控器按键名称
事故制造内容
A
关漩涡气泵P104
B
开启电磁阀
C
关闭风机P101
D
停离心泵P103
E
停总电源
F
停离心泵P102

六、技能考核内容：
根据实训任务要求实训装置分离的物系为二氧化碳----水系统，吸收塔内尾气中二氧化碳浓度小于规定值。考生应选择适宜的喷淋密度、温度、空气流量和操作方式等，并采取正确的操作方法，完成试训考核指标。
七、实训数据计算和结果（仅供参考以实际数据为准）：
(1)填料塔流体力学性能测定(以干填料数据为例):
塔压降△P＝0.2KPa P=ρgh h=p/ρg

h=0.2×1000×1000/1000/9.8=10.2(mm)
p／Z＝10.2／1.5＝6.8(mmH2O／m )
由空气转子流量计读得3m3／h和转子流量计处空气的温度29.6由校正公Vh＝3.03 (m3／h )
空塔气速u＝＝＝0.11 (m／s)
在对数坐标纸上以u为横标,△P／Z为纵标作图,标绘△P／Z～u关系曲线。
(2)传质实验:
①吸收液消耗盐酸体积V1=17.8 ml，则吸收液浓度为：

=
=0.00688 (mol/L)
因纯水中含有少量的二氧化碳，所以纯水滴定消耗盐酸体积V=18.7ml，则塔顶水中CO2浓度为：

=
=0.00202 (mol/L)
塔底液温度t =13.2℃,由化工原理下册吸收这一章可查得CO2亨利系数 E=1.1591082×105 kPa
则CO2的溶解度常数为:
==4.79×10-7 ( )
塔底的平衡浓度为H*PA1=H*y1*p0=4.79×10-7×0.279×101325
=0.013542 (mol/L)
塔底混和气中二氧化碳含量:y1=0.58/(0.58+1.5)=0.279
由物料平衡得塔顶二氧化碳含量 L(x2-x1)=V(y1-y2)
y2=y1- L(x2-x1)/V=0.279-40*10-3*(0.00688-0.00202)*22.4/1.5
=0.277
塔顶的平衡浓度为
= H*PA2=H*y2*p0=4.79×10-7×0.277×101325
=0.013440 (mol/L)
液相平均推动力为:
=
= 0.0088(kmol/m3)
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即：

=
=0.00380 (m/s)