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吸收-解吸实训装置

1.工业背景
气体的吸收-解吸实训装置为化工的常见装置,在气体净化中常使用溶剂来吸收有害气体,保证合格的原料气供给,在合成氨、石油化工中原料气的净化过程中均有广泛应用。在合成氨脱硫、脱碳工段均采用溶剂吸收法脱除有害气体,吸收效率高,装置运行费用低廉。本装置考虑学校实际需求状况,采用水-氧化碳体系为吸收-解吸体系,进行实训装置设计。
2流程简介(附工艺流程示意图)
钢瓶内二氧化碳经减压后和风机出口空气混合后进入吸收塔下部,混合气体在塔内和吸收液体逆向接触,混合气体中的二氧化碳被水吸收由塔顶排出。出吸收塔富液排入吸收液缓冲罐后,经富液泵进入二氧化碳解吸塔上部,和解吸塔风机来空气在塔内逆向接触,溶液中二氧化碳被解吸出来,随大量空气由塔顶排出,溶液由下部进入解吸液缓冲罐,解吸液经解吸液泵打入吸收塔上部循环使用,继续进行二氧化碳气体吸收操作。

吸收-解吸工艺流程示意图
3装置功能
3.1能进行机泵、容器、塔器等设备操作。
3.2能进行二氧化碳水体系吸收、解吸实训,吸收、解吸装置操作考核。
3.3能进行吸收塔、解吸塔效率测定。
3.4系统可实现手动控制和自动控制,实时显示过程数据,有工控柜,可接入DCS系统。
3.5装置为工程化布局、带操作平台、斜梯,反映工业吸收解吸布局特点。
3.6能进行气相色谱分析及化学分析实训。
4基本原理
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CO 2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CO 2气体的吸收过程属于液膜控制。因此,本实验主要测定Kxa和HOL。
4.1计算公式
填料层高度Z为
OL OL x x xa Z N H x x dx K L dZ z?=-==？？*120
式中：L液体通过塔截面的摩尔流量，kmol/(m 2•s);
K xa以∆X为推动力的液相总体积传质系数, kmol / (m 3•s);
H OL液相总传质单元高度, m ; N OL液相总传质单元数,无因饮。
令:吸收因数A=L/mG
])1In[(111121A mx y mx y A A N OL+----=
测定方法
(1) 空气流量和水流量的测定
(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y 2;
（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, x 2=0,由全塔物料衡算
)()02121x x L y y G -=-
可得x1。
5操作方法
5.1开车前准备:
5.1.1由相关操作人员组成装置检查小组,对本装置所有设备、管道、阀门、仪表、电气、照明、分析、保温等按工艺流程图要求和专业技术要求进行检查。
5.1.2按装置工艺流程顺序,对系统进行空气吹净。具体做法是:依次拆开阀门,设备,用空气进行逐段或逐个设备进行吹净。各取样阀、压力表阀和排污(液)阀进行通气检查和吹净。
5.1.3系统气密性试验1气相管路开启风机C401,C402,关闭系统其他阀门,将风机出口风压调至正常操作压力,检查各风机管路焊接点和法兰、丝口连接处是否泄漏,保压10分钟,如系统压力不降为气密性试验合格。
2液相管路,开启自来水管路阀门,将自来水接入各待检测设备内,加水至各设备放空管溢出为止,各液相管路内充满水。检查各管路、设备连接处及焊缝处,如无泄漏,则为合格。
5.1.4进行各单体设备试车。
1.C401风机试车检查风机电路系统,启动风机,进行风机出口风压和出口风量调节。
2.C402风机试车检查风机电路系统,启动风机,进行风机出口风压和出口风量调节。
3.P401吸收液泵试车将吸收液槽加水至12-2/3液位,检查泵电路系统,调节吸收液泵出口管路阀门,启动吸收液泵,进行泵出口压力及流量调节,泵出口水由吸收塔排污阀排出。
4P402解吸液泵试车:将解吸液槽加水至1/2-23液位,检查泵电路系统,调节解吸液泵出口管路阀门,启动解吸液泵,进行泵出口压力及流量调节,泵出口水由解吸塔排污阀排出。
5.2开车:
5.2.1液相试车:
1开吸收液进水阀(阀12) ,往吸收液储槽内加入清水,至吸收液储槽液位1/2-2/3处,关进水阀;开解吸液进水阀,往解吸液储槽内加入清水,至解吸液储槽液位1/2-2/3处,关进水阀(阀12) 。
2开启吸收液储槽、解吸液储槽、吸收塔放空阀(阀33)、解吸塔的放空阀(阀25) ,关闭各设备排污阀。
3开启吸收液泵进口阀(阀27)、启动吸收液泵,往吸收塔送入吸收液,调节吸收液泵出口流量为0.5-0.8m3/h(开度为40%左右) ,开启吸收塔吸收液出口阀(液封管道组下面两根管道处阀门) ,液封管道放空阀,控制吸收塔(扩大段)液位在1/2-2/3处。
4开启解吸液泵进口阀(阀28) ,启动解吸液泵,开启解吸液泵出口阀,调节解吸液泵出口流量0.5-0.8m3/h(开度为40%左右) ,开解吸塔解吸液出口阀(液封管道组下根管道处阀门) ,控制解吸塔(扩大段)液位在1/2-2/3处。
5. 调节解吸液泵、吸收液泵出口流量趋于相等,控制解吸液储槽和吸收液储槽液位处于1/2-2/3处,调节整个系统液位、流量稳定,可视为液相试车合格。
5.2.2液泛实验:
1.解吸塔液泛当系统液相运行稳定后,控制液相流量在0.5-0.8m3/n(开度为40%左右)稳定,可启动解吸风机向解吸塔送风,关闭解吸风机出口手动调节阀及解吸风机去吸收塔流量调节阀,打开最上面的液封阀和放空阀,微开解吸风机进解吸塔阀门,调节电动调节阀开度逐渐增大,直至解吸塔系统出现液泛现象。
2吸收塔液泛当系统液相运行稳定后,控制液相流量在0.5-0.8m3/n(开度为40%左右) ,可启动吸收风机向吸收塔送风,关闭电动调节阀解吸风机进解吸塔阀门,解吸风机去打开最上面的液封阀和放空阀,全开吸收塔流量调节阀、解吸风机出口手动调节阀,调节风机开度,直至吸收塔系统出现液泛现象,液泛实验时采用DN32管道放空。
5.2.3气液联动开车:
1.系统液相试车合格后,启动吸收塔风机,开启风机出口阀(阀23) ,向吸收塔供气,逐渐调整出口风量为1.9m3/h,调节二氧化碳钢瓶减压阀,二氧化碳钢瓶出口压力控制在4.8MPa,减压阀后压力控制在0.04MPa,流量为空气流量的1/19 (100L/h) ,和空气在空气缓冲罐混合后进入吸收塔,调节吸液流量,进行气液吸收。放空气体采用DN10管道,控制放空阀开度,控制吸收塔进气压力稳定在0.02MPa。
2采用合适的液封管道(一般采用液封管道组最下端管道) ,调节吸收塔液相出口阀门开度,控制吸收塔(扩大段)液位在1/2-2/3处。
3液相进解吸液储槽,经解吸液泵进入解吸塔上部,和解吸塔风机来空气进行气液接触,解吸出解吸液中的二氧化碳,控制整个解吸风量稳定在16m3/h,风机出口风压为13KPa。
4采用合适的液封管道(一般采用液封管道组下往上数第二根管道) ,控制解吸塔(扩大段)液位在1/2-2/3处。
6. 调节整个吸收解吸系统,吸收液、解吸液、吸收塔进口气相组成及流量、解吸塔气相流量,平稳运行整个系统。
6系统稳定半小时后,进行吸收塔进口气相采样分析、吸收塔出口气相采样分析、解吸塔出口气相组份分析,视分析结果,进行系统调整,控制吸收塔出口气相产品质量。
5.2.4停车:
1.关二氧化碳钢瓶出口阀门,停吸收塔风机、解吸塔风机。
2.停吸收液泵,解吸液泵。
3.将塔内残夜排入污水处理系统。
4.检查停车后各设备、阀门、仪表状况。
5.切断装置电源,做好操作记录。
6.正常操作注意事项
6.1安全生产,控制好吸收塔和解吸塔液位,熟练进行液封操作,严防气体窜入吸收液储槽和解吸液储槽。
6.2符合净化气质量指标前提下,分析有关参数变化,对吸收液、解吸液、解析空气流量进行调整,保证吸收效果。
6.3注意系统吸收液量,定时往系统补入吸收液。
6.4要注意吸收塔进气流量及压力稳定,随时调节二氧化碳流量和压力至稳定值。.
6.5防1吸收液跑、冒、滴、漏。
6.6注意泵密封与泄漏。注意塔、槽液位和泵出口压力变化,避免产生汽蚀。
6.7经常检查设备运行情况,如发现异常现象应及时处理或通知老师处理。
6.8整个系统采用气相色谱在线分析。
7事故处理与故障模拟
7.1会观察、分析、处理因吸收塔进口混合气浓度、流量变化引起的系统操作异常,并能恢复至正常操作状态,保证吸收塔出口气体二氧化碳在工艺指标内。
7.2会观察、分析因解吸空气流量变化引起的异常现象并恢复至正常操作状态,保证吸收塔吸收效果良好。
7.3会观察、分析因吸收液流量变化引起的异常现象并恢复至正常操作状态,保证吸收塔吸收效果良好。
7.4能处理吸收塔、解吸塔液泛事故。
7.5吸收液串入吸收液储槽,应立即停车处理,并报告老师,得到来时批准后方可继续开车。
7.6解吸液串入解吸液储槽,应立即停车处理,并报告老师,得到来时批准后方可继续开车。
7.7故障模拟:正常操作中的故障扰动(故障设置实训)在吸收-解吸正常操作中,由教师给出隐蔽指令,通过不定时改变某些阀门、风机或泵的工作状态来扰动吸收解吸系统正常的工作状态,分别模拟出实际吸收解吸生产工艺过程中的常见故障,学生根据各参数的变化情况、设备运行异常现象,分析故障原因,找出故障并动手排出故障,以提高学生等对工艺流程的认识度和实际动手能力。
7.7.1进吸收塔混含气中二氧化碳浓度波动大:在吸收解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变吸收质中的二氧化碳流量,学生通过观察浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。
7.7.2吸收塔压力保不住(无压力) :在吸收解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变吸收塔放空阀工作状态,学生通过观察浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。
7.7.3进吸收塔混合气中二氧化碳浓度波动大:在吸收-解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变吸收质中的空气流量,学生通过观察浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。
7.7.4解吸塔发生液泛:在吸收解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变解吸风机出口空气流量,学生通过观察解吸塔浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。
7.7.5吸及收塔液相出口量减少:在吸收-解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变吸收液泵吸收剂的流量,学生通过观察吸收塔浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。
7.7.6解吸液储槽液位抽空:在吸收解吸正常操作中,教师给出隐蔽指令,改变吸收液储槽放空阀的工作状态,学生通过观察解吸塔浓度、流量和液位等参数的变化情况,分析引起系统异常的原因并作处理,使系统恢复到正常操作状态。