吸收解吸实训装置操作规程吸收解吸实训装置 实验指导书 郑州树仁科技有限公司 目录 一、前言 装置仪表及控制系统一览表10 设备能耗一览表10 五、实验步骤 11 开机准备11 正常开机11 正常关机16 记录数据表错误!未定义书签。 一、工业背景 气体的吸收与解吸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-二氧化碳 体系为吸收-解吸体系,进行实训装置设计。 知识背景 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。 一、吸收实验 根据传质速率方程,在假定Kxa 为常数、等温、低吸收率[或低浓、难溶等] 条件下推导得出吸收速率方程: Ga Kxa?V?Δ xm KxaGa/ xm式中:Kxa――体积传质系数 [kmolCO2/m3hrΔ xm] Ga――填料塔的吸收量 [Kmol CO2/hr] V――填料层的体积 [m3] xm――填料塔的平均推动力1、Ga 的计算 已知可测出:Vs[m3/h]、VB[m3/h]由转子流量计测得,y1(可以计算出来)、 y2(可由传感器直接读出) Ls[Kmol/h] Vsρ 标定情况:T0273+20 P0 101325 1.205测定情况:T1 273+t1 P1 101325+Δ P13.6 因此可计算出LS、GB。又由全塔物料衡算:Ga Ls X1-X2 GB Y1-Y2 且认为吸收剂自来水中不含CO2,则X2 0,则可计算出Ga 和X1 xm的计算 根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm],本实验为P 1[atm] [附]不同温度下CO2――H2O的亨利常数 温度(t) 1015 20 25 30 大气压877 1040 1220 1420 1640 1860 二、解吸实验 根据传质速率方程,在假定KYa 为常数、等温、低解吸率[或低浓、难溶等] 条件下推导得出解吸速率方程: Ga KYa?V?Δ Ym KYaGa/ Ym式中:KYa――体积解吸系数 [kmolCO2/m3hrΔ Ym] Ga――填料塔的解吸量 [Kmol CO2/hr] V――填料层的体积 [m3] Ym――填料塔的平均推动力1、Ga 的计算 已知可测出:Vs[m3/h]、VB[m3/h]由转子流量计测得,y1 及y2(可由色谱 直接读出) Ls[Kmol/h] Vsρ 标定情况:T0273+20 P0 101325 1.205测定情况:T1 273+t1 P1 101325+Δ P13.6 因此可计算出LS、GB。又由全塔物料衡算:Ga Ls X1-X2 GB Y1-Y2 且认为空气中不含CO2,则y2 0;又因为进塔液体中X1 有两种情况,一是 直接将吸收后的液体用于解吸,则其浓度即为前吸收计算出来的实际浓度 X1; 二是只作解吸实验,可将CO2 用文丘里吸碳器充分溶解在液体中,可近似形成该 温度下的饱和浓度,其X1*可由亨利定律求算出: 则可计算出Ga 和X2 Ym的计算 根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm],本实验为P 1[atm] 根据三、实训目的 了解填料塔的结构和特点; 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; 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; 掌握填料吸收、解吸塔的基本操作、调节方法; 了解吸收总传质系数的意义; 了解影响吸收解吸的主要因素; 学会做好开车前的准备工作; 正常开车,按要求操作调节到指定数值; 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; 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; 能进行故障点的排除工作; 正常停车; 了解掌握工业现场生产安全知识。 四、吸收解吸实训装置介绍 (一)装置介绍 本装置由吸收塔、解吸塔、吸收液储罐、解吸液储罐、空气缓冲罐、1#空气 泵、2#空气泵、吸收液泵、解吸液泵组成。 (二)工艺流程图 吸收-解吸实训装置工艺流程图(三)工艺介绍 吸收工艺流程:自来水进入解吸储槽V104,经过解吸液泵P103、转子流量计、 孔板流量计FIC03 后送入填料吸收塔T101 塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由1#空 气泵送来的空气进入空气缓冲罐V102 后,经孔板流量计FIC02、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,经过均质器中, 然后进入填料吸收塔 T101 塔底,与水在塔内填料中进行逆流接触,进行质量和 热量的交换,用水吸收气体中的CO2,由塔顶出来的尾气放空,塔底出来的吸收 液进入吸收液储槽V103(作为解吸的原料液)。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:吸收液储槽V103 里的富含CO2 的液体(由CO2 钢瓶配置的 饱和CO2 溶液)经吸收液泵P102 加压后,经液相转子流量计、孔板流量计FIC04 后送入填料解吸塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由2#空气泵送来的空气进入空 气缓冲罐V105 后,经孔板流量计FI06、转子流量计后,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解吸液储罐(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。 填料吹干工艺流程:由1#空气泵送来的空气进入空气缓冲罐V102 E101后,分别送至吸收塔 T101、解吸塔 T102 塔顶,从上而下将塔内填料 吹干,尾气从塔底排污口直接放空。 实训步骤 (一)开机准备 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、三 相电指示灯是否正常)。 打开CO2 钢瓶阀门,检测CO2 钢瓶减压阀压力是否正常; 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 熟悉温度、流量测量点、控制点的位置。在向罐体加液前,检查罐体各阀门状态是否正确。 打开自来水阀门,往解吸液储槽V104 里加入自来水,液位到罐体的2/3 位置。记录当前解吸液储槽和吸收液储槽的液位。 (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DCS 界面,如图2 所示: 吸收-解吸联合操作实训软件DCS控制界面 解吸塔单元操作实训软件界面3、开启吸收塔液相水泵和管路 检查吸收液泵P103的泵前阀是否打开,打开吸收液泵电源开关,泵运转, 检查泵运转方向是否正常。 吸收液泵P103 的出口液流量调节:手动时直接调节泵出口阀门的开度,调 节吸收液相流量为 200L/h;若自动调节时:把泵出口阀门逆时针开到最大,在 控制界面上,直接设置 200L/h ,吸收液相流量就会自动控制在200L/h。 4、开启吸收塔气相风机和管路 打开1#吸收风机的电源开关,风机运转,检查风机运转方向是否正常(进风口吸风为正确),调节吸收气相流量为 4m3/h。手动调节时通过调节风机出口 的旁路阀的开度,调节气相流量为4m3/h;若自动调节时:把风机出口的旁路阀 逆时针逐渐开小,在控制界面上,直接设置 4m3/h ,气相流量就会自动控制在 4m3/h。 5、开启CO2 钢瓶和管路 用扳手打开钢瓶上的出口阀,在顺时针打开CO2钢瓶减压阀上的阀门,调 节出口压力为0.1MPa 左右; 检查管路各阀门状态通过调节转子流量计的阀门调节CO2 流量为 0.2 m3/h。 6、吸收塔底液封的调节 调节好液相流量和气相流量后,调节吸收塔与吸收液储罐之间的阀门开度大 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。 7、开启解吸塔气相风机和管路 打开2#解吸风机的电源开关,风机运转,检查风机运转方向是否正常(进风口吸风为正确),通过调节风机出口的旁路阀的开度,调节气相流量为4m3/h。 8、开启解吸塔液相水泵和管路 检查解吸液泵P102 的泵前阀是否打开,打开解吸液泵电源开关,泵运 转,检查泵运转方向是否正常。吸收液泵 P103 的出口液流量控制通过调节泵出 口阀门的开度,调节吸收液相流量为200L/h。 9、解吸塔底液封的调节 调节好液相流量和气相流量后,调节解吸塔与解吸液储罐之间的阀门开度大 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。 10、实验方法 1)当操作稳定后(一般稳定10 分钟左右),通过CO2 传感器,对吸收塔出 气浓度进行检测,并记录数据;转换气路后,等待1min 后,通过CO2 传感器, 对解吸塔气相尾气浓度进行检测,并记录数据; 调整吸收、解吸液的流量到300L/h,稳定10 分钟,再记录一组数据; (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 2、解吸液相泵停车:1)关闭解吸液泵出口阀门 2)关闭“解吸水泵电源”开关。 3、解吸风机停车: 1)打开2#解吸风机旁路阀门 2)关闭“2#解吸风机”开关。 4、吸收风机停车: 1)打开1#吸收风机旁路阀门或者是在控制界面上,调节1#吸收风路上的流 量设定值设定为0,让吸收风机停止转动后。 2)关闭“1#吸收风机”开关。 5、吸收液相泵停车: 1)关闭吸收液泵 P103 出口阀门或者在在控制界面上,调节吸收液泵 P103 出口流量设定值设定为0,让吸收液泵停止转动; 2)关闭“吸收液泵P103”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。 8、各阀门、设备恢复初始状态 (四)填料塔的流体力学性能测定 1)实验步骤 (1)熟悉实验流程; (2)装置上电,仪表电源上电,打开风机电源开关; (3)测定干塔时填料塔的压降,即在进水阀关闭时,打开进气阀并调节流 2、4、6、8、10m3/h、„„至最大 ,分别读取对应流量下的压降值,注 意塔底液位调节阀要关闭,否气体会走短路,尾气放空阀全开; (4)测定一定喷淋量时填料塔的压降,即打开进水阀,设定一定的水流量 值,如200、400、600、800l/h 时,在对应的某水流量下,调节气体的流量,从2、4、6、8、10 m3/h、„„至最大 (液泛),分别读取对应流量下的压降值, 注意塔底液位调节阀要调节液封高度,以免气体走短路,尾气放空阀全开; 2)注意事项 (1)固定好操作点后,应随时注意调整以保持各量不变。 实验数据记录 班级 姓名 学号 吸收气体温度: 编号吸收气体流量 吸收液体流量 吸收气体入口CO2 浓度 吸收气体 出口CO2 浓度 解吸气体流量 解吸液体流量 解吸气体出口CO2 浓度 六、安全生产技术动设备操作安全注意事项 启动电动机前要进行盘车(可以先用手转动一下电机的轴看看是否有卡的现象或者通电后进行点触启动,查看电机是否转动;若不转动,应立即查找原 因,问题解决后方能启动,否则电机很容易烧毁)。 检查柱塞计量泵、旋片式真空泵润滑油油位正常。润滑油油位过低或者没有的情况下不允许启动,否则泵轴会容易损坏。 电机运转时不可接触转动件。静设备操作安全注意事项 容器应严格按规定的装料系数装料。