吸收解吸實訓裝置改進方案

張星

【摘 要】吸收解吸是化工生產(chǎn)中重要的單元操作之一，廣泛的應用于混合氣體的分離過程。我院化工單元操作實訓課程通過對吸收解吸裝置的操作實訓，使學生理解和掌握吸收解吸過程的基本原理、工藝過程、設備結(jié)構(gòu)、工藝流程、操作方法、影響因素等，具有十分重要的地位和作用。隨著在教學過程中對設備的不斷研究和深入理解，本著能量綜合利用和貼近生產(chǎn)實際的原則，本文分析了裝置目前的使用狀況及裝置本身情況，提出對實訓裝置的若干改進方案以及具體實施方法，同時對裝置日常維護保養(yǎng)作了闡述，并闡述了預期能夠達到的效果。

【關鍵詞】實訓裝置 吸收解吸 裝置改進

【中圖分類號】G4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0030-02

一、吸收解吸實訓裝置使用情況介紹

我院吸收解吸實訓室目前有八套裝置供學生使用，裝置采用水吸收空氣-二氧化碳混合氣，并用空氣氣提將吸收液解吸。吸收塔所用的空氣由空氣壓縮機提供，二氧化碳由鋼瓶提供，可以調(diào)節(jié)混合氣的流量和組成，裝置運行過程中的基本參數(shù)如流量、壓力、溫度等都在儀表控制臺顯示，通過儀表控制臺可以對運行過程進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

目前本實訓室的八套裝置均能正常運行，能夠滿足我院畢業(yè)生和企業(yè)培訓學院的實訓需求，自從2009年投入使用后，基本每個學期都有500至800名學生在本實訓室實習實訓，裝置利用率達到百分之九十以上。

二、裝置使用過程中存在的問題

由于裝置自從安裝調(diào)試合格后基本一直處于連續(xù)運行狀態(tài)，因此隨著使用年限的增長不可避免了出現(xiàn)了一些問題，這些問題總結(jié)起來有以下幾個方面：

1、填料塔內(nèi)氣液接觸狀況

八套裝置的填料塔內(nèi)裝有不同類型的填料，分別有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、扁環(huán)、金屬鞍環(huán)以及絲網(wǎng)波紋填料幾種類型，其中亂堆填料由于排放無規(guī)則導致液相在塔內(nèi)下降過程中分布不均勻，尤其是瓷質(zhì)拉西環(huán)，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，環(huán)壁較厚，很容易發(fā)生溝流和壁流現(xiàn)象，影響塔內(nèi)氣液接觸狀況，對吸收和解吸的效果造成了一定影響，使吸收塔的吸收率下降。

吸收塔和解吸塔內(nèi)填料層高度偏高，填料層頂部離氣體出口偏近，塔內(nèi)上升氣體沒有足夠的空間與液相分離，會夾帶一部分水滴出塔，有可能對二氧化碳在線分析儀的分析結(jié)果造成影響，并且在工業(yè)生產(chǎn)中，液滴夾帶現(xiàn)象也應當盡量避免。

2、解吸塔內(nèi)解吸效果

解吸塔內(nèi)采用氣提解吸法，用空氣作為氣提氣，相對于其它解吸方法而言，此方法的解吸效果稍差，而且解吸塔頂尾氣是二氧化碳和空氣的混合氣，并不是高純度的二氧化碳氣。

3、原料二氧化碳消耗量

本實訓室所用的原料二氧化碳由鋼瓶提供，由于設備使用率較高，在使用過程中二氧化碳的消耗量較大，而且經(jīng)過解吸的二氧化碳和空氣的混合氣是直接放空，造成二氧化碳不能回收利用。鋼瓶內(nèi)氣壓不夠時需要聯(lián)系廠家重新充氣，據(jù)統(tǒng)計，在設備正常使用的情況下，八套裝置的鋼瓶平均兩個月就要充一次氣，既耽誤學生實訓使用又不經(jīng)濟。

4、介質(zhì)對設備的腐蝕狀況

本實訓所用介質(zhì)為水、空氣、二氧化碳，相對其他物質(zhì)而言，這三種物質(zhì)的腐蝕性都比較低，不會對管道、閥門造成太大的腐蝕，塔體本身鋼化玻璃制作，不存在腐蝕現(xiàn)象。介質(zhì)對設備的腐蝕和影響主要存在于填料塔內(nèi)液體分布器和填料上。塔內(nèi)液體分布器類型為蓮蓬頭式，通過小孔將吸收劑分布在填料層上，隨著使用年限的不斷增加，液體分布器的分布孔出現(xiàn)了一些生銹現(xiàn)象，影響分布器的分布效果，使吸收劑在塔內(nèi)不能均勻分布，降低吸收劑的實際流量，對吸收和解吸的效果造成一定影響。

進入吸收塔的空氣由空氣壓縮機提供，往復式壓縮機在壓縮氣體過程中會使氣體中帶油，同時壓縮過程中會產(chǎn)生一定水分，油和水混在壓縮空氣中被一塊帶入吸收塔內(nèi)，在吸收解吸循環(huán)過程中使整個系統(tǒng)都有油污，油污積存在填料內(nèi)部會降低填料的有效傳質(zhì)面積，嚴重時會造成塔內(nèi)阻力增大，不利于吸收解吸的進行。

三、裝置改進方案

針對以上提出的裝置運行過程中存在的問題，提出裝置改進方案，主要從填料塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道流程布局兩個方面進行改進，同時在日常使用中注意對設備進行定期維護和保養(yǎng)。

1、填料塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)改進

在本實訓裝置中，填料塔內(nèi)液體分布裝置都采用蓮蓬頭式液體分布器，相對于其他液體分布裝置而言，這種液體分布器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但是噴頭處小孔直徑較小，容易發(fā)生噴頭堵塞和銹蝕的現(xiàn)象，使液相在塔內(nèi)填料層分布不均勻。綜合比較各種液體分布器的特點，建議用采用具有較大操作彈性和較好抗污堵性的槽式液體分布器。本實訓室內(nèi)八套裝置的結(jié)構(gòu)和填料每兩臺是相同的，因此可以更換其中四臺裝置的液體分布器，可以比較出其他條件相同的情況下不同分布性能的液體分布器對吸收解吸效果的影響。

填料塔內(nèi)填料層高度較高，不利于塔頂?shù)臍庖悍蛛x，并且出塔氣帶液較多時會對二氧化碳在線分析儀造成一定的影響，影響分析結(jié)果，因此建議在塔頂液體分布器上方增設絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除沫器是由金屬絲或塑料絲編結(jié)而成，比表面積較大、孔隙率大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，能夠除去5μm的微小液滴，除沫效率較高。

2、管路流程布局改進

針對填料塔內(nèi)解吸效果不理想以及原料二氧化碳耗量較大的情況，根據(jù)本實訓室裝置特點，可以將管路流程做適當改進。

裝置流程中吸收液的解吸采用氣提解吸法將水中溶解的二氧化碳進行解吸，解吸過程是在常溫常壓下操作，忽略了溫度、壓力對溶液溶解度的影響，且不能將溶解的二氧化碳完全解吸，造成解吸液濃度較高，對吸收效果造成影響。二氧化碳由鋼瓶提供，由于鋼瓶內(nèi)二氧化碳減壓氣化過程中會吸收熱量，因此在鋼瓶出口處要設置加熱保溫電源，以補償二氧化碳氣化所吸收的熱量，防止溫度過低導致二氧化碳直接固化堵塞管道。根據(jù)以上分析，為了在實訓過程中能夠體現(xiàn)出溫度變化對解吸效果的影響，可將電加熱器設置于吸收液進入解吸塔的管線上，通過加熱提高吸收液溫度，使解吸過程能夠更容易進行。同時，從解吸塔底部流出的解吸液由于溫度較高，可與鋼瓶出口的低溫二氧化碳氣換熱，使解吸液溫度降低有利于吸收過程，并保證二氧化碳不會因過冷而固化。通過這樣的改進，可以實現(xiàn)能量的綜合利用，并能體現(xiàn)出溫度變化對吸收、解吸效果的影響，也可以比較加熱解吸與氣提解吸兩種不同解吸方法的效果。

3、日常操作維護注意事項

在日常使用中，為了延長設備使用壽命并保證穩(wěn)定運行，要對裝置進行維護和保養(yǎng)。日常維護主要側(cè)重于空氣壓縮機、實訓裝置以及純水機三個方面。

空氣壓縮機為往復式壓縮機，使用過程中應每天打開儲氣罐底部活塞放水，防止油水混合物隨壓縮空氣進入設備內(nèi)造成管道和設備堵塞。應當定時添加機油，防止壓縮機轉(zhuǎn)子磨損，并隨時檢查壓縮機有無異響、振動情況，并隨時聯(lián)系維修人員進行維修處理。

純水機在使用過程中應當按時清洗，根據(jù)純水機維護使用說明，應當每周進行沖洗，每次沖洗時間不得少于半個小時。

四、預期達到的效果

通過以上幾個方面的改進，預期可以達到以下效果：

1、由于增加了溫度對吸收解吸過程的影響，效果會明顯增強。具體結(jié)果應體現(xiàn)在吸收尾氣二氧化碳濃度下降、解吸尾氣二氧化碳濃度增高以及吸收率增大等方面。同時在實際操作中，還可以讓同學在一套裝置上對比只有加熱解吸與加熱、氣提兩種解吸方法同時進行時對解吸效果的影響。

2、原料消耗

通過將解吸塔尾氣中的二氧化碳回收利用，可以大大減少二氧化碳的消耗量，預計二氧化碳的利用率將會達到目前的兩倍以上，既節(jié)約成本又能使學生樹立節(jié)能降耗的理念。

3、能量綜合利用

將加熱器改裝到吸收液進入解吸塔的管線上，既能實現(xiàn)對吸收液的加熱，體現(xiàn)溫度對吸收解吸效果的影響，同時還能保證二氧化碳不會在低溫下固化，提高了熱能利用率。

4、裝置使用壽命

通過對壓縮機、純水機和裝置的日常維護以及精心操作，可以延長裝置使用年限，能夠更好地為我院學生和企業(yè)培訓職工服務。