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1、吸收、吸附操作单元机械化、自动化设计指导方案目录1吸收、吸附概念11.1 吸收概念11.2 吸附概念12吸收、吸附分类12.1 吸收分类12.2 吸附分类23吸收、吸附操作方式23.1 吸收操作方式23.2 吸附操作方式34机械化、自动化操作要求44.1 吸收单元44.1.1 进料54.1.2 出料54.1.3 吸收过程64.2 吸附单元64.2.1 进料6422出料7423吸附过程74.3 其他75集中控制要求86典型吸收、吸附单元设计方案86.1 吸收单元设计方案86.1.1 吸收工艺简述86.1.2 吸收单元操作的机械化和自动化实施方窠96.2 吸附单元自动化设计方案9621吸附工艺简述
2、9622吸附单元操作的机械化和自动化实施方案101吸收、吸附概念1.1 吸收概念吸收是化工生产中重要的传质单元操作，广泛应用于气体混合物的分离。将气体混合物与适当的液体溶剂接触，气体中的一个组分或几个组分溶解于该液体溶剂，或与液体溶剂发生化学反应而进入液相溶液，从而达到气体混合物分离目的的操作，称为吸收。混合气体中，被吸收的组分称为溶质，不被吸收的组分称为惰性组分或载体；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂。1.2 吸附概念当两相组成一个体系时，其组成在两相界面与相内部是不同的，处在两相界面处的成分产生了积蓄，这种现象称为吸附。在两相界面处，被吸附的物质称为吸附物；而吸附相称为吸附剂。2吸收、吸附分类
3、2.1 吸收分类（1）按是否发生显著的化学反应，可分为物理吸收和化学吸收。物理吸收是指溶质与液体溶剂之间不发生显著的化学反应；化学吸收是指溶质与液体溶剂之间发生明显的化学反应。例如用洗油回收煤气中的粗苯、用水吸收氯化氢制取盐酸属于物理吸收；用硫酸吸收氨、用液碱吸收光气或氯气属于化学吸收。（2）按被吸收组分多少，可分为单组分吸收和多组分吸收。在气体吸收过程中，若气相中仅有一个组分溶解于溶剂中，这类过程称为单组分吸收；气体吸收过程中若有几个组分同时溶解于吸收剂中，这类过程称为多组分吸收。例如用水洗法脱除合成氨原料气中的CO2属于单组分吸收；用洗油吸收焦炉气中的苯、甲苯、二甲苯属于多组分吸收。2.2
4、 吸附分类（1）按被吸附物与吸附剂之间吸附力的不同，可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附也称为范德华力吸附，它是由于分子间的弥散作用及静电作用等引起的，物理吸附是可逆的；化学吸附则是由于化学键作用引起的，化学吸附往往是不可逆的。例如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等属于物理吸附；气体在金属表面上的吸附属于化学吸附。（2）按照吸附剂的再生方法将吸附分类循环过程分为变温吸附和变压吸附。变温吸附适用于原料气中杂质含量低，而要求较高产品回收率的场合；变压吸附循环周期短，同时对原料气中杂质含量范围更宽，从而应用更广泛。例如气体或液体干燥属于变温吸附；氢气提纯、天然气净化、空气分离制纯氮等属于变压吸附
5、。3吸收、吸附操作方式3.1 吸收操作方式常见的吸收设备主要有填料塔、板式塔、鼓泡塔、喷射式吸收器、降膜吸收器等。在化工生产及气体净化等过程所用的吸收操作工艺流程，根据不用的使用场合大致有如下四种。（1）单级吸收在制取化工产品与气体分离中，使用单个吸收塔达到吸收目的单元操作。例如用水吸收氯化氢制取盐酸、用水吸收氨气制取氨水。（2）多级吸收根据生产任务，如需要较大的吸收传质面积，这时若在单一吸收塔内完成，则将使吸收塔设备过大。而且气液两相接触也不均一，因而往往将几个吸收塔互相连接起来，进行串联或并联操作。例如制取37%甲醛水溶液，由三个塔串级逆流吸收；尾气净化处理中，由两个塔串级逆流吸收。（3）
6、吸收剂再循环在一般的吸收操作中，吸收剂再循环与否，主要从移去吸收热和控制喷淋密度的观点出发。当吸收剂的喷淋密度较小，填料表面不能被吸收剂全部润湿，因而气液两相接触面积减少，使吸收操作不能正常进行；或者在吸收塔中需要移出的吸收热很大，就需要采用部分吸收剂再循环的操作方式。（4）吸收解吸联合气体混合物的溶质回收过程中，一般采用吸收-解吸联合使用的分离方法。例如用油吸收方法分离裂解气时，为了确保乙烯有较高溶解度，甲烷也必然有一定的溶解，为将乙烯与甲烷、氢气分开，工业上采用吸收蒸出塔的操作方式。3.2 吸附操作方式吸附剂是气体（液体）吸附分离过程得以实现的基础。因此，根据不同的使用场合，选用的吸附剂应
7、满足吸附能力、强度和使用周期的要求。目前在吸附分离过程中常用的吸附剂主要有合成沸石（分子筛）、活性炭、硅胶、活性氧化铝等。在工业装置中具体实施气体(液体)的吸附分离过程中，针对不同的混合物系及不同的净化度要求采用不同的吸附方式。(1)变压吸附(简称PSA)变压吸附循环过程，依据吸附剂再生的方法有下列五个基本步骤：升压一吸附T顺放一逆放一冲洗过程。由于吸附剂再生需要，工业上大都采用两个或者更多的吸附床，使吸附和再生交替进行。变压吸附技术在气体分离中的具体应用主要有：从富含氢气的混合气中回收氢气、从富含二氧化碳的气源中回收二氧化碳、从天然气中脱除C2以上组分、变压吸附空分制富氧和变压吸附空分制氮等
8、。(2)变温吸附变温吸附是最早实现工业化的循环吸附工艺。变温吸附一般分为三个步骤：吸附一加热再生一冷吹。由于吸附床层加热和冷却的过程比较缓慢，所以变温吸附的循环时间较长，从数小时到数天不等。变温吸附主要用于气体干燥、原料气净化、废气中脱除或回收低浓度溶剂以及应用于环保中的废气废液处理等。(3)其他吸附分离方法其他吸附分离方法有流化床吸附分离；移动床和模拟移动床吸附分离；色谱吸附分离和离子交换吸附分离。4机械化、自动化操作要求4.1 吸收单元吸收单元机械化、自动化操作要求主要是对进料、吸收、出料过程的4.1.1 进料（1）吸收剂进料采用动量输送设备（泵等）向吸收塔进料，设置流量计、自动控制阀，流
9、量与自动控制阀、动量输送设备联锁，通过吸收液浓度（或组成）控制进料量，吸收塔（或吸收液槽）液位高高联锁切断吸收剂进料，实现远程自动控制。动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。（2）气相进料采用动量输送设备（如风机、真空泵等）向吸收塔进料，在进料管线上设压力表、自动控制阀，通过动量输送设备变频调节进料压力和流速，实现远程自动控制。动量输送设备，如风机、真空泵等采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。压力表采用远传显示、报警等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。4.1.2 出料吸收塔设液
10、位计、出料管线设流量计或流量开关，远程控制出料阀。（1）采用重力出料无流量时，液位、流量与出料阀联锁，实现远程自动控制。（2）采用动量输送设备出料无流量时，液位、流量与出料阀联锁，同时联锁或远程控制动量输送设备，实现远程自动控制。4.1.3 吸收过程（1）吸收液浓度或组成自动检测在塔釜或吸收液管线上设置密度计或质量流量计（利用其密度功能）或组分检测仪，实现吸收液浓度或组成自动检测。（2）在吸收液循环管线上设流量计或流量开关。对于有毒有害气体净化后直接排空的吸收设备，吸收液循环管线设流量低报警、低低联锁，流量低低联锁启动吸收液循环备用泵。（3）对于热效应大的吸收操作，宜采用外部冷却器进行降温。在
11、冷却器出口吸收液循环管线上设温度计，冷媒进口或出口管线上设调节阀，调节冷媒流量实现吸收液温度远程自动控制。（4）吸收塔设压差报警，监测吸收塔的运行状况。温度计采用远传显示、报警、联锁、控制等，本章节涉及的此类仪表按此要求执行。4.2 吸附单元吸附单元机械化、自动化操作要求主要是对进料、吸附、出料过程的远程自动控制。4.2.1 进料（1）液体进料采用动量输送设备（泵等）向吸附塔进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。（2）气体进料采用动量输送设备（如
12、压缩机、风机、真空泵等）向吸附塔进料，在进料管线上设压力表、自动控制阀，通过动量输送设备变频调节进料压力和流速，实现远程自动控制。动量输送设备，如压缩机、风机、真空泵等采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。压力表采用远传显示、报警等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。422出料液体出料时，出料管线可设置流量计和控制阀，通过流量控制出料。气体出料时，出料管线可设置流量计和控制阀，通过流量控制出料。在出料管线上设置物料纯度（或水分）监测仪，实现物料浓度自动检测。吸附不合格物料经缓冲罐缓冲后加压输送至吸附塔前进行再吸附。当出料控制有难度时，吸附塔的出料
13、由吸附塔进料量控制。4.2.3 吸附过程（1）通过在线检测吸附塔出口物料纯度（或水分）判断吸附剂的饱和度和再生。（2）通过调节吸附设备各个自动控制阀，调整吸附时间或压力，从而控制吸附设备出口物料纯度（或水分）。4.3 其他针对特殊的工艺物料，如特殊的易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等介质，在吸收、吸附过程（进料、吸收、吸附、出料）中存在诸多安全风险，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定量定性风险评价方法，对整个吸收、吸附过程的危险性进行分析。根据分析结果设置相应的机械化及自动化手段。吸附剂的更换、现场阀门的开关切换等有人员现场操作，
14、应采用机械化和自动化的手段来实现现场无人操作。5集中控制要求针对吸收、吸附单元操作，实施以下集中控制要求：吸收、吸附单元操作参数（如温度、压力、液位、流量、组分、塔压差等）远传至DCS系统。进料、出料、吸收过程的操作，设置PLC或DCS系统实现远程自动控制。6典型吸收、吸附单元设计方案6.1 吸收单元设计方案某企业含光气尾气吸收“机械化换人、自动化减人”设计方案6.1.1 吸收工艺简述来自主装置的含光气尾气，经吸收塔A/B串级吸收，脱除光气后的尾气由B塔塔顶连续排空，塔釜吸收液间歇采出，吸收液循环槽低液位时按一定比例间歇补充新鲜碱液和水。吸收反应热由吸收液外循环冷却器带走，吸收过程控制塔釜温度
15、55,微负压操作。吸收单元操作的机械化和自动化实施方案6.1.2.1进料（1）在新鲜碱液管线上设远程控制阀，碱液循环槽低液位时开启远程控制阀按一定比例加入碱液和水。（2）在尾气管线上设压力表，根据压力变频控制引风机风量。6.122出料（1）在碱液循环管线上设置液碱浓度检测仪，液碱浓度低至设定值时开启采出管线远程控制阀，待碱液循环槽低液位时关闭采出控制阀。（2）在吸收塔塔顶排空管线上设光气自动检测仪，在线监测光气含量。若光气含量达到高高限自动切换尾气至事故塔进行吸收。6.123吸收过程（1）在吸收塔塔釜和塔顶设温度计，控制室集中显示，通过调节冷却水流量控制塔底温度在55左右。（2）在塔釜和塔顶设
16、远传压力表，在控制室显示压力及塔压差，并设压差高报警，监控吸收塔的运行情况。（3）在碱液循环管线上设流量计，和碱液循环泵进行联锁，流量低低时联锁启动备用泵，保证吸收塔正常运行。6.2吸附单元自动化设计方案某企业二氟甲烷（R32）脱水吸附单元”机械化换人、自动化减人”设计方案。621吸附工艺简述来自粗品缓冲罐的二氟甲烷（R32）通过泵送至干燥前冷却器，用冷冻水进行冷却，冷却后的二氟甲烷进入粗品吸附干燥器A/B底部，经干燥后的物料从吸附干燥器底部进入粗二氟甲烷缓冲罐。两台吸附干燥器进行吸附和再生交替操作。再生过程中先用常温氮气对干燥器进行置换，置换完毕后用350热氮气对吸附剂进行再生。氮气从吸附干
17、燥器顶部进入，底部排出，经过氮气冷凝器后进入循环风机，再经氮气加热器后循环使用。再生结束后用常温氮气对系统进行吹扫，待温度降至吸附操作温度后停止冷吹，完成脱附过程，用做下一循环吸附干燥。吸附单元操作的机械化和自动化实施方案6.2.2.1 进料（1）在二氟甲烷进料管线上设流量计、自动控制阀，远程自动控制进料流量。（2）在再生用氮气管线设置流量计、自动控制阀，远程自动控制氮气流量。6.2.2.2 出料（1）在二氟甲烷出料管线上设水分在线监测仪，用于检测二氟甲烷中水含量。（2）在排空氮气管线上设自动控制阀，实现吸附塔压力自动控制。6.223吸附过程（1）在吸附干燥器进出物料管线上设远程控制阀，通过PLC控制系统，实现吸附干燥和再生的自动循环过程。（2）在吸附干燥器上设温度计和压力表，远程监控吸附干燥器温度和压力。
