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【摘 要】吸收解吸是化工生产中重要的单元操作之一，广泛的应用于混合气体的分离过程。我院化工单元操作实训课程通过对吸收解吸装置的操作实训，使学生理解和掌握吸收解吸过程的基本原理、工艺过程、设备结构、工艺流程、操作方法、影响因素等，具有十分重要的地位和作用。随着在教学过程中对设备的不断研究和深入理解，本着能量综合利用和贴近生产实际的原则，本文分析了装置目前的使用状况及装置本身情况，提出对实训装置的若干改进方案以及具体实施方法，同时对装置日常维护保养作了阐述，并阐述了预期能够达到的效果。
【关键词】实训装置 吸收解吸 装置改进
【中图分类号】G4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）34-0030-02
一、吸收解吸实训装置使用情况介绍
我院吸收解吸实训室目前有八套装置供学生使用，装置采用水吸收空气-二氧化碳混合气，并用空气气提将吸收液解吸。吸收塔所用的空气由空气压缩机提供，二氧化碳由钢瓶提供，可以调节混合气的流量和组成，装置运行过程中的基本参数如流量、压力、温度等都在仪表控制台显示，通过仪表控制台可以对运行过程进行监控和调节。
目前本实训室的八套装置均能正常运行，能够满足我院毕业生和企业培训学院的实训需求，自从2009年投入使用后，基本每个学期都有500至800名学生在本实训室实习实训，装置利用率达到百分之九十以上。
二、装置使用过程中存在的问题
由于装置自从安装调试合格后基本一直处于连续运行状态，因此随着使用年限的增长不可避免了出现了一些问题，这些问题总结起来有以下几个方面：
1、填料塔内气液接触状况
八套装置的填料塔内装有不同类型的填料，分别有拉西环、鲍尔环、阶梯环、扁环、金属鞍环以及丝网波纹填料几种类型，其中乱堆填料由于排放无规则导致液相在塔内下降过程中分布不均匀，尤其是瓷质拉西环，由于结构比较简單，环壁较厚，很容易发生沟流和壁流现象，影响塔内气液接触状况，对吸收和解吸的效果造成了一定影响，使吸收塔的吸收率下降。
吸收塔和解吸塔内填料层高度偏高，填料层顶部离气体出口偏近，塔内上升气体没有足够的空间与液相分离，会夹带一部分水滴出塔，有可能对二氧化碳在线分析仪的分析结果造成影响，并且在工业生产中，液滴夹带现象也应当尽量避免。
2、解吸塔内解吸效果
解吸塔内采用气提解吸法，用空气作为气提气，相对于其它解吸方法而言，此方法的解吸效果稍差，而且解吸塔顶尾气是二氧化碳和空气的混合气，并不是高纯度的二氧化碳气。
3、原料二氧化碳消耗量
本实训室所用的原料二氧化碳由钢瓶提供，由于设备使用率较高，在使用过程中二氧化碳的消耗量较大，而且经过解吸的二氧化碳和空气的混合气是直接放空，造成二氧化碳不能回收利用。钢瓶内气压不够时需要联系厂家重新充气，据统计，在设备正常使用的情况下，八套装置的钢瓶平均两个月就要充一次气，既耽误学生实训使用又不经济。
4、介质对设备的腐蚀状况
本实训所用介质为水、空气、二氧化碳，相对其他物质而言，这三种物质的腐蚀性都比较低，不会对管道、阀门造成太大的腐蚀，塔体本身钢化玻璃制作，不存在腐蚀现象。介质对设备的腐蚀和影响主要存在于填料塔内液体分布器和填料上。塔内液体分布器类型为莲蓬头式，通过小孔将吸收剂分布在填料层上，随着使用年限的不断增加，液体分布器的分布孔出现了一些生锈现象，影响分布器的分布效果，使吸收剂在塔内不能均匀分布，降低吸收剂的实际流量，对吸收和解吸的效果造成一定影响。
进入吸收塔的空气由空气压缩机提供，往复式压缩机在压缩气体过程中会使气体中带油，同时压缩过程中会产生一定水分，油和水混在压缩空气中被一块带入吸收塔内，在吸收解吸循环过程中使整个系统都有油污，油污积存在填料内部会降低填料的有效传质面积，严重时会造成塔内阻力增大，不利于吸收解吸的进行。
三、装置改进方案
针对以上提出的装置运行过程中存在的问题，提出装置改进方案，主要从填料塔内部结构和管道流程布局两个方面进行改进，同时在日常使用中注意对设备进行定期维护和保养。
1、填料塔内部结构改进
在本实训装置中，填料塔内液体分布装置都采用莲蓬头式液体分布器，相对于其他液体分布装置而言，这种液体分布器结构简单，制造容易，但是喷头处小孔直径较小，容易发生喷头堵塞和锈蚀的现象，使液相在塔内填料层分布不均匀。综合比较各种液体分布器的特点，建议用采用具有较大操作弹性和较好抗污堵性的槽式液体分布器。本实训室内八套装置的结构和填料每两台是相同的，因此可以更换其中四台装置的液体分布器，可以比较出其他条件相同的情况下不同分布性能的液体分布器对吸收解吸效果的影响。
填料塔内填料层高度较高，不利于塔顶的气液分离，并且出塔气带液较多时会对二氧化碳在线分析仪造成一定的影响，影响分析结果，因此建议在塔顶液体分布器上方增设丝网除沫器。丝网除沫器是由金属丝或塑料丝编结而成，比表面积较大、孔隙率大、结构简单、使用方便，能够除去5μm的微小液滴，除沫效率较高。
2、管路流程布局改进
针对填料塔内解吸效果不理想以及原料二氧化碳耗量较大的情况，根据本实训室装置特点，可以将管路流程做适当改进。
装置流程中吸收液的解吸采用气提解吸法将水中溶解的二氧化碳进行解吸，解吸过程是在常温常压下操作，忽略了温度、压力对溶液溶解度的影响，且不能将溶解的二氧化碳完全解吸，造成解吸液浓度较高，对吸收效果造成影响。二氧化碳由钢瓶提供，由于钢瓶内二氧化碳减压气化过程中会吸收热量，因此在钢瓶出口处要设置加热保温电源，以补偿二氧化碳气化所吸收的热量，防止温度过低导致二氧化碳直接固化堵塞管道。根据以上分析，为了在实训过程中能够体现出温度变化对解吸效果的影响，可将电加热器设置于吸收液进入解吸塔的管线上，通过加热提高吸收液温度，使解吸过程能够更容易进行。同时，从解吸塔底部流出的解吸液由于温度较高，可与钢瓶出口的低温二氧化碳气换热，使解吸液温度降低有利于吸收过程，并保证二氧化碳不会因过冷而固化。通过这样的改进，可以实现能量的综合利用，并能体现出温度变化对吸收、解吸效果的影响，也可以比较加热解吸与气提解吸两种不同解吸方法的效果。
3、日常操作维护注意事项
在日常使用中，为了延长设备使用寿命并保证稳定运行，要对装置进行维护和保养。日常维护主要侧重于空气压缩机、实训装置以及纯水机三个方面。
空气压缩机为往复式压缩机，使用过程中应每天打开储气罐底部活塞放水，防止油水混合物随压缩空气进入设备内造成管道和设备堵塞。应当定时添加机油，防止压缩机转子磨损，并随时检查压縮机有无异响、振动情况，并随时联系维修人员进行维修处理。
纯水机在使用过程中应当按时清洗，根据纯水机维护使用说明，应当每周进行冲洗，每次冲洗时间不得少于半个小时。
四、预期达到的效果
通过以上几个方面的改进，预期可以达到以下效果：
1、由于增加了温度对吸收解吸过程的影响，效果会明显增强。具体结果应体现在吸收尾气二氧化碳浓度下降、解吸尾气二氧化碳浓度增高以及吸收率增大等方面。同时在实际操作中，还可以让同学在一套装置上对比只有加热解吸与加热、气提两种解吸方法同时进行时对解吸效果的影响。
2、原料消耗
通过将解吸塔尾气中的二氧化碳回收利用，可以大大减少二氧化碳的消耗量，预计二氧化碳的利用率将会达到目前的两倍以上，既节约成本又能使学生树立节能降耗的理念。
3、能量综合利用
将加热器改装到吸收液进入解吸塔的管线上，既能实现对吸收液的加热，体现温度对吸收解吸效果的影响，同时还能保证二氧化碳不会在低温下固化，提高了热能利用率。
4、装置使用寿命
通过对压缩机、纯水机和装置的日常维护以及精心操作，可以延长装置使用年限，能够更好地为我院学生和企业培训职工服务。
【关键词】实训装置 吸收解吸 装置改进
【中图分类号】G4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）34-0030-02
一、吸收解吸实训装置使用情况介绍
我院吸收解吸实训室目前有八套装置供学生使用，装置采用水吸收空气-二氧化碳混合气，并用空气气提将吸收液解吸。吸收塔所用的空气由空气压缩机提供，二氧化碳由钢瓶提供，可以调节混合气的流量和组成，装置运行过程中的基本参数如流量、压力、温度等都在仪表控制台显示，通过仪表控制台可以对运行过程进行监控和调节。
目前本实训室的八套装置均能正常运行，能够满足我院毕业生和企业培训学院的实训需求，自从2009年投入使用后，基本每个学期都有500至800名学生在本实训室实习实训，装置利用率达到百分之九十以上。
二、装置使用过程中存在的问题
由于装置自从安装调试合格后基本一直处于连续运行状态，因此随着使用年限的增长不可避免了出现了一些问题，这些问题总结起来有以下几个方面：
1、填料塔内气液接触状况
八套装置的填料塔内装有不同类型的填料，分别有拉西环、鲍尔环、阶梯环、扁环、金属鞍环以及丝网波纹填料几种类型，其中乱堆填料由于排放无规则导致液相在塔内下降过程中分布不均匀，尤其是瓷质拉西环，由于结构比较简單，环壁较厚，很容易发生沟流和壁流现象，影响塔内气液接触状况，对吸收和解吸的效果造成了一定影响，使吸收塔的吸收率下降。
吸收塔和解吸塔内填料层高度偏高，填料层顶部离气体出口偏近，塔内上升气体没有足够的空间与液相分离，会夹带一部分水滴出塔，有可能对二氧化碳在线分析仪的分析结果造成影响，并且在工业生产中，液滴夹带现象也应当尽量避免。
2、解吸塔内解吸效果
解吸塔内采用气提解吸法，用空气作为气提气，相对于其它解吸方法而言，此方法的解吸效果稍差，而且解吸塔顶尾气是二氧化碳和空气的混合气，并不是高纯度的二氧化碳气。
3、原料二氧化碳消耗量
本实训室所用的原料二氧化碳由钢瓶提供，由于设备使用率较高，在使用过程中二氧化碳的消耗量较大，而且经过解吸的二氧化碳和空气的混合气是直接放空，造成二氧化碳不能回收利用。钢瓶内气压不够时需要联系厂家重新充气，据统计，在设备正常使用的情况下，八套装置的钢瓶平均两个月就要充一次气，既耽误学生实训使用又不经济。
4、介质对设备的腐蚀状况
本实训所用介质为水、空气、二氧化碳，相对其他物质而言，这三种物质的腐蚀性都比较低，不会对管道、阀门造成太大的腐蚀，塔体本身钢化玻璃制作，不存在腐蚀现象。介质对设备的腐蚀和影响主要存在于填料塔内液体分布器和填料上。塔内液体分布器类型为莲蓬头式，通过小孔将吸收剂分布在填料层上，随着使用年限的不断增加，液体分布器的分布孔出现了一些生锈现象，影响分布器的分布效果，使吸收剂在塔内不能均匀分布，降低吸收剂的实际流量，对吸收和解吸的效果造成一定影响。
进入吸收塔的空气由空气压缩机提供，往复式压缩机在压缩气体过程中会使气体中带油，同时压缩过程中会产生一定水分，油和水混在压缩空气中被一块带入吸收塔内，在吸收解吸循环过程中使整个系统都有油污，油污积存在填料内部会降低填料的有效传质面积，严重时会造成塔内阻力增大，不利于吸收解吸的进行。
三、装置改进方案
针对以上提出的装置运行过程中存在的问题，提出装置改进方案，主要从填料塔内部结构和管道流程布局两个方面进行改进，同时在日常使用中注意对设备进行定期维护和保养。
1、填料塔内部结构改进
在本实训装置中，填料塔内液体分布装置都采用莲蓬头式液体分布器，相对于其他液体分布装置而言，这种液体分布器结构简单，制造容易，但是喷头处小孔直径较小，容易发生喷头堵塞和锈蚀的现象，使液相在塔内填料层分布不均匀。综合比较各种液体分布器的特点，建议用采用具有较大操作弹性和较好抗污堵性的槽式液体分布器。本实训室内八套装置的结构和填料每两台是相同的，因此可以更换其中四台装置的液体分布器，可以比较出其他条件相同的情况下不同分布性能的液体分布器对吸收解吸效果的影响。
填料塔内填料层高度较高，不利于塔顶的气液分离，并且出塔气带液较多时会对二氧化碳在线分析仪造成一定的影响，影响分析结果，因此建议在塔顶液体分布器上方增设丝网除沫器。丝网除沫器是由金属丝或塑料丝编结而成，比表面积较大、孔隙率大、结构简单、使用方便，能够除去5μm的微小液滴，除沫效率较高。
2、管路流程布局改进
针对填料塔内解吸效果不理想以及原料二氧化碳耗量较大的情况，根据本实训室装置特点，可以将管路流程做适当改进。
装置流程中吸收液的解吸采用气提解吸法将水中溶解的二氧化碳进行解吸，解吸过程是在常温常压下操作，忽略了温度、压力对溶液溶解度的影响，且不能将溶解的二氧化碳完全解吸，造成解吸液浓度较高，对吸收效果造成影响。二氧化碳由钢瓶提供，由于钢瓶内二氧化碳减压气化过程中会吸收热量，因此在钢瓶出口处要设置加热保温电源，以补偿二氧化碳气化所吸收的热量，防止温度过低导致二氧化碳直接固化堵塞管道。根据以上分析，为了在实训过程中能够体现出温度变化对解吸效果的影响，可将电加热器设置于吸收液进入解吸塔的管线上，通过加热提高吸收液温度，使解吸过程能够更容易进行。同时，从解吸塔底部流出的解吸液由于温度较高，可与钢瓶出口的低温二氧化碳气换热，使解吸液温度降低有利于吸收过程，并保证二氧化碳不会因过冷而固化。通过这样的改进，可以实现能量的综合利用，并能体现出温度变化对吸收、解吸效果的影响，也可以比较加热解吸与气提解吸两种不同解吸方法的效果。
3、日常操作维护注意事项
在日常使用中，为了延长设备使用寿命并保证稳定运行，要对装置进行维护和保养。日常维护主要侧重于空气压缩机、实训装置以及纯水机三个方面。
空气压缩机为往复式压缩机，使用过程中应每天打开储气罐底部活塞放水，防止油水混合物随压缩空气进入设备内造成管道和设备堵塞。应当定时添加机油，防止压缩机转子磨损，并随时检查压縮机有无异响、振动情况，并随时联系维修人员进行维修处理。
纯水机在使用过程中应当按时清洗，根据纯水机维护使用说明，应当每周进行冲洗，每次冲洗时间不得少于半个小时。
四、预期达到的效果
通过以上几个方面的改进，预期可以达到以下效果：
1、由于增加了温度对吸收解吸过程的影响，效果会明显增强。具体结果应体现在吸收尾气二氧化碳浓度下降、解吸尾气二氧化碳浓度增高以及吸收率增大等方面。同时在实际操作中，还可以让同学在一套装置上对比只有加热解吸与加热、气提两种解吸方法同时进行时对解吸效果的影响。
2、原料消耗
通过将解吸塔尾气中的二氧化碳回收利用，可以大大减少二氧化碳的消耗量，预计二氧化碳的利用率将会达到目前的两倍以上，既节约成本又能使学生树立节能降耗的理念。
3、能量综合利用
将加热器改装到吸收液进入解吸塔的管线上，既能实现对吸收液的加热，体现温度对吸收解吸效果的影响，同时还能保证二氧化碳不会在低温下固化，提高了热能利用率。
4、装置使用寿命
通过对压缩机、纯水机和装置的日常维护以及精心操作，可以延长装置使用年限，能够更好地为我院学生和企业培训职工服务。