第三章4多组分多级平衡分离过程分析与简捷计算ppt课件.ppt
第三章多组分多级平衡分离过程分析与简捷计算,第四节多组分吸收和解吸过程Multicomponent imbibition and distilation,3-4多组分吸收和解吸过程 Multicomponent imbibition and distilation,一、吸收过程分析1、吸收和解吸吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质 解吸操作是将溶质从吸收液中驱赶出来,3.4多组分吸收和解吸过程,2、工业生产中的吸收过程,净化或精制气体分离气体混合物将最终气态产品制成溶液或中间产品废气治理,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收过程的分类,按组分的相对溶解度的大小单组分吸收只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计 多组分吸收气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收过程的分类,吸收过程有无化学反应物理吸收 所溶组分与吸收剂不起化学反应化学吸收 所溶组分与吸收剂起化学反应,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收过程的分类,吸收过程温度变化是否显著等温吸收 气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热 化学吸收过程中，有溶解热+反应热吸收过程温度变化不明显 非等温吸收吸收过程温度变化明显,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收过程的分类,按吸收量的多少贫气吸收 吸收量不大 恒摩尔流 恒温操作富气吸收 吸收量大的情况,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收过程的分类,按汽液两相接触方式和采用的设备形式喷淋吸收填料塔或空塔：气、液两相都连续。 淋降板塔：气相连续，液相分散。鼓泡吸收鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。降膜吸收降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况,3.4多组分吸收和解吸过程,小结,吸收过程分类,喷淋吸收,鼓泡吸收,降膜吸收,恒摩尔流恒温操作,4、吸收过程的特点,原理不同 吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。 精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。塔式不同精馏有简单塔和复杂塔。最简单的吸收为精馏中的复杂精馏,3.4多组分吸收和解吸过程,4、吸收过程的特点,传质形式不同吸收是单向传质，精馏是双向传质 在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流,3.4多组分吸收和解吸过程,？,4、吸收过程的特点,温度范围、变化不同 在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出 吸收要采用热量衡算来确定温度的分布,3.4多组分吸收和解吸过程,？,4、吸收过程的特点,物料的预分布不同精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布 吸收每端既有进料，又有出料 需在确定满足关键组分分离要求所需的理论板数的同时，做出物料预分布。,3.4多组分吸收和解吸过程,4、吸收过程的特点,精馏有两个关键组分，吸收有一个关键组分 组分分布不同精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料板上下形成几乎恒浓的区域吸收过程，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收关键组分在全塔范围内被吸收,3.4多组分吸收和解吸过程,二、吸收和解吸过程流程,1、单纯吸收工艺流程,3.4多组分吸收和解吸过程,2、吸收解吸法,3.4多组分吸收和解吸过程,2、吸收解吸法,3.4多组分吸收和解吸过程,3、吸收蒸出塔,只适用关键组分为重组分的场合,3.4多组分吸收和解吸过程,三、多组分吸收和解吸过程计算,吸收过程工艺计算的基本概念吸收、解吸作用发生的条件,3.4多组分吸收和解吸过程,解吸：溶质由液相转入气相,吸收过程的限度,塔釜：,确定了吸收液中组分的最大浓度,塔顶：,规定了设计回收塔的分离要求或尾气中i组分的最小浓度,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收过程的理论板,离开n板的气体混合物与离开n板的吸收液达到相平衡，即,和关键组分的分离要求,求：,详细计算为,计算内容已知：,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子（吸收因素）,i组分的吸收因子,吸收因子因组分而异,A值的大小可以说明在某一具体的吸收塔中过程进行的难易程度,吸收因子与操作条件有关,解吸过程,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子法的基本方程,相平衡关系方程,或,同理：,3.4多组分吸收和解吸过程,脱溶剂,物料平衡方程,对i组分作全塔物料平衡：,3.4多组分吸收和解吸过程,物料平衡方程,对n板i组分作物料衡算：,3.4多组分吸收和解吸过程,物料平衡方程,3.4多组分吸收和解吸过程,3.4多组分吸收和解吸过程,物料平衡方程,吸收因子法的基本方程，称为哈顿富兰格林方程,物料平衡方程,讨论：式的左端,试差法求解步骤,1）设：各板的温度,各板上各组分,3.4多组分吸收和解吸过程,物料平衡方程,各板上的气相流率,各板上的液相流率,由,得,2）由,求,3）校核：,热量衡算各板温度,如果不符，则要重新设值再进行计算,3.4多组分吸收和解吸过程,平均吸收因子法（KremserBrown 克雷姆塞尔布朗）,基本思想假设各板的吸收因子相同用于贫气吸收 （恒摩尔流， 恒温操作）吸收因子方程,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子方程,由等比数列前n项和的公式,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子方程,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子方程,讨论：,当吸收剂本身不挥发，且不含溶质时，则,即,3.4多组分吸收和解吸过程,吸收因子方程,根据克雷姆塞尔方程，可知,对解吸塔,3.4多组分吸收和解吸过程,5)吸收因子图,3.4多组分吸收和解吸过程,？,吸收因子方程,1）当,当,2）当N一定时，则,3）当A一定时，即,但增加的越来越慢，特别是N超过10块以后,一定时，则,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,已知：,求：,确定关键组分的吸收率,由,求 N,1）由,确定,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,2）,3）由,查图或用公式计算N,其它组分吸收率的确定,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,求尾气的组成及量 当,时，,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,吸收液的量及组成以及应加入的吸收剂量,求解思路：,A,B,3.4多组分吸收和解吸过程,平均有效吸收因子法,平均有效吸收因子埃迪密斯特提出，以某一不变的A值代替，而使最终计算出来的吸收率保持相同,对解吸,Edmister的假设，是考虑在一吸收塔中，吸收过程主要是由塔顶一块和塔釜一块理论板完成,3.4多组分吸收和解吸过程,平均有效吸收因子,马多克斯（Maddox）通过一些多组分轻烃吸收过程逐板计算 板数 塔顶釜吸收量 2 100% 3 88% 4 80%吸收塔的理论板数不需要很多，因为增加塔板并不能显著改善吸收效果,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,用平均吸收因子法计算,假设,，由热量衡算确定,由经验式估算,3.4多组分吸收和解吸过程,计算步骤,对解吸塔,计算每一组分的,由图3-39确定各组分的吸收率,作物料衡算，再计算,并用热量衡算核算,若结果相差较大，需重新设,直到相符为止,3.4多组分吸收和解吸过程,1、R. W. Rousseau ,J. S. Staton ,张近.化学吸收塔和解吸塔的分析.化学工程,1991,(01)2、周传光,王纯,丁惠华.新松弛法与流量加和法结合模拟吸收过程.化学工程,1989,(06)3、周亚夫.多组分吸收计算SR法J.化学工程,1984,(6).4、安亮,全琼,吴重光.面向对象的吸收过程动态仿真建模分析.河南化工,1999,(08)5、王扶明,王晓红,唐继国.单塔物理吸收操作线图解与分析.青岛化工学院学报,1996,(03)6、王丛瑄.新的吸收解吸系统工艺流程探讨.石油和化工设备,2005,(04),参考文献,7、王晓红,郑世清,周传光,韩方煜.多法用于模拟复杂吸收过程.高校化学工程学报,1997,(01)8、苗容生,陈静德.吸收过程多模型求解的改进J.化学工程,1992,(5).9、马友光,高瑞昶,冯惠生,余国琮.吸收过程的界面传质机理.化学工程,2003,(01)10、丁锁根.气液反应双膜论吸收速率及计算应用.化学工业与工程技术,2000,(03)11、乔世璋，齐润红.伴有复杂反应气液吸收过程的模拟计算.化学工程,1995,(04)12、李忠玉,徐松.吸收塔填料层高度的解析计算.化工设计,1998,(05),参考文献,为什么吸收是单向传质，精馏是双向传质？精馏和吸收过程分别采用什么方法来确定每块板的温度分布，为什么？由吸收因子图来说明当吸收效果不好时能否用增加平衡级的手段提高分离效果？,考考你,1、简述精馏和吸收过程的主要不同点。2、怎样用简捷法计算吸收过程的理论板板数。3、当吸收效果不好时，能否用增加塔板数来提高吸收效率，为什么？4、精馏有两个关键组分，而吸收只有一个关键组分，为什么？5、组分的吸收因子是怎样定义的，推导i组分的吸收相平衡方程。6、叙述用简捷法作吸收过程物料预分布及理论板数的步骤。,思考题,学习本章要掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法，多组分精馏、共沸和萃取精馏、吸收和蒸出等过程的基本原理、流程及其简捷计算方法，以及塔内的流率、浓度和温度分布特点，熟练掌握多组分多级分离工程的简捷计算方法。重点：常用化工生产操作单元、装置和过程的设计变量的确定。多组分精馏过程分析和简捷计算方法。特殊精馏过程、流程，及其简捷计算方法。多组分吸收和蒸出过程分析、简捷计算方法。难点：常用化工过程设计变量的确定。普通多组分精馏过程的物料衡算；清晰分割；非关键组分的分配。复杂精馏过程的简捷计算。共沸精馏流程。多组分吸收、蒸出过程计算的平均吸收因子法和有效因子法。,本章小结,
