《吸收与解吸》PPT课件.ppt

《《吸收与解吸》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《吸收与解吸》PPT课件.ppt（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、课内作业,列出吸收因子公式最小液气比定义吸收简捷计算步骤,总结,吸收基本概念：定义、分类、推动力吸收应用：气体分离、尾气净化、制取产品、回收有价值成分吸收与普通精馏异同点吸收重要参数：压力、温度、液气比、塔板数吸收热效应：吸收热、气化潜热、换热,本章内容-吸收,基本概念吸收原理吸收过程分析吸收塔设计变量吸收过程简捷计算,四.吸收塔设计变量,四.吸收塔设计变量,四.吸收塔设计变量,固定设计变量：所有进入物流的变量（每股物流C+2个）：2(C+2)所有平衡级的压力：N合计：N+2C+4,可调设计变量：1（p62),设计型：1个关键组分回收率操作型：级数N,7,五.多组分吸收和解吸的简捷计算法,对于

2、单组分吸收且吸收量不大的情况，可假定吸收是等温过程，气相和液相流率恒定，计算大为简化。但对多组分吸收且吸收量较大的情况，热效应引起的温度变化不能忽略，气液相流率也不能看作恒定。要得到精确解，必须用严格计算。,8,简捷计算主要应用场合：（1）设计的初始阶段，为严格计算提供初值；（2）对操作进行粗略分析。,简捷计算法的常见类型：（1）平均吸收因子法（掌握）（2）平均有效吸收因子法（不要求）（3）蒸出（解吸）因子法（不要求）,重点介绍并掌握吸收因子法,9,Y,X,Top,Bottom,X0(liquid in),Stage 1,Stage 2,Stage 3,XN(liquid out),操作线,复

3、习：吸收过程计算的图解梯级法,Y1(gas out),YN+1(gas in),平衡线,斜率最小液气比,X*,5,10,吸收因子法,11,对第n板上的i组分作物料衡算：,（3-65）,任一组分i的相平衡关系：,再由,和,可得：,（3-66）,（3-67）,7,吸收因子,12,n=1时：,(3-68),n=2时：,逐板下降：,(3-70),13,全塔物料衡算：,（3-71）,（3-72）,14,Horton-Franklin方程,关联了吸收率、吸收因子和理论板数,15,平均吸收因子法,各板吸收因子相同，并采用全塔平均吸收因子代替各板上的吸收因子，以A表示。,Horton-Franklin方程可简

4、化为：,（）,分子(vN+1-v1)表示气体中某组分通过吸收塔后被吸收的量；,分母(vN+1-v0)表示根据平衡关系计算的最大可能吸收量。,相对吸收率,当吸收剂中不含溶质时，相对吸收率等于吸收率。,表达了相对吸收率、平均吸收因子和理论板数之间的关系。,16,吸收因子（或解吸因子）图,有二种平均方法:(1)平均吸收因子法(低浓度吸收),平均吸收因子,(2)有效平均吸收因子法(高浓度吸收),吸收因子法,19,理论板数的直接求解,已知关键组分的吸收率，再求出关键组分的吸收因子，则可由上式直接计算理论板数。,20,关键组分的吸收因子A关：,K关一般取全塔平均温度和压力下的数值。,关键在于确定液气比,2

5、1,确定最小液气比（L/V)min,在无穷多塔板的条件下，达到规定分离要求时，1kmol的进料气所需吸收剂的kmol数。,22,实际中：,N=,确定最小液气比（L/V)min,23,非关键组分的吸收率,15,有了液气比，可求关键组分的平均吸收因子，进而求出理论板数。,24,非关键组分的吸收率,由关键组分求出液气比和理论板数后，可求出非关键组分的吸收因子和吸收率。,吸收简捷计算法步骤（设计型）,例3-15 p132,吸收简捷计算法步骤（操作型）,例 3-16 p133,6-2-3 初值的设定,由我们上面所讲的内容，我们知道，如果要能够进行计算，我们必须要知道吸收剂组分流率ln+1，i及浓度、原料

6、气组分流率v0,i及浓度、各级温度Tn、压力、热量、级数N及各级的吸收因子An,i。对于操作型的计算，级数N是可知的，吸收剂、原料气的组分浓度、流率及温度是可知的，如果没有压降，各级压力相等，也就是说等于全塔操作压力，那么压力也是可知的，当进行绝热操作时，热量就可以不考虑了。所以只有An,i及,Tn是未知的。由于各级温度初值不能按线性分布设定，(所以我们要考虑温度与什么因素有关，利用与它相关的因素对它的影响来设定温度)。在吸收塔内，温度变化主要取决于溶解热，所以可以假定温度变化与吸收质溶解量成比例(溶解量越大，溶解热就越大，温度的变化也就越大)，温升比应等于溶解量的比值。也就是说，溶解量确定了

7、，温度也就随之确定了。因为溶解量与各级与各级的组分流率vn及ln有关，同时，各级吸,收因子An,i也与组分流率及相平衡常数有关，而相平衡常数是温度的函数，温度确定之后，相平衡常数也就确定了。所以我们只要对组分流率vn与ln的初值进行设定，就可以得到温度、相平衡常数及吸收因子，那么我们就可以进行吸收塔的逐级计算了。我们在前面已经讲了，吸收塔与精馏塔的区别是，它不能像精馏塔那样按恒摩尔流假定的办法对初值进行设定。由于吸收过程只进行单项传质，所以，可以按“恒流,率比”的概念来设定流率初值。假定全塔各相邻级间气相流率之比值相等，则将各比值连乘，得到：,(6-42),(6-43),由上式可以推导出各级气

8、相流率的计算公式：其中，v0 原料气流率 vN 吸收后离塔尾气的流率vN我们可以根据各组分吸收率估定。这样我们就可以估计出各级的气相流率。液相流率可以根据全塔的物料衡算式求出：ln+1=vn+l1-v0其中：l1 富吸收液流率，可由各组分收率估算,(6-44),(6-45),各级温度初值不能按线性分布设定，吸收塔内温度变化主要取决于溶解热，我们假定温度变化与吸收质溶解量成比例，温升比应等于溶解量比，所以得到：整理上式，则可得到自第2级至第N级温度初值的计算公式：,(6-47),(6-46),式中T1是未知的，我们必须要先把它解决。从全塔看，T0，TN+1为已知条件，假设离开吸收塔的气体温度TN

9、较进入吸收塔的吸收液温度高26oC，那么就可以利用全塔的热量平衡解出离塔的富吸收液的温度T1。利用式(6-47)求出各级温度后，估算各级各组分的相平衡常数Kn,i，算出各级各组分的吸收因子An,i，就可以进行首轮逐级计算。,6-2-4 流率与温度的校正,用假定的流率与温度初值，逐级算出气相，液相组分流率分布后，必须通过迭代计算对流率与温度假设值不断加以修正，使之逐步逼近，最后达到收敛要求，为避免同时修正诸变量的复杂性，采取流率与温度分布校正的办法。(1).流率分布的校正 当用式(6-39)逐级计算出气相组分流率后，逐级将组分流率值加和即得新一轮气相流率值：,这种迭代法为直接迭代法，收敛判据规定

10、前后两次算出的各级气相流率差值应小于最大允许偏差。计算中如发现新vn值有过度修正情形时，可以采取适当的阻尼措施。流率校正的具体步骤可按下述顺序进行：(1).输入原始数据，包括用简捷估算的级数，吸 收率，并估算塔两端出料状态。,(6-48),(2).假设vn(k),ln及Tn(Kn,i)初值。（k纪录迭代次数，此时，k=0）。(3).计算An,i=ln/(vn(k)Kn,i)(4).用式(6-39)自第N级至第1级逐级算出全部vn,i及ln,i。(5).计算新的(6).从各级的流率偏差中找出最大者：(7).考察vmax v(0.001)?如果满足此条件，则流率校正完成，向下做温度校正。(8).否

11、则，返回(3)，用新的vn(k+1)，ln重新计算,(2)温度分布的校正,温度的校正利用热量平衡解决。有关符号定义如下。温度Tn下i组分摩尔焓：气相焓Hn,i=Hi(Tn);液相焓 hn,i=hi(Tn)n级物流摩尔焓：气相焓液相焓,其中 yn,i=vn,i/vn,xn,i=ln,i/lnn级物流焓：气相焓 液相焓 当vn，ln，yn,i及xn,i已知时，物流焓仅为Tn的函数，例如组分摩尔焓可表示为温度多项式Hn,i=Ai+BiTn+CiTn2hn,i=ai+biTn+ciTn2将此关系式代入上式，由Tn可求出物流焓值,由于温度隐含于热量平衡关系式，需要迭代求解。首先解决塔两端温度，作全塔热量

12、平衡lN+1hN+1+v0H0=vNHN+l1h1由于TN+1及T0为已知条件，假定TN=TN+1+(26oC)，则可分别求出lN+1hN+1=lN+1v0H0=v0 vNHN=vN,得出关于T1的关系式l1h1（T1）=lN+1hN+1+v0H0-vNHN=C1式中C1为已知量。假定液相组分摩尔焓的具体表达式为 h1,i=ai+biT1+ciT12则上式为取收敛函数为：,导函数为：则可方便地用牛顿迭代法求得T1值，其步骤是先设T1(r)初值，r代表迭代次数，算出F(T1(r)后，考察是否满足F(T1(r)T，如不满足判据要求，则按下式求出新的T1(r+1)，重新计算，直至满足收敛要求。T1(

13、r+1)=T1(r)-F(T1(r)/F(T1(r),如此求出第1级温度T1。需要指出的是，此温度T1是根据假设的TN值算出来的，所设TN是否合适要经过验证，所设不妥时，要调整TN值，T1值也要随之重新计算。求出T1之后，自下而上逐级作热量平衡，逐次求出各级温度，例如，作第1级热量平衡求T2，第1级热量平衡式如下：v1H1+l1h1+v0H0+l2h2由于T0为已知，且由全塔热平衡已算出T1，故可列出关于T2的方程。L2h2(T2)=v1H1+l1h1-v0H0=C2,可具体化为：同理，可用牛顿迭代法求出T2。依次类推，顺次求出T3，T4，直至TN。由此逐级求出的TN与原假设的TN相比较，两者相差是否在允许偏差范围之内，如果符合要求，本次迭代所得各级温度即为新一轮迭代温度，则需重设TN值，再用全塔热量平衡关系求T1，然后逐级算出温度，又得出新TN，再与假设TN比较，考察两者差值是否在允许偏差范围之内，如此反复直到符合要求。,整个迭代计算中流率校正及温度校正分别在内循环及外循环中进行，最后要求算出的流率值及温度值同时满足各自的收敛判据要求。流率值的收敛判据vmax v前面已经提到，温度值判据如下：,