第三章4 多组分多级平衡分离过程分析与简捷计算

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Multicomponentimbibitionanddistilation§3-4多组分吸收和解吸过程Multicomponentimbibitionanddistilation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①净化或精制气体②分离气体混合物③将最终气态产品制成溶液或中间产品④废气治理3.4多组分吸收和解吸过程3、吸收过程的分类①按组分的相对溶解度的大小⑴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⑵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②吸收过程有无化学反应⑴物理吸收所溶组分与吸收剂不起化学反应⑵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③吸收过程温度变化是否显著⑴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⑵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④按吸收量的多少⑴贫气吸收吸收量不大恒摩尔流恒温操作⑵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⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式⑴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。⑵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。⑶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化学反应吸收温度单组分吸收多组分吸收相对溶解度吸收量汽液接触方式吸收过程分类物理吸收化学吸收喷淋吸收鼓泡吸收降膜吸收等温吸收非等温吸收贫气吸收富气吸收恒摩尔流恒温操作4、吸收过程的特点①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。②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③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④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⑤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⑥精馏有两个关键组分，吸收有一个关键组分⑦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⒈吸收过程工艺计算的基本概念①吸收、解吸作用发生的条件*iipp*iiyy*iipp*iiyy3.4多组分吸收和解吸过程吸收：溶质由气相溶于液相解吸：溶质由液相转入气相②吸收过程的限度塔釜：iNiiNxKy,,1确定了吸收液中组分的最大浓度iiixKy,0,1iiixKy,0,1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③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iiixKypTxTyVNNN,,,,,00111和关键组分的分离要求求：NLxLyVNN,,,,,011详细计算为nnnVLT,,④计算内容已知：3.4多组分吸收和解吸过程⒉吸收因子（吸收因素）i组分的吸收因子iiVKLA①吸收因子因组分而异②A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③吸收因子与操作条件有关iiAkTiiAkp④解吸过程LKVAS13.4多组分吸收和解吸过程⒊吸收因子法的基本方程①相平衡关系方程inininxKy,,,或nnnxKynnnnnLlKVvnnnnnnnvAvKVLlAvl同理：lSv3.4多组分吸收和解吸过程脱溶剂②物料平衡方程对i组分作全塔物料平衡：NNNNxLyVxLyV110011NNlvlv101NNNAvvlv101NNNAvlvv1013.4多组分吸收和解吸过程②物料平衡方程对n板i组分作物料衡算：11nnnnlvlv111nnnnnnvAvvAv1111nnnnnAvAvv11110210021AlvAvAvvn　　3.4多组分吸收和解吸过程②物料平衡方程111221021321132AAlvAvAvAvvn　　1)1(22101312AAAlAvAv11)1(13322101312432243AAAAlAvAAvAvAvvn　　1)1(33232102142213AAAAAAlAAvAAAv3.4多组分吸收和解吸过程3.4多组分吸收和解吸过程②物料平衡方程　　Nn1)1(2101211112121NNNNNNNNNAAAAAlAAAvAAAAAAv┉┉┉┉┉┉┉NNNAvlvv1011112132102121111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAvvv┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉　吸收因子法的基本方程，称为哈顿—富兰格林方程②物料平衡方程讨论：⑴式的左端iNNiivvv吸收率组分加入量组分被吸收掉的量111⑵NAfini,,⑶试差法求解步骤1）设：各板的温度相平衡),,(21NTTT各板上各组分iK3.4多组分吸收和解吸过程②物料平衡方程各板上的气相流率物料衡算NVVV,,21各板上的液相流率nL由nniLVK,,得inA,2）由inA,求inv,3）校核：ninVv,热量衡算→各板温度'nnnTTT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⒋平均吸收因子法（Kremser—Brown克雷姆塞尔—布朗）①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）②吸收因子方程11111011111AAAAAAAvlAAAAAAvvvNNNNNNNNNNN┉┉┉┉3.4多组分吸收和解吸过程②吸收因子方程由等比数列前n项和的公式10102000nnnqaaqaqaqaa。　通项：，┉，，，qqaSnn110AAAAAvlAAAAvvvNNNNNNN11111111111110111113.4多组分吸收和解吸过程②吸收因子方程11111011NNNNNAAAAvlAAA111110NNNAAAAvl111NNvvv1110111NNNNiAAAvvvv3.4多组分吸收和解吸过程②吸收因子方程讨论：⑴iii相对吸收量的量组分最大可能被吸收掉组分被吸收掉的量　方程的左端⑵当吸收剂本身不挥发，且不含溶质时，则00l00v即iNNivvv1113.4多组分吸收和解吸过程②吸收因子方程⑶根据克雷姆塞尔方程，可知NAfi,1lg1lgAAN⑷对解吸塔01101111CSSSllllNNNN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②吸收因子方程1）当VLAAAAANNNiN11limlim1110A1A当NKVLA1)(minmin2）当N一定时，则AVLmin)2~1.1(VLVL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N11limlim11罗必塔法则NNNiNAAA3.4多组分吸收和解吸过程③计算步骤已知：求：iNNixLLyVN,0,11,,,,,⑴确定关键组分的吸收率⑵由关关求N1）由关确定minVLN关关关KVLA1minmin关关KVLmin关,,,,,011xTPyVNN3.4多组分吸收和解吸过程③计算步骤2）min)2~2.1(VLVL关关VKLA3）由关关，A查图或用公式计算N1lg1lgAAN⑶其它组分吸收率的确定iiiVKLKKAA关关111NiiNiiAAA3.4多组分吸收和解吸过程③计算步骤⑷求尾气的组成及量当0,0il时，iNiiNiivvv,1,1,1iNiiNiiNivvvv,1,1,1,11ivV,111,1,1Vvyii3.4多组分吸收和解吸过程③计算步骤⑸吸收液的量及组成以及应加入的吸收剂量)(110VVLLNN1121VVVN均均均均VVLLLLN02111)()(ln)()()(VLVLVLVLVLNN均NNAAxLLLV0B联立代均均求解思路：ABNNNLlvvx0113.4多组分吸收和解吸过程⒌平均有效吸收因子法①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5.025.011AAANe对解吸5.025.011SSSNeEdmister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①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2100%388%480%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②计算步骤⑴用平均吸收因子法计算NLV,1⑵假设1T，由热量衡算确定NTQHVhLHVhLNNNN111100⑶由经验式估算NVL,1NNnnvvvv1111NnNNNnVVVV1111NnNNNnVVVV1111)(101VLVLnn3.4多组分吸收和解吸过程②计算步骤对解吸塔nnNNllll110⑷计算每一组分的NAA,1eA⑸由图3-39确定各组分的吸收率⑹作物料衡算，再计算NLV,1并用热量衡算核算NT若结果相差较大，需重新设1T直到相符为止3.4多组分吸收和解吸过程1、R.W.Rousseau,J.S