1、14.1多組分吸收和解吸過程分析多組分吸收和解吸過程分析 4.2 吸收和解吸過程流程吸收和解吸過程流程 4.3多組分吸收和解吸過程簡捷計算多組分吸收和解吸過程簡捷計算 4.4 化學吸收化學吸收第第4章章 氣體吸收和解吸氣體吸收和解吸24.1多組分吸收和解吸過程分析多組分吸收和解吸過程分析 一、吸收和解吸一、吸收和解吸 二、工業生產中的吸收過程二、工業生產中的吸收過程三、吸收過程的分類三、吸收過程的分類四、吸收過程的特點四、吸收過程的特點3一、吸收和解吸一、吸收和解吸 吸收吸收是利用液體處理氣體混合物，根據氣體混合是利用液體處理氣體混合物，根據氣體混合物中各組分在液體中物中各組分在液體中溶解度的

2、不同溶解度的不同，而達到分離，而達到分離目的傳質過程目的傳質過程 吸收是一個分離過程，且分離的是氣體混合物，吸收是一個分離過程，且分離的是氣體混合物，分離的介質是某一種液體溶劑稱為分離的介質是某一種液體溶劑稱為吸收劑吸收劑 被吸收的氣體混合物稱為被吸收的氣體混合物稱為溶質溶質 當吸收過程用于中間產物分離時，離開吸收塔的當吸收過程用于中間產物分離時，離開吸收塔的吸收液需進行吸收液需進行解吸解吸操作，其作用是操作，其作用是將溶質從吸收將溶質從吸收液中驅趕出來，并使吸收劑獲得再生液中驅趕出來，并使吸收劑獲得再生，所以解吸，所以解吸是吸收的逆過程。是吸收的逆過程。4二、工業生產中的吸收過程二、工業生產

3、中的吸收過程1234凈化或凈化或精制氣精制氣體體分離分離氣體氣體混合物混合物將最終氣將最終氣態產品制態產品制成溶液或成溶液或中間產品中間產品廢氣廢氣治理治理5 凈化或精制氣體凈化或精制氣體 為除去原料氣中所含的雜質，吸收是最常用的為除去原料氣中所含的雜質，吸收是最常用的方法。方法。 如用乙醇胺液脫出石油裂解氣或天然氣中的硫如用乙醇胺液脫出石油裂解氣或天然氣中的硫化氫化氫;乙烯直接氧化制環氧乙烷生產中原料氣的乙烯直接氧化制環氧乙烷生產中原料氣的脫硫、脫鹵化物脫硫、脫鹵化物;合成甲烷工業中的脫硫、脫合成甲烷工業中的脫硫、脫CO2;二氯乙烷生產過程中用水去除氯化氫等。二氯乙烷生產過程中用水去除氯化氫

4、等。6 分離氣體混合物分離氣體混合物 用以得到目的產物或回收其中一些組分用以得到目的產物或回收其中一些組分 如石油裂解氣的油吸收，將如石油裂解氣的油吸收，將C2以上的組分與甲烷、以上的組分與甲烷、氫分開；用氫分開；用N-甲基吡咯烷酮作溶劑，將天然氣部甲基吡咯烷酮作溶劑，將天然氣部分氧化所得裂解氣中的乙炔分離出來；焦爐氣的分氧化所得裂解氣中的乙炔分離出來；焦爐氣的油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制環氧乙烷生產油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制環氧乙烷生產中中,用吸收法分離反應氣體中的環氧乙烷等。用吸收法分離反應氣體中的環氧乙烷等。7 將最終氣態產品制成溶液或中間產品將最終氣態產品制成溶液或中間產品 將氣

5、體中需用的組分以指定的溶劑吸收出來，成將氣體中需用的組分以指定的溶劑吸收出來，成為液態的產品或半成品。為液態的產品或半成品。 如用水吸收氯化氫氣體制成鹽酸；如用水吸收氯化氫氣體制成鹽酸； 在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液； 用水吸收丙烯腈作為中間產物等。用水吸收丙烯腈作為中間產物等。8 廢氣治理廢氣治理 很多工業廢氣中含很多工業廢氣中含SO2、NOx（主要是（主要是NO及及NO2），汞蒸汽等有害成分，雖然濃度一般很低，），汞蒸汽等有害成分，雖然濃度一般很低，但對人體和環境的危害甚大，而必須進行治理，但對人體和環境的危害甚大，而必須進行治理，

6、這類環境保護問題在我國已愈來愈受重視。這類環境保護問題在我國已愈來愈受重視。 選擇適當的工藝和溶劑進行吸收，是廢氣處理中選擇適當的工藝和溶劑進行吸收，是廢氣處理中應用較廣的方法。應用較廣的方法。 9二氧化碳的吸收過程二氧化碳的吸收過程10三、吸收過程的分類三、吸收過程的分類按組分的相對溶解度的大小按組分的相對溶解度的大小單組分吸收單組分吸收 只有只有一個組分一個組分在吸收劑中具有在吸收劑中具有顯著顯著的溶的溶解度，其它組分的溶解度均小到可以忽解度，其它組分的溶解度均小到可以忽略不計。略不計。 如制氫工業中，將空氣進行深冷分離前，如制氫工業中，將空氣進行深冷分離前，用堿液脫出其中的二氧化碳以凈化

7、空氣，用堿液脫出其中的二氧化碳以凈化空氣，這時這時CO2僅在堿液中具有顯著的溶解度，僅在堿液中具有顯著的溶解度，而空氣中的氮、氧、氬等氣體的溶解度而空氣中的氮、氧、氬等氣體的溶解度均可忽略。均可忽略。 11按組分的相對溶解度的大小按組分的相對溶解度的大小多組分吸收多組分吸收 氣體混合物中具有顯著溶解度的組分氣體混合物中具有顯著溶解度的組分不止一個不止一個, 吸收目的產物的同時也吸收了吸收目的產物的同時也吸收了其他組分。其他組分。 如用油吸收法分離石油裂解氣，除氬以如用油吸收法分離石油裂解氣，除氬以外，其它組分都程度不同的從氣相溶到外，其它組分都程度不同的從氣相溶到吸收劑中。吸收劑中。 12 吸

8、收過程有無化學反應吸收過程有無化學反應 物理吸收物理吸收 所溶組分與吸收劑不起化學反應所溶組分與吸收劑不起化學反應 化學吸收化學吸收 溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。 如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程。碳、用稀硫酸吸收氨等過程。 化學反應能大大提高單位體積液體所能化學反應能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。吸再生較難。 13化學吸收化學吸收 溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。 1)可逆反應的化學吸收過

9、程可逆反應的化學吸收過程 難點：汽液平衡，化學反應速率難點：汽液平衡，化學反應速率 2）不可逆反應的化學吸收過程）不可逆反應的化學吸收過程 難點：連串反應、不是瞬時完成的反應難點：連串反應、不是瞬時完成的反應14吸收過程溫度變化是否顯著吸收過程溫度變化是否顯著 等溫吸收等溫吸收 氣體吸收相當于由氣態變液態，所以氣體吸收相當于由氣態變液態，所以會產生近于冷凝熱的溶解熱會產生近于冷凝熱的溶解熱 化學吸收過程中，有溶解熱化學吸收過程中，有溶解熱+ +反應熱反應熱 吸收過程溫度變化不明顯吸收過程溫度變化不明顯 非等溫吸收非等溫吸收 吸收過程溫度變化明顯吸收過程溫度變化明顯 15按吸收量的多少按吸收量的

10、多少 貧氣吸收貧氣吸收 吸收量不大，吸收量不大，對吸收塔內的吸收劑對吸收塔內的吸收劑和氣體量影響不大和氣體量影響不大 恒摩爾流恒摩爾流 恒溫操作恒溫操作 富氣吸收富氣吸收 吸收量大的情況吸收量大的情況 16按汽液兩相接觸方式和采用的設備形式按汽液兩相接觸方式和采用的設備形式噴淋吸收噴淋吸收 填料塔或空塔：氣、液兩相都連續填料塔或空塔：氣、液兩相都連續 淋降板塔：氣相連續，液相分散淋降板塔：氣相連續，液相分散鼓泡吸收鼓泡吸收 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持為連續相，鼓泡塔或泡罩塔：液相保持為連續相，氣相分離為小氣泡通過液層氣相分離為小氣泡通過液層17按汽液兩相接觸方式和采用的設備形式按汽液兩相接觸方式

11、和采用的設備形式降膜吸收降膜吸收 降膜式吸收器，使氣、液兩相均連續，降膜式吸收器，使氣、液兩相均連續，用于吸收熱效應大的情況。用于吸收熱效應大的情況。 吸收劑順著管壁形成一層液膜，由于重吸收劑順著管壁形成一層液膜，由于重力作用而往下流動，原料氣以一定的流力作用而往下流動，原料氣以一定的流率逆流向上，兩相在管壁中進行傳質過率逆流向上，兩相在管壁中進行傳質過程，產生的吸收熱通過管壁傳給冷凝劑，程，產生的吸收熱通過管壁傳給冷凝劑，不斷被冷凝劑帶走。不斷被冷凝劑帶走。 18 每一具體的吸收過程以采用哪一種分類方每一具體的吸收過程以采用哪一種分類方法為宜，完全視何種分類方法能較準確的法為宜，完全視何種分

12、類方法能較準確的反映出該具體過程的特點來衡量反映出該具體過程的特點來衡量 如采用油吸收法分離石油氣，在進行吸收如采用油吸收法分離石油氣，在進行吸收計算時，應突出說明它是多組分吸收，在計算時，應突出說明它是多組分吸收，在計算進行過程中，應考慮到它是一個非等計算進行過程中，應考慮到它是一個非等溫吸收，在比較采用何種設備時，應考慮溫吸收，在比較采用何種設備時，應考慮到使用鼓泡吸收還是噴淋吸收或其它等。到使用鼓泡吸收還是噴淋吸收或其它等。 19化學反應化學反應吸收溫度吸收溫度單組分吸收單組分吸收多組分吸收多組分吸收相對溶解度相對溶解度吸收量吸收量汽液接觸方式汽液接觸方式吸收過吸收過程分類程分類物理吸收

13、物理吸收化學吸收化學吸收噴淋吸收噴淋吸收鼓泡吸收鼓泡吸收降膜吸收降膜吸收等溫吸收等溫吸收非等溫吸收非等溫吸收貧氣吸收貧氣吸收富氣吸收富氣吸收恒摩爾流恒摩爾流恒溫操作恒溫操作20四、吸收過程的特點四、吸收過程的特點原理不同原理不同 吸收是根據各組分吸收是根據各組分溶解度不同溶解度不同進行分進行分離的離的 精餾利用組分間精餾利用組分間相對揮發度不同相對揮發度不同使組使組分分離分分離塔式不同塔式不同 精餾有簡單塔和復雜塔精餾有簡單塔和復雜塔 最簡單的吸收為復雜塔最簡單的吸收為復雜塔21 最簡單的吸收為精餾中的復雜最簡單的吸收為精餾中的復雜精餾，即兩股進料，兩股出料。精餾，即兩股進料，兩股出料。被分離

14、的氣體混合物均是從吸被分離的氣體混合物均是從吸收塔的下部進入，在塔內自下收塔的下部進入，在塔內自下而上的運動過程中與從塔頂噴而上的運動過程中與從塔頂噴淋下來的液體吸收劑作用，溶淋下來的液體吸收劑作用，溶解度較低的氣體（亦稱為惰性解度較低的氣體（亦稱為惰性氣體）不被吸收而從吸收塔頂氣體）不被吸收而從吸收塔頂部排出，吸收劑從塔頂噴入后，部排出，吸收劑從塔頂噴入后，在與氣體混合物的接觸過程中在與氣體混合物的接觸過程中不斷吸收易溶解的組分，最后不斷吸收易溶解的組分，最后吸收劑與被吸收的易溶組分一吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收塔底排出。起從吸收塔底排出。 22 傳質形式不同傳質形式不同 吸收是吸收是

15、單向單向傳質，精餾是傳質，精餾是雙向雙向傳質傳質 在精餾操作中，汽液兩相接觸，汽相中的在精餾操作中，汽液兩相接觸，汽相中的較重組分向液相中傳質（冷凝）較重組分向液相中傳質（冷凝）, ,液相中液相中的較輕組分向汽相中傳質（汽化）的較輕組分向汽相中傳質（汽化）, ,所以所以傳質過程是在兩相中交替進行傳質過程是在兩相中交替進行 當輕、重組分的摩爾汽化潛熱相近時，塔當輕、重組分的摩爾汽化潛熱相近時，塔內可以近似看作內可以近似看作恒摩爾流恒摩爾流 23 溫度范圍、變化不同溫度范圍、變化不同 汽相：組分沸點差大，有些組分接近于臨界汽相：組分沸點差大，有些組分接近于臨界點點非理想氣體非理想氣體 液相：吸收劑

16、量大液相：吸收劑量大稀溶液稀溶液 在精餾過程中，由于汽化潛熱與冷凝潛熱相在精餾過程中，由于汽化潛熱與冷凝潛熱相互利用，在整個塔內的溫度變化范圍不是很互利用，在整個塔內的溫度變化范圍不是很大，而且從塔頂向下，溫度逐漸升高。大，而且從塔頂向下，溫度逐漸升高。 每個級上由于每個級上由于組成改變組成改變而引起的溫度變化，而引起的溫度變化，可用可用泡露點方程泡露點方程定出定出 吸收要采用吸收要采用熱量衡算熱量衡算來確定溫度的分布來確定溫度的分布 24物料的預分布不同物料的預分布不同 精餾精餾可按清晰分割和非清晰分割進行可按清晰分割和非清晰分割進行物料的預分布物料的預分布 吸收吸收每端既有進料，又有出料每

17、端既有進料，又有出料 需在確定滿足關鍵組分分離要求所需需在確定滿足關鍵組分分離要求所需的理論板數的同時，做出物料預分布的理論板數的同時，做出物料預分布 25精餾有精餾有兩個兩個關鍵組分，吸收有關鍵組分，吸收有一個一個關鍵關鍵組分組分 組分分布不同組分分布不同 精餾過程精餾過程，關鍵組分的濃度分布有極大值，非，關鍵組分的濃度分布有極大值，非關鍵組分在進料級上下形成幾乎恒濃的區域關鍵組分在進料級上下形成幾乎恒濃的區域 吸收過程吸收過程，輕組分（即難溶組分）一般只在靠，輕組分（即難溶組分）一般只在靠近塔頂的幾級被吸收，而在其余級上變化很小近塔頂的幾級被吸收，而在其余級上變化很小 重組分（易溶組分）主

18、要在塔底附近的若干級重組分（易溶組分）主要在塔底附近的若干級上被吸收上被吸收 關鍵組分在全塔范圍內被吸收關鍵組分在全塔范圍內被吸收 264-2 吸收和解吸過程流程吸收和解吸過程流程一、單純吸收工藝流程一、單純吸收工藝流程 二、吸收二、吸收-解吸法解吸法三、吸收蒸出塔三、吸收蒸出塔27 吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收塔底排出后，一般要把吸收劑與易溶組塔底排出后，一般要把吸收劑與易溶組分分離開，即分分離開，即解吸過程解吸過程，解吸過程一般，解吸過程一般可采用的方法有：加熱升溫；減壓閃蒸；可采用的方法有：加熱升溫；減壓閃蒸；精餾解吸。精餾解吸。 分離后易溶組分單

19、獨作為一種氣體產品分離后易溶組分單獨作為一種氣體產品送出，而吸收劑則再送回吸收塔內循環送出，而吸收劑則再送回吸收塔內循環使用。使用。 4-2 吸收和解吸過程流程吸收和解吸過程流程28欲分離氨氣空氣的混欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶劑，合物，可選擇水做溶劑，因為氨水在水中的溶解度因為氨水在水中的溶解度最大，而空氣幾乎不溶于最大，而空氣幾乎不溶于水。流程如圖所示水。流程如圖所示上述密閉容器能否用作上述密閉容器能否用作工業吸收設備？工業吸收設備？密閉容器密閉容器水水（溶劑）（溶劑） 氨氣（濃度低）空氣氨氣（濃度低）空氣 氨氣氨氣(濃度高濃度高)空氣空氣(惰性氣體惰性氣體)( (溶質，被吸收組分

20、溶質，被吸收組分) )可以可以, ,但吸收效果不好但吸收效果不好, ,原因在于氣、液兩相原因在于氣、液兩相接觸情況不好接觸情況不好29一、單純吸收工藝流程一、單純吸收工藝流程單塔單純吸收流程圖單塔單純吸收流程圖多塔串聯單純吸收流程圖多塔串聯單純吸收流程圖30單純吸收工藝流程單純吸收工藝流程 31單純吸收工藝流程單純吸收工藝流程 32單純吸收工藝流程單純吸收工藝流程33 該法用于氣體混合物通過吸收方法將其分離該法用于氣體混合物通過吸收方法將其分離為惰性氣體和易溶氣體兩部分的情況。為惰性氣體和易溶氣體兩部分的情況。 解吸的常用方法是使溶液升溫，以減小氣體解吸的常用方法是使溶液升溫，以減小氣體溶質的

21、溶解度，所以在解吸塔底部沒有加熱溶質的溶解度，所以在解吸塔底部沒有加熱器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通過加器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通過加熱器提供熱量使易溶組分蒸出并從解吸塔頂熱器提供熱量使易溶組分蒸出并從解吸塔頂排出，解吸塔底的吸收劑經冷卻再送往吸收排出，解吸塔底的吸收劑經冷卻再送往吸收塔循環使用。塔循環使用。 解吸塔也可采用精餾塔，可起到提高蒸出溶解吸塔也可采用精餾塔，可起到提高蒸出溶質的純度和回收吸收劑的作用。質的純度和回收吸收劑的作用。二、吸收二、吸收- -解吸法解吸法34吸收吸收-解吸法解吸法35吸收吸收-解吸法解吸法36 當吸收尾氣中某些組分在吸收劑中有一定的溶解當吸收尾氣

22、中某些組分在吸收劑中有一定的溶解度，為保證關鍵組分的純度采用吸收蒸出塔，即度，為保證關鍵組分的純度采用吸收蒸出塔，即將吸收塔與精餾塔的提餾段組合在一起，原料氣將吸收塔與精餾塔的提餾段組合在一起，原料氣從塔中部進入，進料口上面為吸收段，下部為蒸從塔中部進入，進料口上面為吸收段，下部為蒸出段，當吸收液（含有關鍵組分和其它組分的溶出段，當吸收液（含有關鍵組分和其它組分的溶質）與塔釜再沸器蒸發上來的溫度較高的蒸汽相質）與塔釜再沸器蒸發上來的溫度較高的蒸汽相接觸，使其它組分從吸收液中蒸出，塔釜的吸收接觸，使其它組分從吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分從再沸器中加熱蒸發以提供蒸出段必須的液部分從再沸器中加熱蒸

23、發以提供蒸出段必須的熱量，大部分則進入蒸出塔內部使易溶組分與吸熱量，大部分則進入蒸出塔內部使易溶組分與吸收劑分離開，吸收劑經冷卻后再送入吸收塔循環收劑分離開，吸收劑經冷卻后再送入吸收塔循環使用。使用。 一般只適用關鍵組分為重組分的場合。一般只適用關鍵組分為重組分的場合。三、吸收蒸出塔三、吸收蒸出塔37只適用只適用關鍵組分為重組分關鍵組分為重組分的場合的場合 吸收蒸出塔吸收蒸出塔38吸收蒸出塔吸收蒸出塔394-3 多組分吸收和解吸過程簡捷計算多組分吸收和解吸過程簡捷計算一、吸收過程工藝計算的基本概念一、吸收過程工藝計算的基本概念 二、吸收因子（吸收因素）二、吸收因子（吸收因素）三、吸收因子法的基

24、本方程三、吸收因子法的基本方程四、平均吸收因子法四、平均吸收因子法五、平均有效吸收因子法五、平均有效吸收因子法404-3 多組分吸收和解吸過程簡捷計算多組分吸收和解吸過程簡捷計算 一、吸收過程工藝計算的基本概念一、吸收過程工藝計算的基本概念 1、吸收、解吸作用發生的條件、吸收、解吸作用發生的條件 *iipp *iiyy *iipp *iiyy 吸收：溶質由氣相溶于液相吸收：溶質由氣相溶于液相解吸：溶質由液相轉入氣相解吸：溶質由液相轉入氣相與液相組成與液相組成xi成平衡的氣相成平衡的氣相中中i的分壓和的分壓和摩爾分數摩爾分數412、吸收過程的限度、吸收過程的限度 塔釜：塔釜：NiiNixKy,1

25、,確定了吸收液中組分的最大濃度確定了吸收液中組分的最大濃度 0,1 ,iiixKy塔頂塔頂：規定了設計回收塔的分離要求規定了設計回收塔的分離要求或尾氣中或尾氣中i i組分的最小濃度組分的最小濃度423、吸收過程的平衡級、吸收過程的平衡級 離開離開n板的氣體混合物與離開板的氣體混合物與離開n板的吸收板的吸收 液達到相平衡，即液達到相平衡，即 iiixKy pTxTyVNNN,00111和和關鍵組分的分離要求關鍵組分的分離要求 求：求： NLxLyVNN,011詳細計算還應包括詳細計算還應包括 nnnVLT,4、計算內容、計算內容 可調設計變量為可調設計變量為1操作型計算操作型計算：指定為理論級數

26、指定為理論級數設計型計算：設計型計算：指定為關鍵組分的吸收率指定為關鍵組分的吸收率 已知：已知：43二、吸收因子（吸收因素）二、吸收因子（吸收因素）i組分的吸收因子組分的吸收因子 iiVKLA 吸收因子因吸收因子因組分而異組分而異 A值的大小可以說明在某一具體的吸收值的大小可以說明在某一具體的吸收塔中過程進行的塔中過程進行的難易難易程度程度 吸收因子與吸收因子與操作條件操作條件有關有關 iiAKTiiAKp解吸過程解吸過程 LKVAS1分離要求一定：分離要求一定：AN；N一定：一定：A吸收程度吸收程度44三、吸收因子法的基本方程三、吸收因子法的基本方程1 1、相平衡關系方程、相平衡關系方程 n

27、ininixKy,或或 nnnxKynnnnnLlKVvnnnnnnnvAvKVLlAvl 同理，解吸過程：同理，解吸過程： lSv452 2、物料平衡方程、物料平衡方程 對對i組分作全塔物料平衡：組分作全塔物料平衡： NNNNxLyVxLyV110011NNlvlv101NNNAvvlv101NNNAvlvv10146對對n級級i組分作物料衡算：組分作物料衡算： 11nnnnlvlv111nnnnnnvAvvAv1111nnnnnAvAvv11110210021AlvAvAvvn47111221021321132AAlvAvAvAvvn1) 1(22101312AAAlAvAv11) 1(1

28、3322101312432243AAAAlAvAAvAvAvvn1) 1(33232102142213AAAAAAlAAvAAAv48Nn 1) 1(2101211112121NNNNNNNNNAAAAAlAAAvAAAAAAvNNNAvlvv1011112132102121111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAvvv吸收因子法的基本方程，稱為吸收因子法的基本方程，稱為哈頓哈頓- -富蘭格林富蘭格林（Horton Franklin）方程方程 49物料平衡方程物料平衡方程討論：討論： HortonFranklin式的左端式的左端 iNNiivvv 吸吸收

29、收率率組組分分加加入入量量組組分分被被吸吸收收掉掉的的量量111 式的右端，包括了各塔板數的相平衡常數，液式的右端，包括了各塔板數的相平衡常數，液氣比和塔板數，即氣比和塔板數，即HortonFranklin方程關聯了方程關聯了吸收率、吸收因子和理論板數吸收率、吸收因子和理論板數 NAfnii, 試差法求解步驟試差法求解步驟 1）設：各級的溫度）設：各級的溫度 相平衡),(21NTTT各級上各組分各級上各組分 iK50各級上的氣相流率各級上的氣相流率 物料衡算NVVV,21各級上的液相流率各級上的液相流率 nL由由 nniLVK,得得 niA,2）由）由 niA,求求 niv,3）校核：）校核：

30、 nniVv,熱量衡算熱量衡算各級溫度各級溫度 nnnTTT如果不符，則要重新設值再進行計算如果不符，則要重新設值再進行計算 51四、平均吸收因子法四、平均吸收因子法（Kremser-Brown 克雷姆塞爾克雷姆塞爾-布朗）布朗） 1、基本思想、基本思想 假設各級的吸收因子相同假設各級的吸收因子相同，即采用全塔平均的吸收因，即采用全塔平均的吸收因子來代替各板的吸收因子，有的采用塔頂和塔底條件子來代替各板的吸收因子，有的采用塔頂和塔底條件下液氣比的平均值，也有的采用塔頂吸收劑流率和進下液氣比的平均值，也有的采用塔頂吸收劑流率和進料氣流率來求液氣比，并根據塔的平均溫度作為計算料氣流率來求液氣比，并

31、根據塔的平均溫度作為計算相平衡常數的溫度來計算吸收因子。因為該法只有在相平衡常數的溫度來計算吸收因子。因為該法只有在塔內液氣比變化不大，也就是溶解量甚小，而氣液相塔內液氣比變化不大，也就是溶解量甚小，而氣液相流率可以視為定值的情況下才不至于帶來大的誤差，流率可以視為定值的情況下才不至于帶來大的誤差，所以所以該法用于貧氣吸收（恒摩爾流，該法用于貧氣吸收（恒摩爾流， 恒溫操作）計恒溫操作）計算有相當的準確性算有相當的準確性。522、吸收因子方程、吸收因子方程假設全塔各段的值均相等的前提下，假設全塔各段的值均相等的前提下，Horton-Franklin方程變為：方程變為：11111011111AAA

32、AAAAvlAAAAAAvvvNNNNNNNNNNN 1112132102121111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAvvv532、吸收因子方程、吸收因子方程由等比數列前由等比數列前n項和的公式項和的公式 10102000nnnqaaqaqaqaa。通項：，qqaSnn110AAAAAvlAAAAvvvNNNNNNN11111111111110111115411111011NNNNNAAAAvlAAA111110NNNAAAAvl111NNvvv1110111NNNNiAAAvvvv克雷姆塞爾方程克雷姆塞爾方程 組分組分i相對相對吸收率吸收率552、吸

33、收因子方程、吸收因子方程討論：討論：iii 相相對對吸吸收收量量的的量量組組分分最最大大可可能能被被吸吸收收掉掉組組分分被被吸吸收收掉掉的的量量方方程程的的左左端端當吸收劑本身不揮發，且不含溶質時，則當吸收劑本身不揮發，且不含溶質時，則 00l000 Alv即即 iNNivvv111溶劑為新鮮吸收液時溶劑為新鮮吸收液時ii 且且0i1 56根據克雷姆塞爾方程，可知根據克雷姆塞爾方程，可知 NAfi,1lg1lgAAN對解吸塔對解吸塔 01101111CSSSllllNNNN57（5）吸收因子圖）吸收因子圖圖圖4-12 吸收因子（蒸發因子）圖吸收因子（蒸發因子）圖581）當）當 VLAAAAAN

34、NNiN11limlim1110 A1A當當 NKVLA1)(minmin2）當當N一定時，則一定時，則 AVLmin)21 . 1 (VLVL3）當）當A一定時，即一定時，即但增加的越來越慢，特別是但增加的越來越慢，特別是N超過超過10級以后級以后 一定時，則一定時，則N11limlim11羅必塔法則NNNiNAAA593、計算步驟、計算步驟 已知：已知： 求：求： NiNixLLyVN,01 ,1,確定關鍵組分的吸收率確定關鍵組分的吸收率 由由 關關求求 N1）由）由 關確定確定 minVLN關關關KVLA1minmin關關KVLmin關,011xTpyVNN60 2） min)22 .

35、1 (VLVL關關VKLA3）由）由 關關，A查圖或用公式計算查圖或用公式計算N 1lg1lgAAN其它組分吸收率的確定其它組分吸收率的確定iiiVKLKKAA關關111NiiNiiAAA61 求尾氣的組成及量求尾氣的組成及量 當當 0,0il時，時， 1,1 ,1,NiiNiiivvv1,1,1,1 ,1NiiNiiNiivvvv1 ,1ivV11 ,1 ,Vvyii62吸收液的量及組成以及應加入的吸收劑量吸收液的量及組成以及應加入的吸收劑量 )(110VVLLNN1121VVVN均均均均VVLLLLN02111)()(ln)()()(VLVLVLVLVLNN均NNAAxLLLV0B聯立代均

36、均求解思路：求解思路： ABNNNLlvvx01163五、平均有效吸收因子法五、平均有效吸收因子法1、平均有效吸收因子、平均有效吸收因子埃迪密斯特提出，以某一不變的埃迪密斯特提出，以某一不變的A值代替哈頓值代替哈頓-富蘭富蘭格林方程中所有格林方程中所有A1,A2,AN，使最終計算出來，使最終計算出來的吸收率保持相同的吸收率保持相同 5 . 025. 011AAANe對解吸對解吸 5 . 025. 011SSSNeEdmister的假設，是考慮在一吸收的假設，是考慮在一吸收塔中，吸收過程主要是由塔中，吸收過程主要是由塔頂一塔頂一級和塔釜一個理論級級和塔釜一個理論級完成完成641、平均有效吸收因子

37、、平均有效吸收因子 馬多克斯（馬多克斯（MaddoxMaddox）通過一些多組分輕烴吸）通過一些多組分輕烴吸收過程逐級計算收過程逐級計算 級數級數 塔頂釜吸收量塔頂釜吸收量 2 100%2 100% 3 88% 3 88% 4 80% 4 80% 吸收塔的理論級數不需要很多，因為增加塔吸收塔的理論級數不需要很多，因為增加塔級并不能顯著改善吸收效果，相反卻使設備費級并不能顯著改善吸收效果，相反卻使設備費用和操作費用大幅度上升，要提高吸收率，比用和操作費用大幅度上升，要提高吸收率，比較有效的方法時增加壓力和降低吸收溫度。較有效的方法時增加壓力和降低吸收溫度。 652、計算步驟、計算步驟 用平均吸收

38、因子法計算用平均吸收因子法計算 NLV ,1假設假設 1T，由熱量衡算確定，由熱量衡算確定 NTQHVhLHVhLNNNN111100由經驗式估算由經驗式估算 NVL ,1NNnnvvvv1111NnNNNnVVVV1111NnNNNnVVVV1111)(101VLVLnn66 對解吸塔對解吸塔 nnNNllll110 計算每一組分的計算每一組分的 NAA ,1eA 由圖由圖4-12確定各組分的吸收率確定各組分的吸收率 作物料衡算，再計算作物料衡算，再計算 NLV ,1并用熱量衡算核算并用熱量衡算核算 NT若結果相差較大，需重新設若結果相差較大，需重新設 1T直到相符為止直到相符為止 674.

39、4 化學吸收化學吸收 4.4.1 化學吸收的類型和增強因子化學吸收的類型和增強因子 4.4.2 化學吸收速率化學吸收速率 4.4.3 化學吸收的計算化學吸收的計算68 化學吸收通常指溶質氣體化學吸收通常指溶質氣體A溶于溶液后，即與溶液溶于溶液后，即與溶液中不揮發的反應劑中不揮發的反應劑B組分進行化學反應的過程；組分進行化學反應的過程； 是一種傳質與反應同時進行的過程。由于在吸收是一種傳質與反應同時進行的過程。由于在吸收的同時液相伴有化學變化，使其中的溶質轉化為的同時液相伴有化學變化，使其中的溶質轉化為反應產物。反應產物。 優點優點：化學反應提高了吸收的選擇性；化學反應提高了吸收的選擇性； 吸收

40、速率快，設備投資費和能耗低；吸收速率快，設備投資費和能耗低； 反應增加了溶質在液相中的溶解度，吸收劑用量少；反應增加了溶質在液相中的溶解度，吸收劑用量少； 反應降低了溶質在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除去反應降低了溶質在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除去氣相中很少量的有害氣體。氣相中很少量的有害氣體。 缺點缺點：解吸困難，解吸能耗。若反應為不可逆，反應劑不解吸困難，解吸能耗。若反應為不可逆，反應劑不能循環使用，用途大受限制。能循環使用，用途大受限制。69溶質與吸收劑之間的化學反應對吸收過程具有顯著影響。溶質與吸收劑之間的化學反應對吸收過程具有顯著影響。主要特點：吸收過程中溶質進入液相后在擴散路徑

41、上不斷主要特點：吸收過程中溶質進入液相后在擴散路徑上不斷被化學反應所消耗。被化學反應所消耗。例如溶質例如溶質 A 與吸收劑中的化學組分與吸收劑中的化學組分 B 發生如下反應發生如下反應 化學反應的結果降低了液相中溶質的濃度，從相平衡的角度加大了相際傳質推動力，同時還改變了溶質在等效膜中的濃度分布使之更加有利于液相傳質。ABBAALAckR*k*L 反應速率常數，s-1。 如果反應速率主要由溶質 A 的濃度 cA 所控制，即可視為擬一 級 反 應 ， 則 液 相 任 意 部 位 處 ， 化 學 反 應 速 率 RA (kmol/m3s) 與溶質濃度的關系為70吸收傳質理論吸收傳質理論 吸收過程是

42、溶質由氣相向液相轉移的相際吸收過程是溶質由氣相向液相轉移的相際傳質過程，可分為三個步驟：傳質過程，可分為三個步驟： 氣相主體 液相主體 相界面溶解氣相擴散 液相擴散 (1)氣相內傳質氣相內傳質-溶質由氣相主體擴散至兩相界面氣相側；溶質由氣相主體擴散至兩相界面氣相側；(2)通過界面的傳質通過界面的傳質-溶質在界面上溶解；溶質在界面上溶解；(3)液相內傳質液相內傳質-溶質由相界面液相側擴散至液相主體。溶質由相界面液相側擴散至液相主體。 71 由由W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman 在上世紀二十在上世紀二十年代提出，是最早出現的傳質理論。雙膜理論基本論點年代提出，是最早出現的傳質理論。

43、雙膜理論基本論點 (1) 相互接觸的兩流體間存在著穩定的相界面，界面兩側各相互接觸的兩流體間存在著穩定的相界面，界面兩側各存在著一個很薄（等效厚度分別為存在著一個很薄（等效厚度分別為 1 和和 2 ）的流體膜）的流體膜層。溶質以分子擴散方式通過此兩膜層。層。溶質以分子擴散方式通過此兩膜層。(2) 相界面沒有傳質阻力，相界面沒有傳質阻力，即溶質在相界面處的即溶質在相界面處的濃度處于相平衡狀態。濃度處于相平衡狀態。(3) 在膜層以外的兩相主在膜層以外的兩相主流區由于流體湍動劇流區由于流體湍動劇烈，傳質速率高，傳烈，傳質速率高，傳質阻力可以忽略不計，質阻力可以忽略不計，相際的傳質阻力集中相際的傳質阻

44、力集中在兩個膜層內。在兩個膜層內。 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面pi = ci / Hp 12pi ci c 氣氣膜膜液液膜膜72根據雙膜理論，以液相為基準的吸收速率與溶質在等效膜根據雙膜理論，以液相為基準的吸收速率與溶質在等效膜中的濃度差成正比。化學反應速率和吸收速率都可以通過中的濃度差成正比。化學反應速率和吸收速率都可以通過對溶質在液相中的濃度分布曲線進行定量分析。對溶質在液相中的濃度分布曲線進行定量分析。 吸收劑吸收劑氣體氣體pAcA界界面面液相主體液相主體 相界面相界面氣相擴散氣相擴散 液相擴散液相擴散 pA cAi cA pAi 氣相主體氣相主體 物理吸收物理吸收

45、 化學吸收化學吸收 73液膜中的濃度分布液膜中的濃度分布 對穩定物理吸收對穩定物理吸收 (RA=0) 過程，傳質微分方程為齊次。過程，傳質微分方程為齊次。在液相漂流因子影響忽略不計（等價于擴散方向上無總體在液相漂流因子影響忽略不計（等價于擴散方向上無總體流動）的情況下求解上式，得到膜內濃度分布為直線方程流動）的情況下求解上式，得到膜內濃度分布為直線方程 吸收過程液相中溶質的濃度吸收過程液相中溶質的濃度分布服從傳質微分方程分布服從傳質微分方程以上式在氣液界面上的導數值表示的吸收速率與雙膜理論以上式在氣液界面上的導數值表示的吸收速率與雙膜理論中的溶質通量擴散表達式是一致的（以界面上傳質通量表中的溶

46、質通量擴散表達式是一致的（以界面上傳質通量表示）示）AAABARcDDtDc2zccccAAiAiAAAicAAiABzAABAcckccDzcDN0dd74邊界條件為邊界條件為 對穩定的化學吸收過程對穩定的化學吸收過程(RA0)，傳質微分方程為非齊次。，傳質微分方程為非齊次。以擬一級反應為例：以擬一級反應為例：z= 處的邊界條件表示由該處擴散進入液相主體的溶質全處的邊界條件表示由該處擴散進入液相主體的溶質全部被主體內的化學反應所消耗，部被主體內的化學反應所消耗，V 代表與擴散傳質面積相代表與擴散傳質面積相對應的吸收液體積（對應的吸收液體積（m3/m2）。）。解微分方程得到等效膜內的濃度分布雙

47、曲函數解微分方程得到等效膜內的濃度分布雙曲函數0dd*22ALAABckzcDVckzcDzcczALzAABAiAdd, 0HaVHaHazHaVHazHaccAiASh1ch1Sh11ch75同樣以其在氣液界面處的導數值表示傳質通量，則擬一級同樣以其在氣液界面處的導數值表示傳質通量，則擬一級反應的化學吸收速率為反應的化學吸收速率為 八田數（八田數（Hatta Number）1th1th1dd0HaHaVHaVHaHacDzcDNAiABzAABARcLABLkkDkHa*/八田數代表溶質在等效膜中的反應速率與擴散傳質速率的八田數代表溶質在等效膜中的反應速率與擴散傳質速率的特征比，反應速率愈

48、快其值愈大，在膜中消耗的溶質越多；特征比，反應速率愈快其值愈大，在膜中消耗的溶質越多；Ha=0則為物理吸收。則為物理吸收。 764.4.1 化學吸收的類型和增強因子化學吸收的類型和增強因子雙膜理論雙膜理論77一、化學吸收類型一、化學吸收類型 A + bB = cP 反應在反應在反應面上完成反應面上完成rANA78邊擴散邊反邊擴散邊反應，反應在應，反應在反應區完成反應區完成rANA79邊擴散邊反邊擴散邊反應，反應在應，反應在反應區完成反應區完成rANA80通過液膜擴散時通過液膜擴散時來不及反應便進來不及反應便進入液相主體，反入液相主體，反應主要在液相主應主要在液相主體中完成體中完成rANA81二

49、、化學吸收增強因子二、化學吸收增強因子傳質速率方程傳質速率方程NA組分組分A的吸收速率的吸收速率 kmol/(m2.s)()(ALAioLALAiLAccEkcckN 增強因子增強因子(E):與相同條件下的物理吸收比較與相同條件下的物理吸收比較,由由于化學吸收而使傳質系數增加的倍數于化學吸收而使傳質系數增加的倍數oLLkkE 82834.4.2 化學吸收速率化學吸收速率一、膜模型的反應一、膜模型的反應-擴散方程擴散方程dZdZdccAA 圖圖4-18 化學吸收微元液膜化學吸收微元液膜 P136 對于被吸收氣體對于被吸收氣體A與溶液中活性組分與溶液中活性組分B的不可逆反應，應用的不可逆反應，應用

50、膜模型，作厚度為膜模型，作厚度為dZ的微元液膜體積的物的微元液膜體積的物料平衡料平衡-反應擴散反應擴散方程。方程。84物料平衡：物料平衡：擴散進入擴散進入dZ的速率的速率-擴散離開擴散離開dZ的速率的速率 = 累積速率累積速率+反應速率反應速率)584()(2222 AAAAAAAAAAAcZcDdZdZcZcZcDZcD -擴散擴散-反應微分方程反應微分方程描述：吸收組分濃度隨體系的空間描述：吸收組分濃度隨體系的空間(Z)、時、時間間()和化學反應速率和化學反應速率()的變化規律。的變化規律。854-614-5886xxxxxxxxeeeeeeee tanh2cosh2sinh)sinh(s

51、inhsinh161411AoLAAiAALADkZkDcDkZcMc ）解式（解式（MMMcckNZcDNALAioLAZAAAtanh)cosh()(0 根據費克定律根據費克定律87慢速反應慢速反應快速反應快速反應Ha:無因次，表明在液膜中化學反應速率與傳無因次，表明在液膜中化學反應速率與傳質速率的相對大小，對一級不可逆反應質速率的相對大小，對一級不可逆反應MkkDHaLA 2012)/(88a.快速反應快速反應溶質達到液相主體前完全反應，有：溶質達到液相主體前完全反應，有：CAL=013 thHaHa10100kDckkDckHackNAAAiLAAiLAiL 89b.慢速反應慢速反應9

52、09192式式4-72是隱函數，求解較復雜，是隱函數，求解較復雜，用圖用圖4-19表示，很方便表示，很方便4-7293圖圖4-19 二級不可逆反應的增強因子二級不可逆反應的增強因子 P13994即即即即式式4-72中中95b.若若Ha0.5E(圖中于對角線重合部分圖中于對角線重合部分)96四、可逆反應四、可逆反應（1）一級可逆反應）一級可逆反應)/()1(/)/()1(tanh1)1)(2/1212/121KkKkDKkKkDKKcckNoLAoLAALAioLA 與與cAL=0的一級不可逆反應的吸收速率方程一樣的一級不可逆反應的吸收速率方程一樣2/1212/12111)/(tanh)/(0,

53、/)/(oLAoLAAioLAALaAkkDkkDckNcKkkcpK 平平衡衡97)(TALTAioLAcckN 或或98KG化學吸收的化學吸收的氣相總傳質系數氣相總傳質系數HA亨利亨利常數常數993.單位體積填料總吸收速率方程單位體積填料總吸收速率方程推導推導KGa,由上式得：由上式得：)(*AAGAyyaPKaN )()()(*ALAiAGAAAAiAiAAAAAGCCHakaNaNyyyyPaNyyPaNaK 1001014.填料高度填料高度 12)/1/()1)()1(*2yyAAAAoGEBByyydyapKGz5.解吸計算方法解吸計算方法不成熟不成熟102與精餾過程比較說明精餾為

54、雙向傳質過程而吸與精餾過程比較說明精餾為雙向傳質過程而吸收為單向傳質過程，推導平均吸收因子法的公收為單向傳質過程，推導平均吸收因子法的公式式, , 多組分吸收簡捷計算的方法，解吸因子的公多組分吸收簡捷計算的方法，解吸因子的公式與吸收過程式與吸收過程. . 重點：重點：多組分吸收和解吸過程分析、簡捷計算多組分吸收和解吸過程分析、簡捷計算 方法方法難點：難點：多組分吸收、解吸過程計算的平均吸收多組分吸收、解吸過程計算的平均吸收 因子法和有效因子法因子法和有效因子法103原理不同；原理不同；吸收是根據各組分吸收是根據各組分溶解度溶解度不同進行分離的；不同進行分離的；精餾利用組分間精餾利用組分間相對揮

55、發度相對揮發度不同使組分分離；不同使組分分離；塔式不同；塔式不同；傳質形式不同；吸收是單向傳質，精餾是雙向傳傳質形式不同；吸收是單向傳質，精餾是雙向傳質。質。溫度范圍、變化不同；溫度范圍、變化不同；物料的預分布不同；物料的預分布不同；精餾有兩個關鍵組分，吸收只有一個關鍵組分；精餾有兩個關鍵組分，吸收只有一個關鍵組分；組分分布不同組分分布不同精餾和吸收過程的主要不同點精餾和吸收過程的主要不同點104 已知：已知： 求：求： NiNixLLyVN,01 ,1,確定關鍵組分的吸收率確定關鍵組分的吸收率 由由 關關求求 N1）由）由 關確定確定 minVLN關關關KVLA1minmin關關KVLmin

56、關,011xTpyVNN簡捷法計算吸收過程理論級數簡捷法計算吸收過程理論級數計算步驟計算步驟 105 2） min)22 . 1 (VLVL關關VKLA3）由）由 關關，A查圖或用公式計算查圖或用公式計算N 1lg1lgAAN其它組分吸收率的確定其它組分吸收率的確定iiiVKLKKAA關關111NiiNiiAAA106 求尾氣的組成及量求尾氣的組成及量 當當 0,0il時，時， 1,1 ,1,NiiNiiivvv1,1,1,1 ,1NiiNiiNiivvvv1 ,1ivV11 ,1 ,Vvyii107吸收液的量、組成及應加入的吸收劑量吸收液的量、組成及應加入的吸收劑量 )(110VVLLNN1

57、121VVVN均均均均VVLLLLN02111)()(ln)()()(VLVLVLVLVLNN均NNAAxLLLV0B聯立代均均求解思路：求解思路： ABNNNLlvvx011108例：某廠裂解氣的組成例：某廠裂解氣的組成(mol)如下：如下：13.2氫、氫、37.18甲烷、甲烷、30.2乙烯、乙烯、9.7乙烷、乙烷、8.4丙烯丙烯和和l.32異丁烷。擬用異丁烷。擬用C4餾分作吸收劑、從裂解餾分作吸收劑、從裂解氣中回收氣中回收99的乙烯。該吸收塔處理的氣體量為的乙烯。該吸收塔處理的氣體量為100kmol/h，操作壓力為，操作壓力為4.053MPa，平均操作溫，平均操作溫度為度為-14。試計算：。試計算：最小液氣比；最小液氣比；操作液氣比為最小液氣比的操作液氣比為最小液氣比的1.5倍時所需的理論倍時所需的理論級數；級數；各組分的吸收率和塔頂尾氣的數量和組成；各組分的吸收率和塔頂尾氣的數量和組成；塔頂應加入的吸收劑量。塔頂應加入