多级分离过程的计算

多级分离过程的计算第1页，课件共190页，创作于2023年2月多组分精馏：

1.组分数C>22.求解数目较多方程——变量分析

3塔内分布复杂——过程分析

4计算简捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法共沸精馏图解法萃取精馏简化法吸收因子法逆流萃取集团法逐板法：严格计算（非本章内容）返回第2页，课件共190页，创作于2023年2月第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第一节设计变量第二节多组分精馏过程第三节萃取精馏和共沸精馏第四节吸收和蒸出过程第五节萃取过程第3页，课件共190页，创作于2023年2月第一节设计变量

3.1.1单元的设计变量

3.1.2装置的设计变量返回第4页，课件共190页，创作于2023年2月设计变量：确定设计中已知变量例如二元精馏：

可解出：N；…

对于复杂体系变量如何确定？第5页，课件共190页，创作于2023年2月第6页，课件共190页，创作于2023年2月约束条件数：物料平衡式能量平衡式化学平衡式其它相等条件VN如何确定？CVNN,变量数：数出能进数出功进）（换：股物流，且有功、能交若物流数（一股））自由度数（单相）：任意单股物流（一股、)()(2212+++=+=++-=+=CNNNCCfNVVpVN返回第7页，课件共190页，创作于2023年2月3.1.1单元的设计变量

将复杂化工装置分解成简单单元，求：

eiNeiN例1.分配器FFFPTxF,,,PTxLL,,,11PTxLL,,,22第8页，课件共190页，创作于2023年2月设计变量分：

●固定设计变量：进料物流变量和系统压力

●可调设计变量：除的其他变量eaNexNexN往往对此感兴趣！第9页，课件共190页，创作于2023年2月例2.产物为两相的全凝器LBFLAQ方程数物料衡算C热量衡算1相平衡C二相T，P相等22C+3:eNC可指定为平衡单元温度第10页，课件共190页，创作于2023年2月例3.简单绝热操作理论板OViVOLiL方程数物料衡算C热量衡算1相平衡C二相T，P相等22C+3:eNC第11页，课件共190页，创作于2023年2月我把各种单元的设计变量归纳在表3—1中，你可以去查哟！返回第12页，课件共190页，创作于2023年2月3.1.2装置的设计变量由单元设计变量确定：uiN重复使用一种为1前面进等于后面出例4.简单吸收塔（N块理论板串级）VN1NLN+1L1V0第13页，课件共190页，创作于2023年2月∴吸收塔设计变量：

指定为理论板数或关键组分吸收率第14页，课件共190页，创作于2023年2月例5.简单精馏塔查表3—1：2MM+1M+2NFDW=L110C+N+27C+4再沸器2C+(M-1)+5(M-1)板平衡串级3C+7进料板2C+(N-M-1)+5N-(M+1)板平衡串级C+4回流分配器C+4全凝器单元第15页，课件共190页，创作于2023年2月9股单元物流数；进料C+2每级压力（包括再沸器）N全凝器压力1回流分配器压力1合计C+N+45合计11（D/F）1进料位置1理论板数1回流温度）（DLN1+第16页，课件共190页，创作于2023年2月

对精馏塔归纳出简便、可靠的确定设计变量的方法：

（1）按每一单相物流有（C+2）个变量，计算由进料物流所确定的固定设计变量数。

（2）确定装置中具有不同压力的数目。

（3）上述两项之和即为装置的固定设计变量数。（4）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的可调设计变量，第17页，课件共190页，创作于2023年2月例6.带一个侧线采出口的精馏塔

设塔内与进料压力相等进料变量数C+2压力等级数1合计C+3串级单元数3分配器的数目1侧线采出单元数目1及传热单元数目2合计7第18页，课件共190页，创作于2023年2月二个极限条件：计算：

1.近似（简捷）法

用于：●基础数据不全

●提供电算初值

●比较、选择方案

2.严格计算

电算（下一章）第二节多组分精馏过程第19页，课件共190页，创作于2023年2月第二节多组分精馏过程3.2.1多组分精馏过程分析3.2.2最小回流比3.2.3最少理论塔板数和组分分配3.2.4实际回流比、理论板数、进料位置返回第20页，课件共190页，创作于2023年2月3.2.1多组分精馏过程分析

一、关键组分

1.关键组分的引出一般精馏：对于设计型计算，5个可调设计变量为：

5=uaN第21页，课件共190页，创作于2023年2月

i、j为在精馏中起关键作用的组分，称关键组分。

i：挥发度大的组分，称轻关键组分，表示：LK，下标：lj：挥发度小的组分，称重关键组分，表示：HK，下标：h第22页，课件共190页，创作于2023年2月精馏塔的任务：LK尽量多的进入塔顶馏出液；

HK尽量多的进入塔釜釜液。第23页，课件共190页，创作于2023年2月对于精馏中的非关键组分：设为非关键组分i对HK的相对挥发度。第24页，课件共190页，创作于2023年2月2.关键组分的特点◆LK和HK形成分离界线，且越小，分离越难。◆◆精馏中：

LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；

HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。◆只有无LNK，且较大，塔顶可采出纯LK；只有无HNK，且较大，塔釜可采出纯HK。hlahlahla第25页，课件共190页，创作于2023年2月3.关键组分的指定方法◆指定回收率

◆指定控制量hWlDjj；注意：同一组分，规定了一端的回收率，另一端的量已确定。不能重复！第26页，课件共190页，创作于2023年2月4.关键组分的指定原则

由工艺要求决定例：ABCD（按挥发度依次减少排列）混合物分离

◆工艺要求按AB与CD分开：则：B为LK；C为HK◆工艺要求先分出A：则：A为LK；B为HK第27页，课件共190页，创作于2023年2月二、设计计算多组分精馏过程的复杂性1.确定后，顶釜浓度未确定

物料衡算确定顶釜浓度

jWDxix,二种方法：

★清晰分割法假设LNK全部从塔顶采出；假设HNK全部从塔釜采出。★非清晰分割法各组分在顶、釜都有可能存在。第28页，课件共190页，创作于2023年2月流量分布、温度分布、浓度分布复杂

★流量分布

分子汽化潜热相近，可视为恒摩尔流

例：苯—甲苯物系（图3—4）苯—甲苯—异丙苯物系（图3—5）

分子汽化潜热不相近，V、L有变化，但V/L变化不大★温度分布

泡点与组成密切相关，温度分布接近组成分布形状。（图3—4），（图3—6）。第29页，课件共190页，创作于2023年2月

★浓度分布1.进料板附近各组分浓度变化较大，原因是引入的组分包含全部组成。2.对非关键组分

精馏段：HNK迅速消失；

LNK以接近于常数浓度在进料板以上各板中出现，接近顶部急剧增加，在出料液中达到最高。

提馏段：LNK迅速消失；

HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几块板下降较大，然后变化不大，一直延伸到进料板。第30页，课件共190页，创作于2023年2月3.关键组分变化复杂▼若无LNK时：HK分别在二段出现两个最高点，LK表现象LNK。（图3—7）▼若无HNK时：LK分别在二段出现两个最高点，HK表现象HNK。（图3—8）▼有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时：

LK在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度；

HK在提馏段出现一个最大值，然后降到所规的浓度。（图3—9）返回第31页，课件共190页，创作于2023年2月3.2.2最小回流比1.时，恒浓区出现的情况mR恒浓区——精馏塔中全部浓度不变的区域恒浓区二元精馏：恒浓区：一个，出现在进料板第32页，课件共190页，创作于2023年2月多元精馏：定义：顶釜同时出现的组分——分配组分只在顶或釜出现的组分——非分配组分一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。多元精馏特点：

▼各组分相互影响，存在上、下恒浓区

▼所有进料组分中有非分配组分的影响

▼恒浓区位置不一定在进料板处第33页，课件共190页，创作于2023年2月只有HNK为非分配组分只有LNK为非分配组分所有组分为分配组分LNK和HNK都为非分配组分——上恒浓区——下恒浓区第34页，课件共190页，创作于2023年2月2.的计算mR采用Underwood法计算：该法假设：1.恒摩尔流

2.在全塔可看成常数hia依据：恒浓区概念关联式：相平衡、物料平衡第35页，课件共190页，创作于2023年2月Underwood公式：式中：

——i对基准组分r的相对挥发度

取基准：①最难挥发的组分（最重的组分）②HKriamDix)(,

——最小回流比操作下，i的摩尔分数，

q——进料状态参数

——方程的根，为多根方程，取qrhrlaqa>>误差：10～20%第36页，课件共190页，创作于2023年2月，最后取平均值。几个，解出之间试差出几个挥发度不相邻，可在、注意：若mrhrlRHKLKqaa,例3—1计算最小回流比已知：解：由（3—3b）试差将代入（3—3a）得306.1=mR325.1=q325.1=q返回第37页，课件共190页，创作于2023年2月3.2.3最少理论板数和组分分配1.最少理论板数特点：★F=D=W=0★L=V；L/V=1★操作线方程：★板效率最高ininxy,,1=+意义：◆操作前的准备工作◆测出mN第38页，课件共190页，创作于2023年2月采用Fenske方程求最少理论板数，推导如下：）（）（）（21+=\nBAnBAyyxx)1((nBAnABnBAxxyy）（）（）a=用（1）、（2）式推导Fenske方程：第39页，课件共190页，创作于2023年2月设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：321）（）（）（）（BAABABDBAyyxxaa=\3222）（）（））代入：（又将（BAABBAyyyya=2221）（）（））：（又由（BAABBAxxyya=212）（）（））代入：（将（BAABDBAyyxxa=第40页，课件共190页，创作于2023年2月以次类推：WBANABNABABABDBAxxxx）（）（）（）（）（）（aaaa121-=LWBANABDBANNABNABABABABxxxx）（）（）有：（—代入式中—）（）（）（）（）取（均均aaaaaa==-121L第41页，课件共190页，创作于2023年2月Fenske方程的各种形式：第42页，课件共190页，创作于2023年2月Fenske方程说明：返回第43页，课件共190页，创作于2023年2月2.非关键组分分配第44页，课件共190页，创作于2023年2月解：，清晰分割法物料衡算HKCLKC为；为选=34WD10015015610010520020415-0.025D0.025D153（HK）0.05W35-0.05W352（LK）0551wdf组分例3—2：计算已知：1.

2.分离要求05.0025.0,,==WlDhxx和物料分配mN第45页，课件共190页，创作于2023年2月列方程；将D、W代入表中，完成物料衡算表（略）2.求最少理论板数第46页，课件共190页，创作于2023年2月3.核实清晰分割的合理性核算式）（hmhiiiwdNfwa+=1第47页，课件共190页，创作于2023年2月核算式）（）（hmhiihmhiiwdNfwdNdaa+=1第48页，课件共190页，创作于2023年2月不成立，须调整清晰分割假设对3C\5.调整

以前面结果为初值，进行试差结果：第二次与第一次相近635.0C3=d第49页，课件共190页，创作于2023年2月例3—3：计算已知：1。

2.分离要求解：选甲苯为LK，异丙苯为HK，二甲苯为中间关键组分。物料分配时要对二甲苯试差1.设（依据相对挥发度估计）其他组分按清晰分割法处理，初算结果如下表。第50页，课件共190页，创作于2023年2月49.07150.92910039.9240.074640C（HK）9110X0.14729.85330T（LK）02020Bwdf组分第51页，课件共190页，创作于2023年2月2.

由初算结果核算1近似为0wwdxx；及是否，核算中间组分：核算LNH组分B：第52页，课件共190页，创作于2023年2月49.55450.44610039.9240.075740C（HK）9.4810.51910X0.14829.85230T（LK）02020Bwdf组分3.将代入，再次清晰分割法计算481.9519.0==xxwd，第53页，课件共190页，创作于2023年2月4.

再次核算wdxx，核算中间组分：5.重复3的计算，完善物料衡算表第54页，课件共190页，创作于2023年2月3.2.4实际回流比、理论板数、进料位置一、实际回流比R

由操作费、设备费确定由经验取：

R=（1.1～1.5）Rm二、理论板数1.Gilliand图和拟合形式图3-12第55页，课件共190页，创作于2023年2月用Gilliand图简便、但不准确，回归的经验式为：已知X，由（3—16）或（3—17）解出y2.ErbarandMaddox关联图：比Gilliand图精确，误差4.4%图3—13第56页，课件共190页，创作于2023年2月三、适宜进料位置的确定第57页，课件共190页，创作于2023年2月例3—4分离烃类混合物

例3—1求出Rm=1.306；

例3—2求出Nm=6.805和物料衡算表

本题求N，进料位置解：1.求RR=1.25Rm=1.634第58页，课件共190页，创作于2023年2月三、确定进料位置塔中实际板为18块第59页，课件共190页，创作于2023年2月四、不同回流比下物料分配的比较

不同回流比物料分配如图（3—14）

对于操作情况，R=(1.2～2)Rm,由Fenske方程：

[对全回流情况]结论：可用操作回流比下的物料分配，采用

Fenske方程计算Nm。第60页，课件共190页，创作于2023年2月讨论：

简捷计算法步骤有那些？第61页，课件共190页，创作于2023年2月简捷计算法步骤：1.由工艺要求选LK，HK，物料分配得出第62页，课件共190页，创作于2023年2月1.问题的引出分离乙醇～水混合物分离丁烯-2～丁烷问题：如何分离的混合物？第三节萃取精馏和共沸精馏第63页，课件共190页，创作于2023年2月2.特殊精馏

在和的溶液中加入一个新组分S，使它对原溶液中各组分产生不同作用，从而改变原溶液组分之间相对挥发度，使系统变的易于分离。及：特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的精馏。

原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。

——共沸精馏，S为共沸剂

原溶液加新组分后不形成共沸物且S沸点最高，从塔釜采出

——萃取精馏，S为萃取剂或溶剂第64页，课件共190页，创作于2023年2月第三节萃取精馏和共沸精馏

3.3.1萃取精馏

3.3.2共沸精馏返回第65页，课件共190页，创作于2023年2月3.3.1萃取精馏

一、流程ABSA，B特点：1.二塔串联;2.S为难挥发组分，一般在近于塔顶加入.第66页，课件共190页，创作于2023年2月二、萃取精馏原理和溶剂选择1.溶剂的作用问题：如何增加？12a第67页，课件共190页，创作于2023年2月由三元物系Margules方程：第68页，课件共190页，创作于2023年2月将上式代入（3—20）：恢复第69页，课件共190页，创作于2023年2月分析（3—26）：第70页，课件共190页，创作于2023年2月讨论：第71页，课件共190页，创作于2023年2月(3—27）成立的必要条件：●●，021>-SSAA,,第72页，课件共190页，创作于2023年2月溶剂的作用：

体现：原溶液沸点差不大（）非理想性不很强时，

★稀释原溶液：体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，加S后，浓度下降，而增加，由（3—23）：小，突出了作用。★对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高12a返回第73页，课件共190页，创作于2023年2月补充作业：在萃取精馏中，已知60℃时：第74页，课件共190页，创作于2023年2月2.溶剂的选择考虑分子极性选择在极性上更类似于HK的化合物作溶剂，降低HK的挥发度。

例：分离甲醇（沸点64.7℃）丙酮（沸点65.5℃）a.选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分2；b.选水作溶剂，甲醇为难挥发组分2。极性顺序：[由小到大]第75页，课件共190页，创作于2023年2月考虑能否形成氢键S加入后形成的溶液：仅有氢键生成，则呈现负偏差；仅有氢键断裂，则呈现正偏差。（表3—2）考虑其它因数

1.沸点高、不与1、2组分共沸，不起化学反应。

2.溶解度大。

3.溶剂比（溶剂/进料）不得过大。

4.无毒、不腐蚀、低廉、易得。第76页，课件共190页，创作于2023年2月三、萃取精馏过程分析1.塔内流量分布m-1mm+1n-1nn+1FSDW设S为纯组分，在塔顶采出为0。第77页，课件共190页，创作于2023年2月第78页，课件共190页，创作于2023年2月第79页，课件共190页，创作于2023年2月2.塔内溶剂浓度分布由于S量大，挥发性小，可视为S浓度恒定作为简化计算。第80页，课件共190页，创作于2023年2月第81页，课件共190页，创作于2023年2月分析：第82页，课件共190页，创作于2023年2月分析（3—45）、（3—47）：第83页，课件共190页，创作于2023年2月第84页，课件共190页，创作于2023年2月第85页，课件共190页，创作于2023年2月

图解法或解析法设在全塔恒定，将1、2、S三元看成1、2元处理。四、萃取精馏过程计算SxR=5FSDW例：3—5求S/F；N第86页，课件共190页，创作于2023年2月图—作xy.2要确定温度和浓度。第87页，课件共190页，创作于2023年2月浓度和温度的确定:第88页，课件共190页，创作于2023年2月第89页，课件共190页，创作于2023年2月块。求在图中作操作线方程，14=N第90页，课件共190页，创作于2023年2月7.2100270==\FS第91页，课件共190页，创作于2023年2月

3.3.2共沸精馏共沸物（恒沸物）：

定压下，加热溶液使之蒸发，从始到终x、y、T不变的溶液。共沸点（恒沸点）：

共沸时的温度。

对共沸物：一个汽相，一个液相，—均相一个汽相，多个液相，—非均相第92页，课件共190页，创作于2023年2月一、共沸物的特性和共沸组成的计算

科诺瓦洛夫定律指出：[适用于二元和多元]

P～x曲线极值点，相当于汽液平衡相组成相等。第93页，课件共190页，创作于2023年2月★★★第94页，课件共190页，创作于2023年2月共沸参数（x、T、P）预测：已知

x、T、P任一个参数，可求出另外二个。第95页，课件共190页，创作于2023年2月例3—6已知P=86.659kPa，求共沸时x、T。。否则重设，比较：计TPPe-≤第96页，课件共190页，创作于2023年2月另外：★★不用试差呀！第97页，课件共190页，创作于2023年2月B：二元非均相共沸物（都为正偏差共沸物）

系统正偏差较大时：形成二个液相，一个汽相共沸物。1——形成非均相共沸物。3——不形成共沸物。2——形成均相共沸物。第98页，课件共190页，创作于2023年2月适用情况：第99页，课件共190页，创作于2023年2月若互溶度很小：★★第100页，课件共190页，创作于2023年2月平衡计算：同时考虑：1.汽液平衡；2.液液平衡No第101页，课件共190页，创作于2023年2月2.三元系科诺瓦洛夫定律也能应用A：相图（立体图）

P—x图：1.三侧面表示三个二元系P(T)-x图。2.理想系，压力面是平面；正偏差物系，压力面位于平面之上；负偏差物系，压力面位于平面之下。3.三元共沸点对应压力极值点。4.用平行于底面的平面切割压力（温度）面。得到一系列等压（等温）曲线。第102页，课件共190页，创作于2023年2月第103页，课件共190页，创作于2023年2月B；脊、谷、鞍点设m—正偏差共沸物，（或最低共沸物）

M—负偏差共沸物，（或最高共沸物）对于压力面：

★三个二元m(或M),有三元共沸物存在.(图3—20)

★二个m，或一个m与一个低沸点组分，使压力面产生脊；二个M，或一个M与一个高沸点组分，使压力面产生谷。（图3—21）★有脊又有谷，会出现鞍点，为鞍点共沸物.(图3—22)第104页，课件共190页，创作于2023年2月C：三元均相共沸组成的计算第105页，课件共190页，创作于2023年2月二、共沸剂的选择一般原则:1.分离负偏差共沸物或沸点相近的混合物

a.共沸剂仅与一个组分形成二元正偏差共沸物。

b.分别与两组分形成二元正偏差共沸物，且共沸点有明显差别。

c.与两组分形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。2.分离二元正偏差共沸物

a.共沸剂与一个组分形成二元正偏差共沸物，共沸温度明显低。

b.形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。第106页，课件共190页，创作于2023年2月例1.分离环己烷(1)—苯(2),共沸剂的选取。

沸点：T1=80.8℃T2=80.2℃

特点：1、2形成正偏差（或最低）共沸物

（共沸点：T=77.4℃X2=0.54）方法：

1.找出与1、2形成共沸物的物质。

2.筛选在所有能形成共沸物的物质中选出共沸点低于77.4℃的物质。（丙酮、甲醇）

3.相图分析确定：第107页，课件共190页，创作于2023年2月分离情况：丙酮作共沸剂，塔顶分出环己烷与丙酮；甲醇作共沸剂，塔顶分出三元共沸物。结论：选丙酮为共沸剂。第108页，课件共190页，创作于2023年2月例2.分离氯仿(沸点61.2℃)

丙酮(沸点56.4℃),共沸剂的选取。特点：形成负偏差共沸物。选二硫化碳为共沸剂：塔顶：二硫化碳—丙酮共沸点；39.3℃塔釜：

较纯的氯仿。第109页，课件共190页，创作于2023年2月例3.分离乙醇—水,共沸剂的选取。特点：形成一个三元共沸物，三个二元共沸物。选苯为共沸剂：苯、醇、水三元共沸物纯乙醇水+乙醇水+乙醇共沸物水+乙醇主塔苯回收塔乙醇回收塔纯水第110页，课件共190页，创作于2023年2月总之：

1.显著影响1、2组分平衡关系

2.S易回收、分离

3.量少、汽化潜热小

4.溶解度大、不起化学反应

5.无腐蚀、无毒

6.价廉、易得。第111页，课件共190页，创作于2023年2月相图：101.3kPa0.7MPa三、分离共沸物的双压精馏过程利用不同压力下，共沸组成不同分离。例：分离甲乙酮—水共沸物共沸物1常压2加压F水MEK工艺流程图：第112页，课件共190页，创作于2023年2月物料衡算：二个塔作一个整体用高。（循环量）大，操作费小，式中：2,1,121DxxDD-第113页，课件共190页，创作于2023年2月四、二元非均相共沸物的精馏系统本身形成非均相共沸物流程例：分离正丁醇（1）—水（2）X111

X11

醇、水二元共沸物丁醇水丁醇塔水塔直接蒸汽进料第114页，课件共190页，创作于2023年2月与均相共沸物精馏比较：∴采用普通精馏能分离非均相共沸物。第115页，课件共190页，创作于2023年2月计算1.精馏段操作线方程(n、n+1—Ⅱ塔釜物料衡算）为计算起点——）（有：）：）代入（，设最顶板为（回回顶回顶xxVWxVLyxyW71370321211-+=-第116页，课件共190页，创作于2023年2月2.提馏段操作线方程3.全塔物料衡算第117页，课件共190页，创作于2023年2月例3—7.共沸精馏的简捷计算[分离苯酚(1)～水(2)]1VV时，.求：min11min1111minmin2min1.334.2NNNNNVV，），（=W1，水W2，苯酚XF1：

1%

q=120℃1.68%33.1%1atm、20℃下：水层含酚：1.68%，及酚层含水：66.9%，及含酚<0.001%含酚：99.99%第118页，课件共190页，创作于2023年2月：min1V由于塔顶有一共沸物，恒浓区可能出现在进料板或精馏段（相当于只有HNK为非分配组分的情况）。a.设恒浓区出现在进料板第119页，课件共190页，创作于2023年2月b.设恒浓区出现在塔顶哪个正确？（假设恒浓区在塔顶））（假设恒浓区在进料板讨论：755260

min

,Ⅰ

min

,Ⅰ==VV第120页，课件共190页，创作于2023年2月分析a、b：

精馏塔从下向上V分布越来越小，当小到（Vmin=）755时塔顶会出现恒浓区；因此，不可能在进料板出现（Vmin=）260的恒浓区。

∴取二者中最大值Vmin=755:minⅡV第121页，课件共190页，创作于2023年2月2.求N第122页，课件共190页，创作于2023年2月Ⅱ10.3====VLWDFNNmIImI，，求。—操作线与对角线重合—第123页，课件共190页，创作于2023年2月流程：图3—31，图3—32（略）计算：

特点：1.非理想性强；（形成共沸物）

2.变量多；（加了S）

简捷计算法：基本有机化工分离工程P186

严格计算：电算（第四章）四、多元共沸精馏过程第124页，课件共190页，创作于2023年2月第四节吸收和蒸出过程3.4.1气液相平衡3.4.2吸收过程特点与流程3.4.3多组分吸收和蒸出过程分析3.4.4多组分吸收和蒸出的简捷计算法3.4.5化学吸收返回第125页，课件共190页，创作于2023年2月

3.4.2吸收过程特点与流程一、操作目的净化和精制气体分离气体混合物制备溶液或中间产品二、吸收过程特点吸收目的产物的同时也吸收了其他组分

——多组分吸收端点条件：待吸收气体吸收液未吸收气体吸收剂复杂塔T、X顶、釜预分配难吸收剂组成与解吸有关第126页，课件共190页，创作于2023年2月物系

平衡态：汽相:组分沸点差大，有些组分接近于临界点

——非理想气体液相:吸收剂量大

——稀溶液

平衡关系表达式：

第127页，课件共190页，创作于2023年2月流量

L从上向下↑；V从下向上↓

——不恒定每板温度Tn

由于溶解热大，Tn与溶解吸收量有关，难预测，不能用泡、露点方法计算Tn，要用热量衡算求Tn。平衡数据、溶解热数据、动力学数据等研究的不充分。逆过程为蒸出。第128页，课件共190页，创作于2023年2月三、分类物理吸收无化学反应。——进行了大量研究化学吸收

1.可逆反应的化学吸收过程难点；汽液平衡，化学反应速率

2.不可逆反应的化学吸收过程难点：连串反应、不是瞬时完成的反应。第129页，课件共190页，创作于2023年2月四、流程用蒸汽或惰性气体的蒸出塔用再沸器的蒸出塔用一般精馏塔返回第130页，课件共190页，创作于2023年2月4.2多组分吸收和蒸出过程分析

一、设计变量数和关键组分吸收塔Nx：吸收剂C‵+2原料气C+2压力等级数N

和C+C‵+4+NNa：串级单元数1蒸出塔Nx：蒸出剂C‵+2吸收液C+2压力等级数N

和C+C‵+4+NNa：串级单元数1Na的指定：

操作型计算：指定N

设计型计算：指定一个关键组分分离要求第131页，课件共190页，创作于2023年2月二、单相传质过程

精馏过程：双向传质过程

吸收过程：单向传质过程

——不能视为恒摩尔流（图4—35a）三、吸收塔内组分分布

图3—35c、d分布曲线：

从物系挥发度看

C1、C2最大，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。

C5、C4最小，进塔立即吸收，上部几乎不变。

C3适中，上段吸收快，在塔某板出现最大值。第132页，课件共190页，创作于2023年2月一般情况：

1.不同组分在不同段吸收程度不同

2.难溶组分（LNK），一般只在靠近塔顶几级被吸收，其他级吸收较小；易溶组分（HNK），一般只在靠近塔釜几级被吸收。

3.关键组分在全塔范围内被吸收。第133页，课件共190页，创作于2023年2月四、溶解热

取决于与的相对大小1.如果在塔顶明显大于

上升气体热量传给吸收剂，吸收放出热量全部由带走，尾气出口温度与进塔吸收剂温度相近，在塔釜温度分布出现极大值。2.明显大于

下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部分由带走，吸收液在下降中被气体冷却，接近于原料气入口温度条件下出塔。与相近，热效应明显

出塔气体与吸收液温度超过入口，热量分配取决于不同位置因吸收而放热情况。MLMGVpMCG,LpMCL,第134页，课件共190页，创作于2023年2月另：1.若吸收剂挥发性明显，在塔釜几块板上部分汽化，使该汽化的吸收剂与进料气中吸收剂的含量趋于平衡。

于是有一个相反作用：

吸收放出热量→加热液体→吸收剂汽化→冷却液体

——塔中部出现温度极大值2.溶解热的影响

溶解热大，温度变化大，对吸收率影响大

a、温度升高，相平衡常数大，吸收推动力小。

b、由于吸收过程要放热，使汽液温差大，除发生传热过程外，还有传质过程发生。

——复杂性大返回第135页，课件共190页，创作于2023年2月3.4.3多组分吸收和蒸出的简捷计算法应用：初始阶段设计分析操作情况提供电算初值第136页，课件共190页，创作于2023年2月

一、吸收因子法

1.吸收因子和蒸出因子

吸收过程定义：

A=L/KV

——i组分的吸收因子或因素（省i）

a、无因次数群；

b、L/V↑，K↓——A↑，有利于吸收；

c、分离要求一定：A↑，N↓N一定：A↑，吸收程度↑

——A的大小说明吸收难易。

蒸出过程定义：

S=KV/L=1/A

——i组分的蒸出因子或因素第137页，课件共190页，创作于2023年2月用A、S表示平衡关系：2.Horton—Frankli方程（哈顿—富兰克林）12n—1nn+1N-1N尾气V1吸收剂L0原料气VN+1吸收液LNn板物料衡算：第138页，课件共190页，创作于2023年2月用（3—74）表示各组分在各板汽相量；第139页，课件共190页，创作于2023年2月依次类推；n=N时第140页，课件共190页，创作于2023年2月方程——FranklinHorton-）（803-讨论（3—80）：1.计算吸收率的普遍式；2.式中K=f（T、P、组成），而组成不知。

——计算难3.采用如下简化形式作简捷计算。第141页，课件共190页，创作于2023年2月1.平均吸收因子法第142页，课件共190页，创作于2023年2月（3—81）说明：）（图关系——）作图；以（393813.1--NAjAAA=<=>jj111有：第143页，课件共190页，创作于2023年2月2.解（3—81）式3.若吸收剂中不含进料组分第144页，课件共190页，创作于2023年2月minminminmin)(22.1)()()(.4VLVLKAVLVLVL∞N→VLKmK）（的计算-==→第145页，课件共190页，创作于2023年2月例3—8计算：解：查P=1.013MPa，t=38℃时Ki进料：C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5n-C6已知：

yN+1不挥发的烃类38℃1.013MPa第146页，课件共190页，创作于2023年2月线上交点位于查表48.99.099.0.===NAbKj48.91lg1lg.=---=AANajj计算法：第147页，课件共190页，创作于2023年2月页表）（线，查出交100,1,148.9.3iiiiiNAyvjj=05.400=L解得0.4L求100页表中被吸收量第148页，课件共190页，创作于2023年2月2.平均有效因子法Edmister提出：

利用与代替每板吸收因子，且保持不变，结果颇满意。eA′111++-NNvvveA第149页，课件共190页，创作于2023年2月定义：）：（eeAA′-,8031132214332++++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLL132213221+++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLL第150页，课件共190页，创作于2023年2月对于（3—80）：第151页，课件共190页，创作于2023年2月Edmister指出：吸收主要发生在1、N二块板上，可将N板吸收作为2板吸收计算。第152页，课件共190页，创作于2023年2月的计算式；，eeA′A第153页，课件共190页，创作于2023年2月第154页，课件共190页，创作于2023年2月平均有效因子法计算步骤：A、用平均吸收因子法估计B、假设尾气温度(T1)全塔热量衡算确定吸收液温度(TN)C、估计、，Edmister建议用下式预测D、计算E、用(3—86),(3—87)计算有效吸收因子F、确定吸收率G、作组分物料衡算，计算尾气和出口吸收液组成()H、校核全部假设Niilv,1,第155页，课件共190页，创作于2023年2月二、蒸出因子法NN-1n+1nn-121蒸出气VN吸收液LN+1蒸出剂V1吸收剂L1特点；与吸收相反模型塔：图(3-40)计算同于吸收第156页，课件共190页，创作于2023年2月习题：

P11818题返回第157页，课件共190页，创作于2023年2月3.4.4化学吸收双膜理论：汽相主体液相主体AiPAiy或AiCAix或传质方向气体界面液体第158页，课件共190页，创作于2023年2月

被溶解组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，溶质A在液膜中为反应所消耗，传质推动力：[CAi-CAL]优点：

1.吸收容量大

2.吸收率高；设备投资少

3.蒸出不完全（可逆反应）第1