分離工程課件-第四章吸收

濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收1/91

第四章

吸收過程4.1多組分吸收過程的計(jì)算4.2解吸過程4.3

吸收解吸塔4.4非等溫吸收過程濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收2/91吸收過程概述吸收是化工生產(chǎn)中分離氣體混合物的重要方法之一，它是根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度的不同，而達(dá)到分離目的的傳質(zhì)過程。吸收時(shí)所用的液體溶劑稱為吸收劑。若氣體吸收過程中只有一個(gè)組分在吸收劑中具有顯著的溶解度，其他組分的溶解度均很小，這種吸收稱為單組分吸收。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收3/91吸收過程概述單組分吸收，例如制氧工業(yè)中，將空氣進(jìn)行深冷分離之前，用堿液脫除其中的二氧化碳，以防止二氧化碳在低溫下會(huì)結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道使深冷分離操作無法正常進(jìn)行。當(dāng)氣體混合物中具有顯著溶解度的組分不止一個(gè)，例如用油吸收法分離石油裂解氣，除氫以外，其他組分都程度不同地從氣相溶解到吸收劑中，這類吸收稱為多組分吸收。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收4/91吸收過程概述根據(jù)討論問題的方法和著眼點(diǎn)不同，吸收過程可以有多種分類方法。例如按照過程進(jìn)行中有無伴隨化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，可分為物理吸收和化學(xué)吸收；按照過程進(jìn)行中有無顯著的溫度變化，可分為等溫吸收和非等溫吸收等等。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收5/91吸收過程概述被吸收的氣體從吸收液中釋放出來的過程稱為解吸或蒸出，它是吸收的逆過程。在工業(yè)中進(jìn)行的吸收過程是根據(jù)吸收劑與吸收質(zhì)的價(jià)值而決定是否需進(jìn)行解吸。有解吸的吸收過程，吸收劑能多次循環(huán)使用并可將被吸收的組分分離成純組分。在伴有不可逆化學(xué)反應(yīng)的吸收中，吸收劑不能用解吸方法再生，而須用化學(xué)方法再生。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收6/91吸收的目的(1)用液體吸收氣體獲得半成品。(2)氣體混合物的分離。(3)氣體的凈化和精制。(4)從氣體混合物中回收有價(jià)值的組分。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收7/91(1)用液體吸收氣體獲得半成品例如：用水吸收氯化氫制取鹽酸；用水吸收甲醛蒸氣制甲醛溶液；用水吸收丙烯氨氧化反應(yīng)氣中的丙烯腈作為中間產(chǎn)品等。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收8/91(2)氣體混合物的分離此時(shí)所用的吸收劑應(yīng)有較好的選擇性，且常與解吸過程相結(jié)合，用以得到目的產(chǎn)物或回收其中一些組分。例如：石油裂解氣的油吸收過程，可把碳二以上的組分與甲烷、氫分開；焦?fàn)t氣的油吸收以回收苯；N-甲基毗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等。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收9/91(3)氣體的凈化和精制可分為兩種情況，一種是除去在氣體繼續(xù)加工時(shí)所不允許有的雜質(zhì)，即原料的預(yù)處理過程。例如用乙醇胺脫除石油裂解氣或天然氣中的硫化氫；用于合成氨生產(chǎn)的氮?dú)浠旌蠚庵械腃O2和CO的凈化以及在接觸法生產(chǎn)硫酸中二氧化硫的干燥等。另一種是為了排放于大氣中的廢氣的凈化過程。例如：煙道氣除去SO2的凈化；液氯冷凝后的廢氣除去氯氣的凈化以及工業(yè)放空尾氣中的氯化氫等各種有害氣體如不脫除而直接排空，就會(huì)污染大氣，威脅人民身體健康、腐蝕設(shè)備和建筑物，造成難以估量的損失。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收10/91(4)從氣體混合物中回收有價(jià)值的組分為了防止有價(jià)值組分的損失并污染環(huán)境，例如對(duì)氣體中所含的易揮發(fā)性溶劑，如醇、酮、醚等進(jìn)行回收。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收11/91吸收過程概述對(duì)于氣體混合物的分離、凈化和有價(jià)值組分的回收，除用吸收方法外，還可采用其他方法如深度冷凍、精餾、吸附等方法，選擇哪一種方法為宜，要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來權(quán)衡。通常當(dāng)氣體處理量較大，提取的組分不要求很完全時(shí)，吸收是最好的方法。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收12/91吸收過程概述在化工生產(chǎn)中所處理的氣體幾乎都是多組分混合物。其中除了目的產(chǎn)物之外，還會(huì)有一些有價(jià)值的副產(chǎn)品或一些有害的雜質(zhì)。所以用吸收法分離這種氣體混合物通常為多組分吸收。就是說，在吸收劑吸收目的產(chǎn)物的同時(shí)也不同程度地吸收其他一些組分。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收13/91吸收與精餾之比較參與吸收或解吸過程均有兩相，即液相和氣相，并進(jìn)行從氣相到液相(吸收過程)或從液相到氣相(解吸過程)的物質(zhì)傳遞。因此，和精餾過程一樣也是氣液傳質(zhì)過程的一種形式。但與精餾過程又有所不同，有它自己的一些特點(diǎn)。以簡單的吸收塔和精餾塔相對(duì)比可以看出。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收14/91吸收與精餾之比較(1)吸收塔的原料氣和吸收劑分別從塔的兩端進(jìn)入塔內(nèi)，這種情況就相當(dāng)于精餾中的復(fù)雜塔的操作。所以吸收塔的端點(diǎn)條件，即吸收液和尾氣的組成和溫度，比常規(guī)的多組分精餾更難于分配。(2)在多組分吸收中，各組分的沸點(diǎn)范圍很寬，有的在操作條件下已接近或超過其臨界狀態(tài)，由此不能當(dāng)作理想系統(tǒng)來處理。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收15/91吸收與精餾之比較(3)在精餾操作中，氣相中較重組分部分冷凝轉(zhuǎn)移到液相中，它所釋放的潛熱使液相中較輕的組分汽化而轉(zhuǎn)入氣相，是氣液間雙向傳質(zhì)過程。在假定各組分的分子汽化潛熱相同的前提下，可假定塔內(nèi)的氣液兩相均為恒摩爾流，這樣可簡化計(jì)算。但吸收過程是氣相中的吸收質(zhì)溶解到不揮發(fā)的吸收劑中去的單向傳質(zhì)過程，沿增高自上而下氣、液兩相的流率都不斷增加。所以，氣、液兩相均不能看做恒摩爾流。這就增加了計(jì)算的復(fù)雜性。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收16/91吸收與精餾之比較(4)氣體中的吸收質(zhì)溶解到吸收劑中時(shí)有溶解熱效應(yīng)。由于各組分沿塔高的溶解量（吸收量）分布并不均衡，這就導(dǎo)致溶解熱的大小以致吸收溫度的變化是不規(guī)則的，加上溶解熱數(shù)據(jù)不全，以及多組分吸收系統(tǒng)的平衡數(shù)據(jù)和有關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)還研究的很不充分，這就增加了熱量衡算的困難。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收17/91吸收與精餾之比較(5)在精餾過程中，每塊塔板上由于組成改變而引起的溫度變化，可由泡點(diǎn)方程或露點(diǎn)方程來確定。但用泡點(diǎn)方程或露點(diǎn)方程來確定吸收塔中各點(diǎn)的溫度有時(shí)是不可靠的，通常要采用熱量衡算來確定溫度的分布。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收18/91吸收過程概述在單組分吸收計(jì)算中，當(dāng)吸收量不太大時(shí)，一般可以假定為等溫過程，塔內(nèi)氣、液相流率也可假定為固定不變，這可使計(jì)算大為簡化，且能保證一定的準(zhǔn)確度。而多組分吸收過程由于吸收量往往較大，由氣體溶解熱所引起的溫度變化己不能忽略，塔內(nèi)氣、液兩相流率也不能看做不變，如仍應(yīng)用上述之假設(shè)，就可能會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。因此，要獲得精確的結(jié)果，必須采用逐板計(jì)算法。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收19/91吸收過程概述本章的內(nèi)容主要是在先修課程已經(jīng)討論了有關(guān)原理的基礎(chǔ)上，著重分析多組分吸收過程的計(jì)算及其特點(diǎn)，而對(duì)解吸和非等溫吸收過程的原理和計(jì)算特點(diǎn)作簡單的介紹。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收20/914.1多組分吸收過程的計(jì)算當(dāng)組分在氣相中的濃度y

大于與液相成平衡的氣相濃度時(shí)，則該組分便可由氣相轉(zhuǎn)入液相，達(dá)到吸收的目的。這時(shí)即是吸收過程的推動(dòng)力。很明顯，y是由原料氣所決定的，要增大推動(dòng)力，只有使變小。在吸收過程中，溶液中溶質(zhì)的濃度不大、壓力不高的條件下，其平衡關(guān)系可由享利定律描述式中——i組分在氣相中的平衡分壓

——

i組分的亨利系數(shù)；

——i組分在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收21/91從上式可以看出增加操作總壓力和降低操作溫度均可使變小，而使推動(dòng)力增大。因此在吸收操作過程中增加操作壓力、降低操作溫度必然都有利于吸收過程的進(jìn)行。4.1多組分吸收過程的計(jì)算當(dāng)溶質(zhì)和溶劑所形成的整個(gè)溶液都可看做理想溶液時(shí)，享利系數(shù)與該組分的飽和蒸氣壓相等，，亨利定律便和拉烏爾定律一致。則式中p——總壓；

——相平衡常數(shù)。（3-1）

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吸收22/914.1多組分吸收過程的計(jì)算在多組分吸收過程的計(jì)算中，通常是確定一個(gè)關(guān)鍵組分的吸收率(或確定吸收塔的理論板數(shù))來計(jì)算所需的理論板數(shù)(或關(guān)鍵組分的吸收率)以及吸收液和尾氣的數(shù)量和組成、沿塔高的溫度和氣、液相流率的分布等。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收23/914.1多組分吸收過程的計(jì)算在多組分吸收計(jì)算中，為了確定吸收率、理論板數(shù)或傳質(zhì)單元數(shù)和操作條件之間的關(guān)系，已經(jīng)提出的方法有近似計(jì)算法、逐板法和傳質(zhì)單元法。前兩種方法是根據(jù)理論板數(shù)的概念，以聯(lián)解物料衡算、相平衡和熱量衡算為基礎(chǔ)。后一種方法則是以求解物料衡算和傳質(zhì)速率方程式而建立的微分方程為基礎(chǔ)的。本章著重討論前兩種方法。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收24/914.1.1吸收因子對(duì)于多組分混合物的吸收，雖然采用了選擇性較好的吸收劑，但在吸收目的組分的同時(shí)，總是程度不同地吸收了一些其他的組分。因此，宜于針對(duì)各個(gè)組分通過物料衡算式和相平衡式的逐板關(guān)聯(lián)來確定吸收塔的端點(diǎn)條件和流率分布。根據(jù)理論板的概念，任一組分離開塔板n的氣液兩相組成達(dá)到平衡，即y=Kx式中x、y——溶質(zhì)在液相和氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)

K——相平衡常數(shù)。如果令v、l分別表示任一組分的氣相和液相的流率；而V、L分別為離開同一板的氣相和液相的流率。則上式可寫為濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收25/91令吸收因子

（3-2）

故（3-3）

A稱為吸收因子或吸收因數(shù)。由(3-2)式可知，它是綜合考慮了塔內(nèi)氣液兩相流率和組分的相平衡常數(shù)關(guān)系的一個(gè)數(shù)群。我們知道，增大值，和減小相平衡常數(shù)K值，都有利于組分從氣相轉(zhuǎn)入液相，因此，A值越大越易被吸收，達(dá)到同樣目的所需的理論板數(shù)就越少；如果板數(shù)一定，則被吸收的量就越多。

4.1.1吸收因子濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收26/91對(duì)于一個(gè)具有N塊理論板的吸收塔，如圖3-1所示，對(duì)任意板n作任一組分的物料衡算可得將式(3-3)代人上式得（3-4）

n=1時(shí)，式（3-4）成為：（3-5）

4.1.1吸收因子濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收27/91（3-6）

4.1.1吸收因子n=2時(shí)，式（3-4）成為：將式(3-5)中的代入上式得（3-7）

n=3時(shí)，同理可得：（3-8）同理可得，n=N時(shí)：濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收28/91為了消去，作全塔范圍的組分物料衡算（3-9）

4.1.1吸收因子由式(3-8)和式(3-9)可得（3-10）

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吸收29/91（3-10）令

則式(3-10)

為

（3-11）

4.1.1吸收因子濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收30/91式(3-10)左端是任一組分的吸收率，而右端則包括了各塔板的吸收因子和理論板數(shù)。所以該式關(guān)聯(lián)了吸收率、吸收因子和理論板數(shù)三者的關(guān)系，稱哈頓-富蘭克林(Horton-Franklin)方程。它實(shí)際反映了在吸收操作過程中工藝要求(吸收率)、操作條件(溫度、壓力和液氣比)和吸收塔設(shè)備要求(理論板數(shù))三者之間的關(guān)系。

（3-10）4.1.1吸收因子濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收31/914.1.1吸收因子應(yīng)當(dāng)指出，嚴(yán)格按照上式來求解吸收率、吸收因子和理論板數(shù)之間的關(guān)系還是很困難的。因?yàn)楦靼宓南嗥胶獬?shù)是該板的溫度、壓力和組成的函數(shù)，而這些條件在計(jì)算之前卻是未知的，各板上的氣液相流率也是未知的。如果采用試差法求解，顯然這樣的計(jì)算是非常復(fù)雜的，決非手工計(jì)算所能做到?，F(xiàn)有的一些多組分吸收的近似計(jì)算方法，其區(qū)別就在于對(duì)各板吸收因子的簡化處理方法不同。（3-10）濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收32/914.1.2近似計(jì)算法①平均吸收因子法②有效吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收33/91①平均吸收因子法克雷姆塞爾和布朗等假定全塔各板的吸收因子A是相同的，即采用全塔平均的吸收因子來代替各板的吸收因子，此時(shí)式(3-10)可進(jìn)一步簡化。（3-12）

因?yàn)?，上式可寫?/p>

（3-13）

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吸收34/91上式左端的分子表示氣體中某組分通過吸收塔后實(shí)際被吸收的量，分母表示根據(jù)平衡關(guān)系計(jì)算的該組分最大可能吸收量，所以等式左端表明的是該組分通過吸收塔后的相對(duì)吸收率。當(dāng)吸收劑內(nèi)不含有該組分時(shí)，即時(shí)，，此時(shí)式(3-13)的左端項(xiàng)即為（3-13）

①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收35/91式(3-13)所表達(dá)的是相對(duì)吸收率、平均吸收因子A和理論板數(shù)N之間的關(guān)系。為了便于計(jì)算，把上式繪制成為圖3-2所示的吸收因子圖。利用此圖可已知、A、N三個(gè)參數(shù)中任意兩個(gè)，便可很容易地求出第三個(gè)參數(shù)。①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收36/91①平均吸收因子法直接解式(3-13)，得

（3-14）

由上式可從關(guān)鍵組分的相對(duì)吸收率和吸收因子求得所需的理論板數(shù)。前已說明，該法是采用全塔平均吸收因子來代替各板的吸收因子推導(dǎo)而得。但如何確定這一平均值也有不同的辦法。一般根據(jù)塔的平均溫度作為計(jì)算相平衡常數(shù)的溫度，而吸收因子中的氣、液相流量則存不同的計(jì)算方法。通常是用塔頂和塔底條件下的氣、液相流量各自的平均值來計(jì)算，即濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收37/91（3-15）也有采用塔頂和塔底各自的液氣比，然后取其平均值；還有把塔頂吸收劑量作為液相量，把進(jìn)料氣量作為氣相量來求吸收因子，即（3-16）

①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收38/91顯然在確定平均吸收因子時(shí)，計(jì)算氣、液相量的方法不同。吸收過程的計(jì)算結(jié)果也不同。應(yīng)用式(3-16)所計(jì)算的吸收因子要比用式(3-15)計(jì)算的值小，在達(dá)到相同吸收率的情況下，所計(jì)算出的理論塔板數(shù)要多。平均吸收因子法，只有在塔內(nèi)液氣比變化不大，也就是吸收量較小的情況下才不致帶來太大的誤差，所以該法應(yīng)用于貧氣的吸收計(jì)算具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度。①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收39/91(1)最小液氣比在最小液氣比下操作時(shí)，所需的塔板數(shù)為無窮多。在多組分吸收過程中由于各組分的相對(duì)吸收率，故當(dāng)時(shí)，由圖3-2可看出，此時(shí)。根據(jù)吸收因子的定義，可得出在最小液氣比下通常適宜的操作液氣比為①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收40/91(2)非關(guān)鍵組分吸收率的計(jì)算由于各組分的吸收是在同一塔內(nèi)進(jìn)行，故非關(guān)鍵組分的吸收具有與關(guān)鍵組分相同的塔板數(shù)和操作條件。若流體的性質(zhì)相似，則各組分的板效率近似相等，也就具有相同的理論塔板數(shù)。由于各組分的操作線斜率相等，即為定值，故式中為任一組分的吸收因子和相平衡常數(shù)。由上式可知，在吸收過程中各組分的吸收因子與其相平衡常數(shù)成反比。（3-18）

①平均吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收41/91①平均吸收因子法根據(jù)已經(jīng)確定的理論板數(shù)N和由式(3-18)求出的非關(guān)鍵組分的吸收因子A，用吸收因子圖或式(3-13)便可求出各非關(guān)鍵組分的吸收率，由此進(jìn)一步求出各非關(guān)鍵組分在塔頂和塔底的數(shù)量和組成。(2)非關(guān)鍵組分吸收率的計(jì)算濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收42/91在設(shè)計(jì)一多組分吸收塔時(shí)，下列條件通常是已知的1）入塔原料氣的流率VN+1和組成yN+1;2）操作溫度和壓力；3）吸收劑的種類和組成；4）對(duì)原料氣中某一組分的分離要求。設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是確定在上述條件下完成該吸收1）所需理論板數(shù)N；2）塔頂尾氣的量和組成V1、y1；3）塔頂加入的吸收劑的量L0；4）塔底吸收液的量和組成LN、xN。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收43/91①平均吸收因子法的計(jì)算步驟①確定關(guān)鍵組分，并求出各組分的相平衡常數(shù)；②求出最小液氣比，然后根據(jù)操作液氣比范圍內(nèi)確定一適宜的值；③求出滿足關(guān)鍵組分吸收要求所需的理論板數(shù)；④求出各非關(guān)鍵組分的吸收率；⑤通過物料衡算求出塔頂尾氣的量和組成，吸收劑用量以及塔底吸收液的量和組成。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收44/91例題濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收45/91濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收46/91濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收47/91濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收48/91例4-1（P129）某廠裂解氣分離車間采用中壓油吸收分離工藝，脫甲烷塔進(jìn)料100kmol/h，進(jìn)料組成如下:(摩爾分?jǐn)?shù)/%)，H2，15.0；甲烷，30.0；乙烯，28.0；乙烷5.0，丙烯，19.0；丙烷，1.0，碳四混合烴，2.0.該塔操作壓力為3.6MPa（絕），吸收劑入塔溫度-36℃，原料氣入塔溫度-10℃，乙烯回收率98%，試求：（1）完成分離要求所需的操作液氣比（取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍）。（2）該塔所需平衡級(jí)數(shù)。（3）各組分的吸收率及出塔尾氣的組成。（4）采用C8餾分為吸收劑，計(jì)算吸收劑的用量。解：吸收塔平均溫度取進(jìn)料溫度和吸收劑溫度的平均值

T=(-10-36)/2=-23℃由p-T-K列線圖查得3.6MPa（絕）-23℃各組分的K值如下表：組分H2C10C2=C20C3=C30C4Ki-3.20.650.470.120.100.046H2視作惰性氣體，不考慮氣在吸收劑中的溶解。在計(jì)算中按題意選擇乙烯作為關(guān)鍵組分。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收49/91（1）操作液氣比最小液氣比：操作液氣比（2）平衡級(jí)數(shù)N關(guān)鍵組分乙烯的吸收因子查圖4-12得N=8當(dāng)然，N也可由公式求得由濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收50/91(3)各組分的吸收率、尾氣量及組成求各組分的吸收率由式根據(jù)各組分的Ki和求出Ai，再由Ai值和N=8及式求得各組分的相對(duì)吸收率結(jié)果列于下表求尾氣數(shù)量及組成由吸收率可知，由于乙烷、碳三餾分和碳四餾分的吸收率等于1，說明這幾個(gè)組分幾乎全部被吸收，不進(jìn)入塔頂尾氣中，尾氣主要由氫氣、甲烷和乙烯組成，它們的數(shù)量及組成見下表。組分vN+1/(kmol)

φivN+1φ/(kmol/h)v1/(kmol/h)yiH215.00015.00.4100C1030.00.2988.9421.060.5750C2=28.00.9827.450.550.0150∑73.0-36.3936.611.0000濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收51/91求吸收劑加入量L0本塔平均液氣比入塔氣量塔頂尾氣氣量平均氣量塔底吸收液量因?yàn)榧此运孜找旱牧繛H坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收52/91②有效吸收因子法該法是由埃德密斯特(edmister)提出，所謂有效吸收因子，就是以某不變的和值代替式(3-10)中各板的吸收因子，并且保持式(3-10)左端的吸收率不變。這種方法所得結(jié)果頗為滿意，因此得到了廣泛的應(yīng)用。如以有效吸收因子取代式(3-10)等式右端第一項(xiàng)中的，則濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收53/91②有效吸收因子法如把式(3-10)等式右側(cè)第二項(xiàng)分子中各項(xiàng)分別乘以，并在分母乘以有效吸收因子，再用有效吸收因子取代，則因此，式(3-10)可改寫為（3-19）

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吸收54/91吸收塔的理論板數(shù)埃德密斯特指出，對(duì)具有N塊板的吸收塔，吸收過程主要是由塔頂和塔底兩塊板來完成的。這一假想和馬多克斯(Maddox)等人的提法基本吻合。馬多克斯通過對(duì)一些多組分輕烴吸收過程的逐板計(jì)算結(jié)果的研究，得出吸收過程主要是在吸收塔的頂、底兩塊板完成的結(jié)論。他指出對(duì)一個(gè)只有兩塊理論板的吸收塔而言，總吸收量的100％在頂、底這兩塊板完成；而對(duì)具有三塊理論板的吸收塔，頂、底兩塊板約完成總吸收量的88％；當(dāng)具有四塊理論板時(shí)，頂、底兩塊板約完成總吸收量的80％。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收55/91吸收塔的理論板數(shù)正由于這一原因，通常吸收塔的理論板數(shù)是不需要很多的。因?yàn)樵黾影鍞?shù)不能顯著改善吸收效果，相反，卻使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用大幅度上升。要提高吸收率，比較有效的方法是增加操作壓力和降低操作溫度。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收56/91②有效吸收因子法當(dāng)吸收塔只有兩塊理論板時(shí)，用有效吸收因子表示式(3-10)等式右側(cè)的第二項(xiàng)，可得（3-20）

用有效吸收因子表示式(3-10)等式右側(cè)的第一項(xiàng)時(shí)，可得經(jīng)整理可得（3-21）

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吸收57/91當(dāng)吸收塔具有塊理論板時(shí)，由于吸收過程主要是由塔頂和塔底兩板來完成。所以埃德密斯特提出，以代替式(3-20)和式(3-21)中的，則可得出計(jì)算有效吸收因子和的計(jì)算式。（3-22）

（3-23）

所以只要知道了底板的吸收因子和頂板吸收因子，就可依據(jù)以上兩式求得有效吸收因子、②有效吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收58/91由式(3-19)，如令可解得（3-24）

式(3-24)與式(3-14)形式相同，只不過是用和分別代替了式(3-14)中的和。②有效吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收59/91為了計(jì)算有效吸收因子，就必須知道離開塔的頂板和底板的氣、液相流率(即)和溫度，這就需要預(yù)先估計(jì)整個(gè)吸收過程的總吸收量，為此，采用以下兩個(gè)假定來估計(jì)各板的流率和溫度。

(1)各板的吸收率相同，即塔內(nèi)任意相鄰兩板的氣相流率的比值相等。（3-25）

（3-26）（3-27）

②有效吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收60/91由塔頂至n板間作總量和組分的物料衡算，分別得（3-28）

②有效吸收因子法濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收61/91②有效吸收因子法(2)塔內(nèi)的溫度變化與吸收量成正比，即根據(jù)以上兩點(diǎn)假定，當(dāng)已知進(jìn)料氣的流率、組成和溫度，進(jìn)塔吸收劑的流率、組成和溫度，關(guān)鍵組分的吸收率和塔的操作壓力時(shí)，可應(yīng)用有效吸收因子法來計(jì)算塔頂尾氣、吸收液數(shù)量和組成。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收62/91有效吸收因子法的計(jì)算步驟(1)應(yīng)用平均吸收因子法，初算和。首先估計(jì)總吸收量和平均溫度，并根據(jù)此計(jì)算塔頂和塔底的值及其平均值和各組分的吸收因子。根據(jù)關(guān)鍵組分的吸收率和平均吸收因子確定所需要的理論板數(shù)。按式(3-13)計(jì)算其他組分的值，然后計(jì)算總吸收量，并與估計(jì)的總吸收量比較是否一致。否則應(yīng)重新設(shè)定總吸收量。最后由全塔范圍內(nèi)的組分物料衡算，按式(3-28)確定各組分離開板的液相量。(2)用熱量衡算確定塔底吸收液的溫度

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吸收63/91式中——分別為氣相和液相的焓，取基準(zhǔn)溫度下液態(tài)純物質(zhì)的焓為零；

——引出吸收塔的熱量。(3)用有效吸收因子法核算、和按式(3-27)算出，再由式(3-28)算出，從而求出。再由式(3-27)算出，結(jié)合前面算出的、計(jì)算。然后由式(3-22)和式(3-23)求出和。由式(3-19)算出，并用熱量衡算核算。如果與前一步的結(jié)果不符，則應(yīng)改設(shè)t1，重復(fù)第二、三步驟。有效吸收因子法的計(jì)算步驟濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收64/914.1.3吸收操作過程的影響因素和強(qiáng)化①主要影響因素的分析②吸收操作的強(qiáng)化濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收65/91①主要影響因素的分析(1)操作壓力的影響提高操作壓力，將使氣相中吸收質(zhì)的分壓增加，吸收質(zhì)的溶解度將增大。氣液相平衡常數(shù)將因壓力提高而減少，使平衡線下移，吸收推動(dòng)力增加。因而提高壓力對(duì)吸收操作是有利的。增加壓力可使吸收因子增大，當(dāng)塔板數(shù)一定時(shí)，將使吸收率增加；或當(dāng)吸收率一定時(shí)，所需的塔板數(shù)減少，但過高的壓力對(duì)提高吸收率的作用并不很顯著，這可由一些烴類的壓力與平衡常數(shù)關(guān)系的曲線看出。另外過高的增加壓力將使氣體壓縮所需的費(fèi)用和設(shè)備投資增加，并增加了高壓操作的困難，還會(huì)使不需回收的組分被吸收下來的量也增加。所以一般不宜用過高的操作壓力。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收66/91(2)操作溫度的影響操作溫度上升，享利系數(shù)和相平衡常數(shù)都將增大，使吸收推動(dòng)力減小，氣相中吸收質(zhì)的溶解度將減小。顯然增加溫度對(duì)吸收過程是不利的。溫度增加使吸收因子A減小，當(dāng)塔板數(shù)一定時(shí)，吸收率將減小，或當(dāng)吸收率一定時(shí)，所需的塔板數(shù)將增多。因此一般情況下，降低吸收溫度可提高吸收效果。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于受到氣溫、水溫及冷凍設(shè)備和操作費(fèi)用的限制，故應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇適宜的操作溫度。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收67/91(3)液氣比的影響液氣比反映了處理單位原料氣所需的吸收劑量。又是操作線的斜率，吸收劑量增大，操作線斜率遠(yuǎn)離平衡線，傳質(zhì)推動(dòng)力變大，達(dá)到同樣吸收要求所需的理論板數(shù)減少，有利于吸收，設(shè)備費(fèi)降低。但液氣比增大，對(duì)一定進(jìn)料氣量來說操作費(fèi)用增加。液氣比對(duì)吸收操作的影響好似回流比對(duì)精餾操作的影響。液氣比過大和過小都有不利的一面，因此在選用時(shí)需加以權(quán)衡，一般取最小液氣比的1.2～2.0倍。在使用填料塔時(shí)，吸收劑用量應(yīng)滿足充分潤濕填料表面的噴淋密度的要求。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收68/91(4)吸收因子A和塔板數(shù)的影響吸收因子，實(shí)際上綜合了以上單獨(dú)分析的三個(gè)因素。從圖3-2可進(jìn)一步看出，吸收因子A、吸收率和理論板數(shù)之間的關(guān)系，具有以下特點(diǎn)：(a)

A的數(shù)值不得小于所規(guī)定的吸收率。因當(dāng)時(shí)，需要無窮多塔板。(b)隨A的增加，各組分的吸收率將增加，但當(dāng)A超過某一數(shù)值后(與板數(shù)有關(guān))，若再增大，則對(duì)吸收率的影響就很小，一般當(dāng)A>2后，其影響就明顯減小。(c)隨板數(shù)N增大，各組分的吸收率增加，但當(dāng)板數(shù)較小時(shí)，增加一塊板對(duì)提高吸收率的影響比較明顯，而當(dāng)理論板數(shù)約10塊時(shí)，再增加板數(shù)，吸收率的提高就很有限。增加一塊板數(shù)的吸收效果還和A的大小有關(guān)，當(dāng)范圍內(nèi)，增加板數(shù)的效果為最好。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收69/91②吸收操作的強(qiáng)化由傳質(zhì)速率方程式可知，要強(qiáng)化吸收操作，即要在一定的容積設(shè)備內(nèi)，提高通過吸收塔的吸收質(zhì)被吸收的量，必須設(shè)法增大傳質(zhì)系數(shù)、氣液相際接觸表面積和推動(dòng)力。(1)增大傳質(zhì)系數(shù)增大傳質(zhì)系數(shù)，就是要降低吸收過程的傳質(zhì)阻力，一般采用的方法是增大流體的湍流程度。當(dāng)氣相阻力是傳質(zhì)的主要矛盾時(shí)，應(yīng)著重考慮增加塔內(nèi)的氣速，以增強(qiáng)氣流的湍動(dòng)狀況。當(dāng)液相阻力是傳質(zhì)過程的主要矛盾時(shí)，則應(yīng)考慮增大塔內(nèi)的噴淋密度，以提高液流湍動(dòng)程度。但在提高流體速度以增大流體湍流程度時(shí)，不要使流體通過塔內(nèi)的阻力降過分增大。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收70/91(2)增大氣液相際接觸面積F在吸收設(shè)備中，氣液相際接觸面積的形成不外乎有兩種形式：一種是把氣體分散在液體中，如板式塔中以氣泡形式通過塔板上面的液體層；或是將液體分散于氣體中，如在噴灑吸收器中液體被噴成液滴而分散在氣體中。另一種如在填料塔中，液體一般以液膜形式分散在填料的表面與氣體接觸。對(duì)于一般填料塔，在合理選擇填料尺寸、形狀和堆置方法的前提下，為了保證填料所具有的表面積得到充分利用，必須有足夠的噴淋密度，同時(shí)應(yīng)盡量使液體分布均勻。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收71/91(3)增大吸收推動(dòng)力

前已述及，提高操作壓力，降低操作溫度對(duì)增大推動(dòng)力是有利的。此外降低入塔吸收劑中吸收質(zhì)的濃度，增大液氣比以及選擇吸收能力大的吸收劑等均可使吸收推動(dòng)力提高。在實(shí)際操作中要注意促使氣液接觸表面的更新和避免縱向返混的影響，都對(duì)提高推動(dòng)力是有利的。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收72/914.2解吸過程在氣液兩相系統(tǒng)中，當(dāng)溶質(zhì)組分的氣相分壓低于其溶液中該組分的氣液平衡分壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生溶質(zhì)組分從液相到氣相的傳質(zhì)，這一過程叫做解吸或蒸出。例如被吸收的氣體從吸收液中釋放出來的過程。解吸與吸收都是在推動(dòng)力作用下的氣、液相際間的物質(zhì)傳遞過程，不同的是兩者的傳質(zhì)方向相反、推動(dòng)力的方向也相反。所以解吸被看做是吸收的逆過程，由此可得知，凡有利于吸收的操作條件對(duì)解吸都是不利的，而對(duì)吸收不利的操作條件對(duì)解吸則是有利的。吸收過程的各種計(jì)算方法原理都可相應(yīng)的運(yùn)用于解吸計(jì)算中。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收73/914.2解吸過程在化工生產(chǎn)中解吸和吸收往往是密切相關(guān)的。為了使吸收過程所用的吸收劑．特別是一些價(jià)格較高的溶劑能夠循環(huán)使用，就需要通過解吸把被吸收的物質(zhì)從吸收液中分離出去，從而使吸收劑得以再生。此外，要利用被吸收的氣體組分時(shí)，也必須解吸。至于在石油化工生產(chǎn)中把所吸收的輕烴混合物分離成幾個(gè)餾分或幾個(gè)單一組分，如何合理地組織吸收-解吸流程方案就更加重要。在石油化工，天然氣加工過程中廣泛應(yīng)用吸收-解吸過程。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收74/914.2.1解吸的方式解吸可通過不同的方式進(jìn)行，但無論哪一種方式，都是為了創(chuàng)造從液相到氣相的傳質(zhì)有利條件(或)。常用的解吸方式有負(fù)壓解吸、解吸劑(如惰性氣體、水蒸氣)作用下的解吸、加熱解吸以及這些方式的聯(lián)合。降壓、負(fù)壓和解吸劑的作用都是為了降低組分在氣相的分壓，也就是減小y(或p)；加熱的作用則是升高溫度，使氣相平衡濃度(或平衡分壓)增大．從而提高解吸推動(dòng)力()或()。推動(dòng)力越大，解吸越容易進(jìn)行。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收75/91①降壓和負(fù)壓解吸降壓是一種常用的解吸方法，特別適用于加壓吸收之后的解吸。這時(shí)只需把吸收液降至常壓，解吸就可進(jìn)行到相當(dāng)?shù)某潭?，有時(shí)為了使組分充分解吸，需要進(jìn)一步降至負(fù)壓。如果吸收壓力為常壓，解吸就需在負(fù)壓條件下進(jìn)行。對(duì)于單組分的吸收-解吸過程，若忽略吸收和解吸的熱效應(yīng)，則吸收和解吸的溫度相等，吸收時(shí)的相平衡線和解吸時(shí)的相平衡線重合為一條直線。在吸收劑不揮發(fā)的降壓解吸系統(tǒng)中，氣相只存在溶質(zhì)組分，其摩爾分?jǐn)?shù)等于1，組分的氣相分壓也就等于解吸壓力，且恒定不變。因此，氣相傳質(zhì)單元數(shù)等于零，過程的進(jìn)行取決于解吸壓力和液相內(nèi)的傳質(zhì)。這種減壓解吸過程的設(shè)備設(shè)計(jì)，不是以傳質(zhì)單元數(shù)或理論板數(shù)為依據(jù)，而是以液體能夠達(dá)到均勻良好的分散，和有足夠的空間使解吸出來的氣體集積并分離出夾帶的液滴，作為確定設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸的原則。過程的計(jì)算按一級(jí)平衡閃蒸來處理。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收76/91②解吸劑作用下的解吸過程降壓和負(fù)壓解吸只是靠改變系統(tǒng)的壓力來實(shí)現(xiàn)的。在許多情況下，由于壓力條件的限制，解吸往往不可能充分進(jìn)行，尤其是對(duì)溶解度較大的組分更難充分解吸，需要進(jìn)一步用其他手段提高組分的解吸程度。解吸劑作用下的解吸，則是普遍采用的有效方法。常用的解吸劑是惰性氣體、水蒸氣、溶劑蒸氣和貧氣。

(1)使用惰性氣體或貧氣的解吸(2)直接蒸氣解吸(3)間接加熱蒸氣解吸濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收77/91(1)使用惰性氣體或貧氣的解吸這種解吸是逆流接觸過程。在采用惰性氣體為解吸劑的解吸塔中，惰性氣體自下而上從塔底進(jìn)入，與由上而下的液體逆流接觸。由于溶質(zhì)組分不斷地從液相轉(zhuǎn)入氣相，液相中組分的濃度將會(huì)由上而下逐漸降低；而氣相中組分的濃度則由下而上逐漸增大?？梢姡袣?、液相組分濃度的變化規(guī)律恰好與吸收過程相反。在某些情況下，解吸劑并不是惰性氣體，而是含有溶質(zhì)組分的氣體。當(dāng)然，解吸組分的氣相分壓必須低于平衡分壓(故稱為貧氣)。其他組分可以是溶解度較大的溶質(zhì)，其氣相分壓也可能比平衡分壓大，它們?cè)谶^程中被下降的溶液所吸收。這就是說，在同一個(gè)塔中同時(shí)進(jìn)行著吸收和解吸。在塔的一定范圍內(nèi)，對(duì)一些組分是吸收；對(duì)另一些組分卻是解吸。濰坊學(xué)院本科生課程分離工程第四章

吸收78/91(2)直接蒸氣解吸為了使解吸在較高的溫度下進(jìn)行，可以用水蒸氣作為解吸劑。飽和水蒸氣或過熱水蒸氣從解吸塔底部通人，迎著下降的液流上升。它除了起到降低組分在氣相的分壓，導(dǎo)致解吸的作用外，由于蒸氣溫度高于溶液溫度，且通常是高于溶液的沸點(diǎn)，因而溶液將被加熱，從而促進(jìn)了解