《气体吸收》PPT课件.ppt
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1、第四章第四章 气体吸收气体吸收4.1汽液平衡汽液平衡4.2吸收和解吸过程吸收和解吸过程4.3多组分吸收和解吸的简捷计算法多组分吸收和解吸的简捷计算法4.4化学吸收化学吸收吸收操作的类型:吸收操作的类型:化学反应化学反应吸收温度吸收温度单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收相对溶解度相对溶解度吸收量吸收量汽液接触方式汽液接触方式吸收过吸收过程分类程分类物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收喷淋吸收喷淋吸收鼓泡吸收鼓泡吸收降膜吸收降膜吸收等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收贫气吸收贫气吸收富气吸收富气吸收恒摩尔流恒摩尔流恒温操作恒温操作4.1汽液平衡汽液平衡物理吸收的相平衡物理吸收的相平衡适用条件适用
2、条件:溶质与溶剂中不发生解离解离、缔和缔和及化学化学反应反应,且为稀溶液稀溶液。压力高时不适用。普遍化亨利定律对溶质气液两相达到平衡二元系统,溶解平衡关系服从下方程二元系统,溶解平衡关系服从下方程理想溶液理想溶液低压下低压下伴有化学反应的吸收相平衡伴有化学反应的吸收相平衡溶质的溶解度既服从溶质的溶解度既服从汽液平衡汽液平衡关系,又服从关系,又服从化化学平衡学平衡关系。关系。亨利定律只反应气相中亨利定律只反应气相中P2与液相中未反应的溶与液相中未反应的溶质浓度的关系。质浓度的关系。化学反应的溶解度化学反应的溶解度大于大于物理过程的溶解度物理过程的溶解度设溶质设溶质A与溶剂中的与溶剂中的B发生反应
3、发生反应HAKa理想溶液理想溶液K=1相平衡关系相平衡关系4.2吸收和解吸过程吸收和解吸过程吸收和解吸过程流程吸收和解吸过程流程单纯吸收工艺流程单纯吸收工艺流程伴有吸收剂再生循环的吸收伴有吸收剂再生循环的吸收解吸流程解吸流程用蒸汽或惰气的蒸出塔的吸收流程吸收塔蒸出塔尾气吸收剂吸收液原料气体蒸出用气体蒸出气用再沸器的蒸出塔的吸收流程用再沸器的蒸出塔的吸收流程吸收液补加吸收剂吸收塔再沸蒸出塔尾气原料气体蒸出气用蒸馏塔的吸收流程用蒸馏塔的吸收流程吸收液补加吸收剂吸收塔再沸蒸出塔尾气原 料气体吸收质4.2.2多组分吸收和蒸出过程分析多组分吸收和蒸出过程分析吸收和蒸出过程的设计变量数和关键组分吸收和蒸出
4、过程的设计变量数和关键组分吸收塔吸收塔Nx:吸收剂吸收剂C+2原料气原料气C+2压力等级数压力等级数N和和C+C+4+NNa:串级单元数串级单元数1蒸出塔蒸出塔Nx:蒸出剂蒸出剂C+2吸收液吸收液C+2压力等级数压力等级数N和和C+C+4+NNa:串级单元数串级单元数1NaNa的指定:的指定:操作型计算:操作型计算:指定指定 N N 设计型计算:设计型计算:指定指定 一个关键组分分离要求一个关键组分分离要求4.2.2.2单向传质过程单向传质过程精馏过程精馏过程:双相传质过程:双相传质过程吸收过程吸收过程:单相传质过程:单相传质过程不能视为恒摩尔流(不能视为恒摩尔流(图图4-7 a 4-7 a)
5、流量流量L和和V从上向下从上向下;蒸出过程蒸出过程:单向传质过程L和V上到下,恒摩尔流假定不成立。4.2.2.3吸收塔内组分分布吸收塔内组分分布分布曲线分布曲线(图(图4-7 c4-7 c、d d):):从物系挥发度看从物系挥发度看C C1 1、C C2 2最大最大,进塔几乎不被吸收,塔顶稍有变化。,进塔几乎不被吸收,塔顶稍有变化。C C5 5、C C4 4最小最小,进塔立即吸收,上部几乎不变。,进塔立即吸收,上部几乎不变。C C3 3适中适中 ,上段吸收快,在塔某板出现最大值。,上段吸收快,在塔某板出现最大值。一般情况:一般情况:1.1.不同组分在不同段吸收程度不同不同组分在不同段吸收程度不
6、同2.2.难溶组分难溶组分(LNKLNK),一般只在),一般只在靠近塔顶靠近塔顶几级被吸收,其几级被吸收,其他级吸收较小;他级吸收较小;易溶组分易溶组分(HNKHNK),一般只在),一般只在靠近塔釜靠近塔釜几级被吸收。几级被吸收。3.3.关键组分关键组分在在全塔范围全塔范围内被吸收。内被吸收。4.2.2.4吸收和解吸过程的热效应吸收和解吸过程的热效应每板温度Tn由于溶解热大,Tn与溶解吸收量有关,难预测,不能用泡、露点不能用泡、露点方法计算Tn,要用热量衡算热量衡算求Tn。吸收 液体温度沿塔向下沿塔向下;蒸出 使液体温度沿塔向下沿塔向下。吸收释放吸收释放Q Q在液体和气体的分配与在液体和气体的
7、分配与L LM MC CP P,L L和和G GM MC CP,VP,V有有很大关系很大关系。(1)若)若LMCP,LGMCP,V,Q传给传给L,塔顶尾气,塔顶尾气温度与进塔吸收剂温度相近,温度与进塔吸收剂温度相近,Q用于提高用于提高L的温的温度;在塔底,高温吸收液加热进塔气体,使部度;在塔底,高温吸收液加热进塔气体,使部分分Q返回塔内,气体返回塔内,气体T T分布分布出现出现极大值极大值。(2)若)若LMCP,LGMCP,V,且有明显的热效应,且有明显的热效应,则出塔尾气和吸收液的则出塔尾气和吸收液的温度温度分别分别大于大于其进口温其进口温度。度。(3)若)若LMCP,LGMCP,V,则,则
8、Q大部分被气体大部分被气体带走,吸收液出口温度接近于原料气进料温度。带走,吸收液出口温度接近于原料气进料温度。此外:此外:1.1.若若吸收剂挥发性明显吸收剂挥发性明显,在塔釜几块板上部分汽化,使,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:于是有一个相反作用:吸收放出热量吸收放出热量加热液体加热液体吸吸收剂汽化收剂汽化冷却液体冷却液体塔中部塔中部出现温度极大值出现温度极大值2.2.溶解热的影响溶解热的影响 溶解热大,温度变化大,对吸收率影响大溶解热大,温度变化大,对吸收率影响大 a a、温度升高,相平衡
9、常数大,吸收推动力小。、温度升高,相平衡常数大,吸收推动力小。b b、由于吸收过程要放热,使汽液温差大,除发生传、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。热过程外,还有传质过程发生。复杂性大复杂性大吸收和精馏的对比吸收和精馏的对比:操作类型操作类型吸收吸收精馏精馏任务任务分离气体混合物分离气体混合物分离液体混合物分离液体混合物分离依据分离依据溶解度不同溶解度不同相对挥发度不同相对挥发度不同传质过程传质过程单向单向glgl双向双向g gl l板上汽液状态板上汽液状态气相过热,液相过冷气相过热,液相过冷气、液相为饱和状态气、液相为饱和状态进料位置进料位置气相自塔底入,
10、液自气相自塔底入,液自塔顶入塔顶入原料液塔中部加入原料液塔中部加入产品产品塔顶得产品,吸收液塔顶得产品,吸收液需进一步分离需进一步分离可在塔顶塔底分别得到产可在塔顶塔底分别得到产品品 关键组分关键组分1个个2个个Na1个个5个个4.3.多组分吸收和蒸出的简捷计算法多组分吸收和蒸出的简捷计算法吸收过程工艺计算的基本概念吸收过程工艺计算的基本概念4.3.1.1吸收、解吸作用发生的条件吸收、解吸作用发生的条件吸收吸收解吸解吸吸收剂L0 x0尾气V1y1吸收液LNxN原料VN+1yN+1N14.3.1.2吸收过程的限度吸收过程的限度塔顶塔顶 塔底塔底 吸收过程的平衡级吸收过程的平衡级吸收过程的计算内容
11、吸收过程的计算内容若离开某级的气体混合物和吸收液达到平若离开某级的气体混合物和吸收液达到平衡,则此吸收塔级称为一个平衡级。衡,则此吸收塔级称为一个平衡级。已知:已知:关关键组键组分的分离要求分的分离要求求:求:详细计详细计算算还还求求吸收因子和蒸发因子吸收因子和蒸发因子4.3.2吸收因子法吸收因子法哈顿哈顿-富兰格林方程的推导富兰格林方程的推导(1)基本方程)基本方程 物料平衡物料平衡 Vnyi,nLn-1xi,n-1Vn+1yi,n+1Lnxi,nn相平衡相平衡 (2)推导过程(略)推导过程(略)哈顿哈顿-富兰克林方程富兰克林方程讨论:讨论:式的左端式的左端Horton-Franklin方程
12、关联了方程关联了吸收率吸收率、吸收因子吸收因子(液液气比,气比,K)和和N该式适用于该式适用于所有组分所有组分和所有和所有平衡级平衡级,但因,但因K=f(T、P、x,y)、)、A、液气比液气比和和组成组成几个因素相互联系,又相互牵几个因素相互联系,又相互牵制,须用试差法求解制,须用试差法求解。试差步骤:试差步骤:设:设:由由校核:校核:由热量衡算计算各级由热量衡算计算各级判断判断若不符,重新设值再行计算若不符,重新设值再行计算4.3.2.2平均吸收因子法平均吸收因子法克雷姆塞尔方程的导出克雷姆塞尔方程的导出假设:假设:全全塔塔温温度度变变化化不不大大(T T取取平平均均值值),K Ki i可可
13、视视为为常数常数;V V、L L沿塔变化不大,取全塔沿塔变化不大,取全塔平均平均值;值;溶液是溶液是理想理想溶液或接近理想溶液(稀溶液)溶液或接近理想溶液(稀溶液)将之代入哈顿将之代入哈顿-富兰克林方程式并整理得:富兰克林方程式并整理得:AAA=j jj j111有:有:由式(由式(4-264-26)作图)作图-A-N-A-N关系关系(图(图4-124-12)吸收因子(吸收因子(解吸解吸因子)图因子)图图4-8克雷姆塞尔方程讨论克雷姆塞尔方程讨论应用此法计算应用此法计算时,注意推导公式中引进的时,注意推导公式中引进的三点三点假设假设,当与假设距离太大时,误差大。最好用,当与假设距离太大时,误差
14、大。最好用逐级计算逐级计算法进行设计计算;法进行设计计算;若吸收剂中不含进料组分若吸收剂中不含进料组分新鲜吸收液,新鲜吸收液,求解思路求解思路N一定,一定,Ai 。1 1),前前提提是是吸吸收收剂剂的的价价格格,经经济济性性,一般一般;2 2),但但应应考考虑设备问题和操作费用;虑设备问题和操作费用;A一般1.01.5考虑冷冻效率问题。3)N可变,Ai基本不变,N 。1)2)N ,但N10,对 影响减小。(3 3)吸收因子法在计算中的应用)吸收因子法在计算中的应用已知条件已知条件计算任务计算任务步骤及概念步骤及概念1)关键组分的吸收率 、K关的确定 可由分离要求直接得到或经简单计算求得;K关由
15、给定操作温度压力通过查图或计算得到2)由最小液气比 确定实际液气比为无穷多塔板下,达到规定分离要求时,1kmol进料气体所需吸收剂的kmol数(液气比)。即最小液气比时,当 ,N趋于无穷大时 所以 3 3)理论板数)理论板数N的确定的确定4 4)其它组分吸收率)其它组分吸收率 的计算的计算5)尾气中的尾气中的i各组分的量及吸收量各组分的量及吸收量7 7)吸收剂)吸收剂L0的确定的确定6 6)平均液气比)平均液气比LV(LV),LNL0+(VFV1)()NLLL+=021又有()()01010002212LLLVVLLVVLLLLLNFFN-=-=-+=+=所以()()01010002212LL
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