1、4.1 吸收过程特点与流程吸收过程特点与流程4.2 多组分吸收和解吸过程分析多组分吸收和解吸过程分析 4.3 多组分吸收和解吸的简捷计多组分吸收和解吸的简捷计 算法算法返回 4.1吸收过程特点与流程吸收过程特点与流程一、一、工业生产中的吸收过程工业生产中的吸收过程 u 净化和精制气体净化和精制气体u 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、气的脱硫
2、、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、脱脱CO，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。u 分离气体混合物分离气体混合物u 制备溶液或中间产品制备溶液或中间产品u分离气体混合物分离气体混合物 用以得到目的产物或回收其中一些组分，用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将如石油裂解气的油吸收，将C以上的组分以上的组分与甲烷、氢分开；用与甲烷、氢分开；用N甲基吡咯烷酮作甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生
3、产中用吸以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。收法分离反应气体中的环氧乙烷等。u制备溶液或中间产品制备溶液或中间产品 将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等收丙烯腈作为中间产物等 u废气治理废气治理 很多工业废气中含很多工业废气中含SOX、NOX（主要是（主要是SO2及及NO），汞蒸汽等有害成分，
4、虽然浓），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。方法。2SO二、吸收过程特点二、吸收过程特点u吸收目的产物的同时也吸收了其他组分吸收目的产物的同时也吸收了其他组分 多组分吸收多组分吸收u 端点条件：端点条件：待吸收待吸收气体气体吸收液吸收液未吸收未吸收气体气体吸收吸收 剂剂吸收塔的特点：吸收塔的特点：u复杂塔复杂塔uT
5、、X顶、釜预分配难顶、釜预分配难u吸收剂组成与解吸有关吸收剂组成与解吸有关u物系物系 平衡态：平衡态：汽相汽相:组分沸点差大，有些组分接近于临界点组分沸点差大，有些组分接近于临界点 非理想气体非理想气体 液相液相:吸收剂量大吸收剂量大 稀溶液稀溶液 平衡关系表达式：平衡关系表达式：PHKxHPyxHPPyPxKyHxHPatmPKxKyatmPiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii 有有亨亨利利常常数数时时：表表示示用用时时：33u流量流量 L从上向下从上向下；V从下向上从下向上 不恒定不恒定u每板温度每板温度Tn 由于溶解热大，由于溶解热大，Tn与溶解吸收量有关，与溶解吸收量有关，难预测
6、，不能用泡、露点方法计算难预测，不能用泡、露点方法计算Tn，要，要用热量衡算求用热量衡算求Tn。u平衡数据、溶解热数据、动力学数据等研平衡数据、溶解热数据、动力学数据等研究的不充分。究的不充分。u逆过程为解吸。逆过程为解吸。三、分类三、分类u物理吸收物理吸收 无化学反应。无化学反应。进行了大量研究进行了大量研究u化学吸收化学吸收 1.可逆反应的化学吸收过程可逆反应的化学吸收过程 难点；汽液平衡，化学反应速率难点；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、不是瞬时完成的难点：连串反应、不是瞬时完成的 反应。反应。多组分吸收不同塔段的吸收情况：（
7、1）难溶组分（即轻组分）通常只在靠近塔顶的几级被吸收而在其余级上变化很小；（2）易溶组分（即重组分）主要在塔底附近若干级上被吸收；（3）关键组分在全塔范围内被吸收。注意上面轻重组分与精馏中定义的差异。本章目录用一般精馏塔解吸的流程吸收液补 加 吸收剂 吸收塔 再沸蒸出塔尾气原 料气体吸收质本章目录四、流程（区别在于解吸）四、流程（区别在于解吸）吸收液补 加 吸收剂 吸收塔 再沸蒸出塔尾气原 料气体蒸出气用再沸器的蒸出塔的吸收流程本章目录用蒸汽或惰性气体的解吸塔用蒸汽或惰性气体的解吸塔吸收蒸出塔：吸收蒸出塔：适用于关键组分为重组分（适用于关键组分为重组分（易溶组分）的场合。的场合。u当吸收尾气中
8、某些组分在吸收剂中有一定当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供
9、的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。经冷却后再送入吸收塔循环使用。多组分吸收和解吸过程分析多组分吸收和解吸过程分析一、设计变量数和关键组分一、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+NuNa：串级单元数串级单元数 1 解吸塔解吸塔uNx：解吸剂解吸剂 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+NuNa：串
10、级单元数串级单元数 1Na的指定：的指定：操作型计算：操作型计算：指定指定 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u1）原理不同。原理不同。吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。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。精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。u2）塔式不同。塔式不同。精馏有简单塔和复杂塔。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，即两股进最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料料，两股出料 u3）传质形式不同）传质形式不同 精馏过程：精馏过程：双相传质过程双相传质过程 吸收过程
11、：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吸收和精馏的对比：本章目录操作类型操作类型 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 气相塔底进入气相塔底进入 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
12、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 Na 1个个 5个个三、吸收塔内组分分布三、吸收塔内组分分布 图图44 c、d分布曲线：分布曲线：从物系从物系挥发度挥发度看看 C1、C2最大，最大，进塔几乎不被吸收，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。塔顶稍有变化。C5、C4最小，最小，进塔立即吸收，上部进塔立即吸收，上部几乎不变。几乎不变。C3适中适中，上段吸收快，在塔某板出上段吸收快，在塔某板出现最大值。现最大值。一般情况：一般情况：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同 2.难溶组分（难溶组分（LNK），一般只在靠近），一般只在靠近塔顶几级被吸收，其他
13、级吸收较小；塔顶几级被吸收，其他级吸收较小；易溶组分（易溶组分（HNK），一般只在靠近），一般只在靠近塔釜几级被吸收。塔釜几级被吸收。3.关键组分在全塔范围内被吸收。关键组分在全塔范围内被吸收。四、溶解热溶解热 取决于取决于 与与 的相对大小的相对大小1.如果在塔顶如果在塔顶 明显大于明显大于 上升气体热量传给吸收剂，吸收放出热量全部由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。度分布出现极大值。2.明显大于明显大于 下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部分下降液体热量传给上升
14、气体，吸收放出热量大部分由由 带走，吸收液在下降中被气体冷却，接近于原料带走，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。气入口温度条件下出塔。3.与与 相近，热效应明显相近，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。不同位置因吸收而放热情况。MLMGVpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,另：另：1.若吸收剂挥发性明显，在塔釜几块板上部分汽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化，使该汽化的吸收剂
15、与进料气中吸收剂的含量趋于平衡。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收剂汽化吸收剂汽化冷却液体冷却液体 塔中部出现塔中部出现温度极大值温度极大值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、温度升高，相平衡常数大，吸收推动力小。、温度升高，相平衡常数大，吸收推动力小。b、由于吸收过程要放热，使汽液温差大，除发、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。生传热过程外，还有传质过程发生。复杂性大返回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
16、 一、吸收因子法一、吸收因子法 1.吸收因子和解吸因子吸收因子和解吸因子 吸收过程定义：吸收过程定义：A=L/KV i组分的组分的吸收因子吸收因子或因素（省或因素（省i）a、无因次数群；、无因次数群；b、L/V，K A，有利于吸收；，有利于吸收；c、分离要求一定：、分离要求一定：A，N N一定：一定：A，吸收程度，吸收程度 A的大小说明的大小说明 吸收难易。吸收难易。解吸过程定义：解吸过程定义：S=KV/L=1/A i组分的组分的解吸因子解吸因子或因素或因素用用A、S表示平衡关系：表示平衡关系：SlvAvlLlKVvxKyiii平衡时：平衡时：2.HortonFrankli 方程方程 （哈顿（
17、哈顿富兰克林）富兰克林）12n1 nn+1N-1 N尾气尾气V 1吸收剂吸收剂L0原料气原料气VN+1吸收液吸收液LNn 板物料衡算：板物料衡算：nnnnvvll111111nnnnnAvAvvAvl 用上式表示各组分在各板汽相量；用上式表示各组分在各板汽相量；11110210021 AlvAvAvvn时：时：当当1122101312 AAAlAvAv）（整理得：整理得：11111212101213121021321132 AAAAlAvAvAAAlvAvAvAvv）（时：时：当当2 n132210121111132121NANAAANAAAlNAAANNANAAANAAANvv）（依次类推；
18、依次类推；n=N时时NNNNNNNNNAlvvvvAlvvllvi011110）（）：去在全塔物料衡算（为消(4-22)）（整理得到：111322143321032213221111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAAAAAvvv方程方程FranklinHorton 讨论上式：讨论上式：1.计算吸收率的普遍式；计算吸收率的普遍式；2.式中式中K=f（T、P、组成），而组成不知。、组成），而组成不知。计算难计算难3.采用如下简化形式作简捷计算。采用如下简化形式作简捷计算。1.1.平均吸收因子法平均吸收因子法代入假设：，均iiiiAAAA321)1)
19、(1(1110 NNNAAAAvl）（1112110121111 AAAAAAAAvlAAAAAAAvvvNNNNNNNNNNN1110111NNNNAAAvvvv相对吸收率相对吸收率最大吸收量最大吸收量被吸收量被吸收量 01110111vvvvvvvvNNNN(4-24)111111111 AAAAAAAANNN 时：时：当当AAA 111有：有：解（解（424）式）式NAAN用来求)254(1lg1lg吸收率有11101110000NNNNiivvvvvvvvl 若吸收剂中不含进料组分若吸收剂中不含进料组分例例4-4计算：计算：0,1,1minmin.4,.3)(1.1.2)(.1LyvN
20、VLVLVLiii 时时 解：查解：查P=1.013MPa，t=38时时Ki504.09.056.0)(9.01,.1min KKKKKAKVLAN 进料：进料：C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5n-C6已知：已知：yN+1不挥发的烃类不挥发的烃类381.013MPa9.0 K 99.056.05544.05544.0)(1.1.2min KKVKLAVLVL48.91lg1lg AAN 3.求塔板数N:其它组分吸收率的确定其它组分吸收率的确定iiVKLA 111NiiNiiAAA）（尾气量：尾气量：被吸收量：被吸收量：iNiNvv 11105.400 L解得解得5544.0 VL已
21、知：已知：905.9281.1910.90219.80100200011 LLLLVVVN）（0.4L求求3、计算步骤总结 已知：求：求：iNNixLLyVN,0,11,确定关键组分的吸收率确定关键组分的吸收率 由由 关关求求 N1）由）由 关确定确定 minVLN关关关KVLA1minmin关关KVLmin关,011xTPyVNN 2）min)22.1(VLVL关关VKLA3）由）由 关关，A查图或用公式计算查图或用公式计算N 1lg1lgAAN其它组分吸收率的确定其它组分吸收率的确定iiiVKLKKAA关关111NiiNiiAAA平均吸收因子法适用条件：平均吸收因子法适用条件：u 1）溶液
22、为理想溶液）溶液为理想溶液u2）全塔温度变化不大）全塔温度变化不大u3）气相和液相流率变化不大。）气相和液相流率变化不大。2.平均有效因子法平均有效因子法）（）：（111803322143321032213221111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAAAAAvvvEdmister提出：利用利用 与与 代替每板吸收因子，且保持代替每板吸收因子，且保持 不变，结果颇满意。不变，结果颇满意。eA111 NNvvveA）（）（274111111121NeeNeeeNeNeeNeNeAAAAAAAAAA1132214332 NNNNNNAAAAAAAAA
23、AAAAA）（264111111NeeNeeNeNeeNeNeAAAAAAAAA132213221 NNNNNNAAAAAAAAAAAAAA）（）（）（）（284111111110111011111NeNeNeNeNeNNeNeNNAeAAvAlAeAAeAvlAeAAvvv1111111 NNNNNNNeeAAAAAAAAAAAA：）（）（）（2945.0125.01241111AAAAAANNNe）（）（304111NNeAAAAEdmister指出：指出：吸收主要发生在吸收主要发生在1、N二块二块板上，板上，可将可将N板吸收作为板吸收作为2板吸收计算。板吸收计算。)1)(1(284111
24、0111NeNeNeNNAeAAvAlvvv）：对于（NNNNiiNNKVLAKVLAKKttAA）（）（求由的求取：，式中，111,111,）（）（有：组分：若吸收剂中不含被吸收31410111110NeNeNNAeAAvvvl平均有效因子法计算步骤：平均有效因子法计算步骤：A、用平均吸收因子法、用平均吸收因子法估计估计B、假设尾气温度假设尾气温度(T1)全塔热量衡算确定吸收液温度全塔热量衡算确定吸收液温度(TN)C、估计、估计 、，Edmister建议用下式预测建议用下式预测D、计算、计算E、用、用(386),(387)计算有效吸收因子计算有效吸收因子F、确定吸收率、确定吸收率G、作组分物
25、料衡算，计算尾气和出口吸收液组成、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、校核全部假设Niilv,1,QHVhLHVhLVNLNNVNL1,1,1,10,0ieieAA,NiiAA,1,NiV,1,iL111101111;)(VVVVTTTTVVVVNnNNnNNNnn Niixy,1,二、解吸因子法二、解吸因子法NN-1n+1 nn-121解吸气解吸气V N吸收液吸收液LN+1解吸剂解吸剂V1吸收剂吸收剂L1特点；特点；与吸收相反，塔板自最底开始计与吸收相反，塔板自最底开始计u模型塔：模型塔：图图(4-9)SN-第N块板上解吸因子，SN=KNVN/LN 1)1(5.025.0)1()1)(1(111110111NNeNeNeeNeNeNNSSSSSSSSSSlSvlll)354(1110111840110111)1)(1(1NNNNNNNNNSSSlSvlllCSSSllll）作解吸因子图（
