多组分精馏和特殊精馏(PPT)ppt课件.ppt

1、多组分精馏：多组分精馏：1.组分数组分数C2 2.求解数目较多方程求解数目较多方程 变量分析变量分析 3.塔内分布复杂塔内分布复杂过程分析过程分析 4.计算计算u简捷法：简捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法法 共沸精馏图解法共沸精馏图解法 萃取精馏简化法萃取精馏简化法 吸收因子法吸收因子法 逆流萃取集团法逆流萃取集团法u逐板法：严格计算（非本章内容）逐板法：严格计算（非本章内容）返回3.1.1 3.1.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析 一、关键组分一、关键组分 1.关键组分的引出关键组分的引出一般精馏：一般精馏：对于设计型计算，对于设计型计算，5个可调设计变量为

2、：个可调设计变量为：在塔釜回收率在塔釜回收率在塔顶回收率在塔顶回收率这里：这里：）（）；）；（；回流温度；进料位置；回流温度；进料位置；jFxWxiFxDxxxRFjWjWjFiDiDiWjWjDiDi 5 uaN关健组分关健组分u 对于二元精馏，规定了塔顶一组分和塔低一组对于二元精馏，规定了塔顶一组分和塔低一组分的浓度，分的浓度，D，W，xF，xW 也就都确定了。但对也就都确定了。但对于多组分精馏，只能指定两种组分，其它组分不于多组分精馏，只能指定两种组分，其它组分不能指定。能指定。u 实际上由设计者指定浓度和提出要求的那两个实际上由设计者指定浓度和提出要求的那两个组分，实际上也就决定了其它

3、组分的浓度。组分，实际上也就决定了其它组分的浓度。u这两个组分称为关键组分：轻关键组分和重关这两个组分称为关键组分：轻关键组分和重关键组分。键组分。（1）关键组分的概念 关键组分的选则是根据塔顶和塔底产品工艺要求的组成来选择的，通常选择挥发度相邻的两个组分。例如，石油裂解气的组成如下。深冷分离工艺要求塔顶回收乙烷97%，塔底回收丙烯99%。组分挥发度的大小为：甲烷乙烯乙烷丙烯丙烷。因此，选择轻关键组分为乙烷，重关键组分为丙烯，这样就能保证轻组分基本都在塔顶，重组分基本都在塔底。组分组分甲烷甲烷乙烯乙烯乙烷乙烷丙烯丙烯丙烷丙烷C4以上以上mol%1.061.17.324.20.85.6 i、j为

4、在精馏中起关键作用为在精馏中起关键作用的组分，称的组分，称关键组分。关键组分。i：挥发度大的组分，称：挥发度大的组分，称轻关轻关 键组分键组分，表示：，表示：LK，下标：，下标：l j：挥发度小的组分，称：挥发度小的组分，称重关重关 键组分键组分，表示：，表示：HK，下标：，下标：h精馏塔的任务：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。为为中中间间关关键键组组分分为为重重组组分分，表表示示：为为轻轻组组分分，表表示示：若若：ihhhihlHNKihhhiLNKihlhi:对于精馏中的对于精馏中的非关键组分非关键组分：设 为非关键组分i对HK的相对挥相对挥发度。发度。

5、ih 二、相平衡常数和分离因子二、相平衡常数和分离因子 定义：定义：iiixyK 精馏、吸收：称汽液相平衡常数液液萃取：液液相平衡常数（或分配系数）ijjjiijixyxyKK （或或分分离离因因子子）的的相相对对挥挥发发度度对对ji2.关键组分的特点关键组分的特点LK和和HK形成分离界线，且形成分离界线，且 越小，越小，分离越难。分离越难。精馏中：精馏中：LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；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。绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。只有无只有无LNK，且，且 较大，塔顶可采出纯较大，塔顶可采出纯LK；只有无只有

6、无HNK，且，且 较大，塔釜可采出纯较大，塔釜可采出纯HK。重重轻轻；WhWDlD hl hl hl 3.关键组分的指定方法关键组分的指定方法 指定回收率指定回收率 指定控制量指定控制量hWlD ；lWhWhDlDxxxx或或；或或注意：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！4.关键组分的指定原则关键组分的指定原则 由工艺要求决定由工艺要求决定例：例：ABCD（按挥发度依次减少排列）（按挥发度依次减少排列）混合物混合物分离分离 工艺要求按工艺要求按AB与与CD分开：分开：则：则：B为为LK；C为为HK工艺要求先分出工艺要求先分出A：则：则：A为为LK；B为为HK返回二、设计

7、计算多组分精馏过程的复杂性二、设计计算多组分精馏过程的复杂性1.确定后，顶、釜浓度未确定确定后，顶、釜浓度未确定 物料衡算确定顶釜浓度物料衡算确定顶釜浓度 jWDxix,二种方法：二种方法：清晰分割法清晰分割法 假设假设LNK全部从塔顶采出；全部从塔顶采出；假设假设HNK全部从塔釜采出。全部从塔釜采出。非清晰分割法非清晰分割法 各组分在顶、釜都有可能存在。各组分在顶、釜都有可能存在。3.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比1.时，恒浓区出现的情况时，恒浓区出现的情况塔中出现恒浓区塔中出现恒浓区时，时，NRRmeeeDmxyyxR mR恒浓区恒浓区精馏塔中全部浓度不变的区域精馏塔中全部浓度不

8、变的区域eDxWxxy恒浓区恒浓区二元精馏：二元精馏：恒浓区：恒浓区：一个，出现在一个，出现在 进料板进料板多元精馏：多元精馏：定义：定义：顶釜同时出现的组分顶釜同时出现的组分分配组分分配组分 只在顶或釜出现的组分只在顶或釜出现的组分非分配组分非分配组分一般：一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；和中间关键组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。配组分。多元精馏特点：多元精馏特点：各组分相互影响，存在上、下恒浓区各组分相互影响，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

9、料板处恒浓区位置不一定在进料板处只有只有HNK为为非分配组分非分配组分只有只有LNK为为非分配组分非分配组分所有组分所有组分为分配组为分配组分分LNK和和HNK都为非分配都为非分配组分组分上恒浓区上恒浓区下恒浓区下恒浓区2.的计算的计算mR采用恩特伍德法（采用恩特伍德法（Underwood）计算：）计算：该法假设：该法假设：1、塔内汽相和液相均为恒摩尔流率、塔内汽相和液相均为恒摩尔流率 2、各组分的相对挥发度均为常数、各组分的相对挥发度均为常数依据：依据：恒浓区概念恒浓区概念关联式：关联式：相平衡、物料平衡相平衡、物料平衡)13(1)13(1)(,bqxaRxriFirimrimDiri Un

10、derwood公式：公式：式中：式中：i 对基准组分对基准组分 r 的相对挥发度的相对挥发度 取基准：取基准：最难挥发的组分（最重的组分）最难挥发的组分（最重的组分）HKri mDix)(,最小回流比操作下，最小回流比操作下，i 的摩尔分数，的摩尔分数，q进料的液相分率 方程式的根，为多根方程，取方程式的根，为多根方程，取 rhrl xi,F 进料混合物中进料混合物中i的摩尔分数的摩尔分数mbrhrlmRaR式式代入代入将将试差确定试差确定中设中设在在解法：解法：式式 .2,.1，最后取平均值。，最后取平均值。几个几个，解出，解出之间试差出几个之间试差出几个挥发度不相邻，可在挥发度不相邻，可在

11、、注意：若注意：若mrhrlRHKLK ,编号编号组分组分xi,Fxi,D1CH47.3560.050.12982C2H6(LK)2.0910.350.82853C3H6(HK)1.0000.150.02504C3H80.9010.200.01675i-C4H100.5070.106n-C4H100.4080.15i 例3-1 试计算下述条件下精馏塔的最小回流比。进料状态为饱和液相q=1.0。本计算所用到的数据列表如下（组成：摩尔分数）306.1 325.1901.00167.0901.01.325-1.0000.0251.000 325.1091.28285.0091.2325.1356.7

12、1298.0356.71 1a-3 325.1408.015.0408.0507.010.0507.0901.020.0901.0 000.115.0000.1091.235.0091.2356.705.0356.70 1b-3 ,mmiDiiiFiiRRxx故故）代入式（代入式（，用试差法求出：用试差法求出：）得）得由式（由式（解：解：返回3.1.3 3.1.3 最少理论板数和组分分配最少理论板数和组分分配mNNR 时，时，全回流操作全回流操作 1、最少理论板数最少理论板数特点：特点：F=D=W=0 L=V；L/V=1 操作线方程：操作线方程：板效率板效率 最高最高ininxy,1 意义：操

13、作前的准备工作 测出 mN采用采用Fenske方程方程求最少理论板数，推导如下：求最少理论板数，推导如下：）（）（）（）（，板序由上向下，板序由上向下分别表示二个不同组分分别表示二个不同组分、设设BABABBAAABxxyyxyxyBA ）（）（）（21 nBAnBAyyxx全回流）全回流）又又(,1,1BnBnAnAnxyxy )1(nBAnABnBAxxyy）（）（）块板：块板：对于第对于第n用（1）、（2）式推导Fenske方程：设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：DBABAABBAxxxxyyn）（）（）（）：（）：（由（由（开始：开始：从从 11111

14、 321）（）（）（）（BAABABDBAyyxx 3222）（）（）代入：（）代入：（又将（又将（BAABBAyyyy 2221）（）（）：（）：（又由（又由（BAABBAxxyy 212）（）（）代入：（）代入：（将（将（BAABDBAyyxx 以次类推：以次类推：WBANABNABABABDBAxxxx）（）（）（）（）（）（121 L方程方程）（）（）（，省去“均”：，省去“均”：表示表示由于全回流，用由于全回流，用FenskexxxxNNNABWBADBAmm83lglg WBANABDBANNABNABABABABxxxx）（）（）有：（有：（代入式中代入式中）（）（）（）（）取（

15、取（均均均均 121L）（）（）（用摩尔浓度表示：用摩尔浓度表示：83lglgABWBADBAmxxxxN Fenske方程的各种形式：）（）（）（不用对数表示：不用对数表示：123BmABAwdNwd ）（）（）（量表示：量表示：用摩尔量、体积量、重用摩尔量、体积量、重113lglgABBAmwdwdN Fenske方程说明：为为其其液液相相产产品品浓浓度度比比）全全凝凝器器，DBAxx(.1.(.5 mWABDBANxxxx，）、），式式中中（若若分分离离要要求求34.ABABABABABABABAB 均均釜釜顶顶釜釜进进顶顶（）的的一一般般计计算算（）（）或或；（）（）（）HKBLKAB

16、ABA为为为为多元：多元：；为挥发性小的组分为挥发性小的组分为挥发性大的组分为挥发性大的组分二元：二元：元元导出，可用于二元和多导出，可用于二元和多、公式由公式由.3二级。二级。数，包括塔釜、分凝器数，包括塔釜、分凝器求出的求出的mN.2返回2.非关键组分分配非关键组分分配iiihmhiiwdfiwdNwd )()(组组分分物物料料衡衡算算：）（WiDiiiwdfihmrixxWDwdwdwdNiii,123，解解出出）（）由由（）、（、已已知知应应用用：di和和wi的公式的公式(3-12)例例3-2 设计一个脱乙烷塔。从含有设计一个脱乙烷塔。从含有6个轻烃的混合物中回收个轻烃的混合物中回收乙

17、烷，进料组成、各组分的相对挥发度乙烷，进料组成、各组分的相对挥发度 和对产物的分离要和对产物的分离要求见设计条件表。试求所需最少理论塔板数及在全回流条件求见设计条件表。试求所需最少理论塔板数及在全回流条件下馏出液和釜液的组成。下馏出液和釜液的组成。0.40815.0n-C4H1060.50710.0i-C4H1050.90120.0C3H841.00015.0C3H632.09135.0C2H627.3565.0CH41摩尔分数摩尔分数/%进料组分进料组分组分组分分离要求：馏出液中C3H6含量2.5；釜液中C2H6含量5.0脱乙烷塔设计条件解：，清晰分割法物料衡算取100摩尔进料为基准。HK

18、CLKC为为；为为选选32WD10015015610010520020415-0.025D0.025D153（HK）0.05W35-0.05W352（LK）0551釜液釜液wi馏出液馏出液di进料进料fi组分组分 已知：已知：1.2.分离要求分离要求05.0025.0,WlDhxx均均;,Fix列方程；列方程；16.6284.37100025.0)05.035(5WDWDDDW解出：解出：将将D、W代入表中，完成物料衡算表（略）代入表中，完成物料衡算表（略）2.求最少理论板数求最少理论板数79.6091.2lg05.1495.011.389.31lglglg hlhlmwdwdN）（）（3.核

19、实清晰分割的合理性核实清晰分割的合理性有：有：代入上式代入上式）（）将（将（）（核实式：核实式：，看是否，看是否，核实，核实对于对于hmhiiiiiiiiiiWiiwdNwdwdfwwdwfwdfxwLNK 11)()(;0,569.6 1001.5 10Wwx对对于于甲甲烷烷，；清清晰晰分分割割假假设设对对甲甲烷烷成成立立核算式核算式）（hmhiiiwdNfw 1有有：代代入入上上式式）（）（）（将将）（）（核核实实式式：，看看是是否否，核核实实对对于于 hmhiiihmhiiiiiiiDiiwdNfwwdNwdfwfwddxdHNK 110,核算式核算式）（）（hmhiihmhiiwdNf

20、wdNd 1344340.64480.017:0DDHNKCiCnCCdxCx 对对：，进进行行核核算算：，不成立，须调整不成立，须调整清晰分割假设对清晰分割假设对3C5.调整调整 以前面结果为初值，进行试差以前面结果为初值，进行试差0.644814d 设设，其其它它不不变变，重重复复步步计计算算，至至前前后后二二次次结结果果相相近近为为止止。结果：结果：第二次第二次 与第一次相近与第一次相近635.0C3 d例例3-3 苯（苯（B）-甲苯（甲苯（T）-二甲苯（二甲苯（X）-异丙苯异丙苯（C）的混合物送入精馏塔分离，进料组成（摩尔）的混合物送入精馏塔分离，进料组成（摩尔分数）为：分数）为：zB

21、=0.2，zT=0.3，zX=0.1，zC=0.4。相对。相对挥发度数据：挥发度数据：B=2.25，T=1.00，X=0.33，C=0.21。分离要求：馏出液中异丙苯不大于。分离要求：馏出液中异丙苯不大于0.15%；釜；釜液中甲苯不大于液中甲苯不大于0.3%（摩尔）。计算最少理论板和（摩尔）。计算最少理论板和全回流下的物料分配。全回流下的物料分配。已知：已知：1、2、分离要求、分离要求003.0;0015.0,WTDcxxTiFix;,解：解：选甲苯为选甲苯为LK，异丙苯为，异丙苯为HK，二甲苯为中间，二甲苯为中间关键组分。物料分配时要对关键组分。物料分配时要对二甲苯试差二甲苯试差1、设、设

22、（依据相对挥发（依据相对挥发度估计）度估计）其他组分按清晰分割法处理，初算结果其他组分按清晰分割法处理，初算结果如下表。如下表。9,1 xxxxdfwd（以（以100摩尔进料为计算基准）摩尔进料为计算基准）49.07150.92910040-0.0015D0.0015D40C（HK）9110X0.003W30-0.003W30T（LK）02020Bwdf组分组分 物料衡算表如下：解得 D=50.929，W=49.071则 dT=29.853，wT=0.147 dC=0.0764，wC=39.924 CTTTTCTTCTTCTCCTmKKKKKKwdwdN 式中：式中：）（）（42.7lglg4

23、9.07150.92910039.9240.074640C（HK）9110X0.14729.85330T（LK）02020Bwdf组分组分 2.由初算结果核算由初算结果核算1近似为近似为0 0wwdxx；及是否；及是否，核算中间组分：核算中间组分：计算计算与初值相差大，需再次与初值相差大，需再次）（）（）（）（481.9519.01 xxxCmNcxxCmNcxxdfwwdfwdd 核算核算LNH组分组分B：清晰分割法假设成立清晰分割法假设成立）（）（0104.214 CmNcBBBwdfw 42.7lglg TCCTmwdwdN）（）（49.55450.44610039.9240.07574

24、0C（HK）9.4810.51910X0.14829.85230T（LK）02020Bwdf组分组分 3.将将 代入，再次代入，再次 清晰分割法计算清晰分割法计算481.9519.0 xxwd，4.再次核算再次核算wdxx，核算中间组分：核算中间组分：485.9515.01 xxxCmNcxxCmNcxxdfwwdfwdd）（）（）（）（5.重复重复3的计算，完善物料衡算表。的计算，完善物料衡算表。返回3.1.4 3.1.4 实际回流比、理论板数、进料位置实际回流比、理论板数、进料位置一、实际回流比一、实际回流比R 由操作费、设备费确定由操作费、设备费确定 由经验取：由经验取：R=（1.11.

25、5）Rm 根据经验，一般取根据经验，一般取1.30二、理论板数理论板数1.Gilliand图和拟合形式图和拟合形式NNRRNNRRRNNNmmmmm 、由由包括釜）包括釜），（11图图3-1图3-1 吉利兰图用用Gilliand图简便、但不准确，回归的经验式为：图简便、但不准确，回归的经验式为：）（或：或：）（）（）（）（；设设17375.075.01632.1171114.541exp1115668.0 XYxXXXYNNNYRRRXmm已知已知X，由（，由（316）或（）或（317）解出）解出Y。2.Erbar and Maddox关联图：关联图：比比Gilliand图精确，误差图精确，误

26、差4.4%NNRRRRmmm11 图图313三、适宜进料位置的确定三、适宜进料位置的确定 Brown和和Martin建议：适宜进料位置的确定原建议：适宜进料位置的确定原则是：在操作回流比下精馏段与提留段理论板数之则是：在操作回流比下精馏段与提留段理论板数之比，等于在全回流条件下用芬斯克公式分别计算得比，等于在全回流条件下用芬斯克公式分别计算得到的精馏段与提留段理论板数之比。到的精馏段与提留段理论板数之比。mnNDWxxxxmnKirkbrideDhWlFlh)183()206.02,（）（宜宜进进料料位位置置的的经经验验式式：提提出出了了一一个个近近似似确确定定适适n为精馏段理论塔板数，m为提

27、留段理论板数例例3-4 试计算例试计算例3-2的塔板数和进料位置。的塔板数和进料位置。操作条件：操作条件：冷凝器压力冷凝器压力 2.736MPa(绝压绝压)进料状态进料状态 泡点液泡点液体体塔顶板压力塔顶板压力 2.736MPa(绝压绝压)回流状态回流状态 泡点液泡点液体体每板压力降每板压力降 0.693KPa 平均板效率平均板效率 75%已知：由例已知：由例3-1 求出求出Rm=1.306 由例由例3-2求出求出Nm=6.805解：解：1、求、求R R=1.25Rm=1.634（块块），塔塔中中实实际际塔塔板板数数：设设再再沸沸器器效效率率（包包括括釜釜）查查图图：关关联联图图采采用用、求求

28、1875.05.131%1005.1447.0566.0162.01Maddox andErbar 2 NNNNRRRRNmmm3、确定进料位置、确定进料位置7.747.06.347.06.3lglg nnnNNNNdffdnmmmhlhlm故：故：已知：已知：）（）（采用：采用：块块或或从从上上向向下下数数第第块块（不不包包括括再再沸沸器器）；第第进进料料位位置置为为从从下下向向上上数数块块精精馏馏段段实实际际板板：1181075.07.77.7 塔中实际板为18块讨论：讨论：简捷计算法步骤有那些？简捷计算法步骤有那些？简捷计算法步骤：简捷计算法步骤：1.由工艺要求选LK，HK，物料分配得出

29、WiDixxWD,、进进料料位位置置、确确定定芬芬斯斯克克方方程程求求恩恩特特伍伍德德法法求求NRNRmm.4.3.2返回 在在 和和 的溶液中加入一个新组的溶液中加入一个新组分分S S，使它对原溶液中各组分产生不同作用，从，使它对原溶液中各组分产生不同作用，从而而改变原溶液组分之间相对挥发度改变原溶液组分之间相对挥发度，使系统变的，使系统变的易于分离。易于分离。即：特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的即：特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的精馏。精馏。112 112 原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。共沸精馏共沸精馏，S为共沸剂为共沸剂 原溶液加

30、新组分后不形成共沸物且原溶液加新组分后不形成共沸物且S沸点最沸点最高，从塔釜采出高，从塔釜采出 萃取精馏，萃取精馏，S为萃取剂或溶剂为萃取剂或溶剂第二节第二节 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 3.3.1 萃取精馏萃取精馏 3.3.2 共沸精馏共沸精馏返回3.3.1 3.3.1 萃取精馏萃取精馏 一、流程一、流程特点：特点：1.二塔串联二塔串联;2.S为难挥发组分，为难挥发组分，降低组分降低组分B的挥发的挥发 度，一般在近于塔度，一般在近于塔 顶加入顶加入.1-萃取精馏塔；2-溶剂回收塔ABSA，B12二、萃取精馏原理和溶剂选择二、萃取精馏原理和溶剂选择1.溶剂的作用溶剂的作用才会增加。才

31、会增加。增加，增加，只有只有可改变。可改变。组分一定、温度一定不组分一定、温度一定不：）（溶液：溶液：对于理想气体、非理想对于理想气体、非理想122121212112203)(sssspppp 问题：问题：如何增加？12 由三元物系由三元物系Margules方程：方程：)213()()()(2)(2()()ln(1222111212112122122121 xxCAAxAAxAAxAAxxxxxASSSSSSSSS 度度的的脱脱溶溶剂剂浓浓度度或或相相对对浓浓组组分分式式中中：）1()21)(1()ln(21112112121xxxxAAxxxASSSSS )(212 01 i jjijiAA

32、AC 、将其假设为对称物系：将其假设为对称物系：将上式代入（将上式代入（320）：）：三组分物系泡点温度三组分物系泡点温度）（）（32111232112233()21)(1()ln(lnTAAxxxAPPSSSSTSSS 二组分物系泡点温度二组分物系泡点温度）（：若若212122112112021253)21()ln(ln)21()ln(0TxAPPxAxxTSSsS 恢复的的选选择择性性。为为溶溶剂剂）（定定义义：）（）（）（）：（）（SxAAAxSSSSS121211221121226321ln253233 变变化化不不大大，有有：随随由由于于TPPSS21321221)ln()ln(TS

33、STSSPPPP 分析（分析（326）：）：02111122112121212）（大大有有：）（）；（）希希望望（xAAAxSSSSS 讨论：讨论：9.07.0.11212 SSSSSxxSxSx不能过大，一般不能过大，一般回收费用高，回收费用高，大，但大，但）（大，大，量大，量大，0)(01)21(1021.2122112122112111221 AAAAAAAAxxAAASSSSSS为为负负，须须原原溶溶液液为为负负偏偏差差，为为正正，须须原原溶溶液液为为正正偏偏差差，式式中中：）（选择性好选择性好）（，只要满足只要满足27301221 AAASS(3-27）成立的必要条件：）成立的必要条

34、件：020121 SSASAS，使使形形成成负负偏偏差差或或理理想想溶溶液液与与形形成成正正偏偏差差溶溶液液，使使与与即即：，选择性好。，选择性好。若若很小）很小）（设原溶液偏差性不很大设原溶液偏差性不很大02112 SSAAA110112112使选择性小于使选择性小于较大的范围内，较大的范围内，原负偏差溶液，可能在原负偏差溶液，可能在；使选择性小于使选择性小于较小的范围内，较小的范围内，可能在可能在原因：原正偏差溶液，原因：原正偏差溶液，选择性不一定好。，选择性不一定好。若若很大）很大）设原溶液偏差性很大（设原溶液偏差性很大（xxAAASS ，021 SSAA,溶剂的作用：溶剂的作用：体现：

35、体现：原溶液沸点差不大（原溶液沸点差不大（）非理想性不很）非理想性不很强时，强时，有：有：021 SSAA，若：若：0;021 SSAA012 A1S1212 S）（后，后，加加 稀释原溶液：稀释原溶液：体现：体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，当原溶液沸点差大，非理想性很强时，加加S后，浓度下降，而后，浓度下降，而 增加，由（增加，由（323）：）：小，突出了小，突出了 作用。作用。112 Sx)21(1112xxAS ）（SiP 对原溶液对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高组分产生不同的作用，提高12 返回2.2.溶剂的选择溶剂的选择u考虑分子极性考虑分子极性 选择在极性上更类似于选

36、择在极性上更类似于HK的化合物作的化合物作溶剂，降低溶剂，降低HK的挥发度。的挥发度。例：分离甲醇（沸点例：分离甲醇（沸点64.7），丙酮（沸点），丙酮（沸点65.5）水水二醇二醇醇醇酯酯酮酮醛醛醚醚烃烃a.选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分2；b.选水作溶剂，甲醇为难挥发组分选水作溶剂，甲醇为难挥发组分2。极性顺序极性顺序：由小到大由小到大u考虑能否形成氢键考虑能否形成氢键S加入后形成的溶液：加入后形成的溶液：仅有氢键生成，则呈现负偏差；仅有氢键生成，则呈现负偏差；仅有氢键断裂，则呈现正偏差。（表仅有氢键断裂，则呈现正偏差。（表32）u考虑其它因素考虑其它因素 1.沸点

37、高、不与沸点高、不与1、2组分共沸，不起化学反应。组分共沸，不起化学反应。2.溶解度大。溶解度大。3.溶剂比（溶剂溶剂比（溶剂/进料）不得过大。进料）不得过大。4.无毒、不腐蚀、低廉、易得。无毒、不腐蚀、低廉、易得。3.3.2 3.3.2 共沸精馏共沸精馏u共沸物（恒沸物）：共沸物（恒沸物）：定压下，加热溶液使之蒸发，从始到终定压下，加热溶液使之蒸发，从始到终x、y、T不变的溶液。不变的溶液。u共沸点（恒沸点）：共沸点（恒沸点）：共沸时的温度。共沸时的温度。对共沸物：对共沸物：一个汽相，一个液相，一个汽相，一个液相，均相均相 一个汽相，多个液相，一个汽相，多个液相，非均相非均相ixiy jix

38、iy共沸剂的选择共沸剂的选择一般原则一般原则:1.分离负偏差共沸物或沸点相近的混合物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。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。点有明显差别。c.与两组分形成三元正偏差共沸物，共沸点温度与两组分形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。显著低。2.分离二元正偏差共沸物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。沸温度明显低。b.形成三元正偏差共沸物，

39、共沸点温度显著低。形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。3.4.1 吸收过程特点与流程吸收过程特点与流程3.4.2 多组分吸收和蒸出过程分析多组分吸收和蒸出过程分析 3.4.3 多组分吸收和蒸出的简捷计多组分吸收和蒸出的简捷计 算法算法3.4.4 化学吸收化学吸收返回 3.4.1吸收过程特点与流程吸收过程特点与流程一、操作目的一、操作目的u 净化和精制气体净化和精制气体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

40、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u复杂塔复杂塔uT、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

41、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，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逆过程为蒸出。逆过程为蒸出。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

42、成的难点：连串反应、不是瞬时完成的 反应。反应。四、流程四、流程用蒸汽或惰性气体的蒸出塔用蒸汽或惰性气体的蒸出塔用再沸器的蒸出塔用再沸器的蒸出塔用一般精馏塔用一般精馏塔返回3.4.2 3.4.2 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 蒸出塔蒸出塔uNx：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+NuNa：串级单元数串级单元数 1Na的指定：的指定：操

43、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，一般只在靠近塔顶几级难溶组分，一般只在靠近塔顶几级被吸收，其他级吸收较小；被吸收，其他级吸收较小；易溶组分，一般只在靠近塔釜几级易溶组分，一般只在靠近塔釜几级被吸收。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。二、单相传质过程二、单相传质过程 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 不能视为恒摩尔流量不能视为恒摩尔流

44、量三、吸收塔内组分分布三、吸收塔内组分分布 从物系从物系溶解度溶解度看看 溶解度较小的组分，溶解度较小的组分，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。溶解度较大的组分，溶解度较大的组分，进塔立即吸收，塔顶上部几乎不变。进塔立即吸收，塔顶上部几乎不变。溶解度适中的组分，溶解度适中的组分，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。温度和汽相摩尔数四、吸附和解吸过程的热效应四、吸附和解吸过程的热效应 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

45、出热量全部由LM带走，尾带走，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。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下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部分由GM带走，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。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。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，热量分配取决于不同位置因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。吸收而放热情况。VpMCG,LpMCL

46、,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化，使该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。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，

47、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 3.4.3 3.4.3 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应用：应用：u初始阶段设计初始阶段设计u分析操作情况分析操作情况u提供电算初值提供电算初值一、吸收因子法一、吸收因子法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：)723(11 nnnnvvll1、HortonFrankli 方程方程 （哈顿（哈顿富兰克林）富兰克林）

48、AvvKVLlLlKVvKxy 整理后得整理后得也就是说也就是说任一组分i的相平衡关系可表示为：一、吸收因子法一、吸收因子法 吸收因子和蒸出因子吸收因子和蒸出因子 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。蒸出过程定义：蒸出过程定义：S=KV/L=1/A i组分的组分的蒸出因子蒸出因子或因素或因素用用A、S表示平衡关系：表示平衡关系：SlvAv

49、lLlKVvxKyiii平衡时：平衡时：用吸收因子代入物料衡算式消去用吸收因子代入物料衡算式消去ln和和ln+1)743(1111 nnnnnAvAvv用（用（374）表示各组分在各板汽相量；）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 n）（）（783132210121111132121 NANAAANAAAlNAAANNANAAANAAANvvLLLLLLL依次类推；依次类推；n=N时

50、时）（）（）：）：去去在全塔物料衡算（为消在全塔物料衡算（为消793011110 NNNNNNNNNAlvvvvAlvvllvi）（）后整理：）后整理：（）（111793783322143321032213221111 NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAAAAAvvvLLLLLLLLLLLL方程方程FranklinHorton）（803 讨论（讨论（380）：）：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。