《化工分离过程(第17讲)(第3章 习题课).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工分离过程(第17讲)(第3章 习题课).ppt（71页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 化工分离过程化工分离过程 Chemical Separation Processes第三章第三章 多组分多级分离过程多组分多级分离过程 分析与简捷计算分析与简捷计算习题课习题课习题课习题课2习题课大纲习题课大纲v1 重要知识点回顾重要知识点回顾v2 习题解答习题解答 习题解答习题解答 习题习题3-10,3-12（杨世金主讲）（杨世金主讲）v3 思考题思考题v4 自由交流环节自由交流环节31.1 设计变量设计变量1.2 多组分精馏过程（普通精馏）多组分精馏过程（普通精馏）1.3 萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）1.4 吸收和蒸出（解吸）过程吸收和蒸出（解吸）过程1
2、重要知识点回顾重要知识点回顾41.1 设计变量设计变量 在任何涉及传热和传质的物理分离过在任何涉及传热和传质的物理分离过程的设备设计过程中，程的设备设计过程中，首要首要的工作就是的工作就是进行工艺条件独立变量的规定。进行工艺条件独立变量的规定。设计者首先要确定出设计者首先要确定出需指定变量的具体数目需指定变量的具体数目，再选择再选择变量的具体数值。变量的具体数值。51.1 设计变量设计变量设：设：Nv系统的独立变量数系统的独立变量数 Nc描述这些独立变量之间的约束关系数描述这些独立变量之间的约束关系数设计变量：设计变量：确定设计变量数确定设计变量数（3-1）61.1 设计变量设计变量独立变量数
3、独立变量数 Nv=出入系统的各股物流的独立变量数出入系统的各股物流的独立变量数+系统与环境的能量（热、功）交换数系统与环境的能量（热、功）交换数NV=N(c+2)+功进功进(出出)数数+能进能进(出出)数数若有若有N股物流，且有功、能交换：股物流，且有功、能交换：任意单股物流（一股、单相）：任意单股物流（一股、单相）：71.1 设计变量设计变量 Nc变量之间的约束关系数（独立方程数）包括：变量之间的约束关系数（独立方程数）包括：（1）物料平衡式）物料平衡式 （2）能量平衡式）能量平衡式 （3）相平衡式）相平衡式 （4）化学平衡关系式）化学平衡关系式（5）内在关系式）内在关系式（对（对c 组分体
4、系有组分体系有c个）个）（对一个体系只有（对一个体系只有1个）个）（对（对c组分组分相体系有相体系有c（-1）个）个）（只考虑无化学反应体系的分离过（只考虑无化学反应体系的分离过程，不考虑该约束条件）程，不考虑该约束条件）（指约定的关系，例如：物流间的温（指约定的关系，例如：物流间的温差，压力降的关系式等）差，压力降的关系式等）81.1 设计变量设计变量固定设计变量固定设计变量指指确确定定进进料料物物流流的的那那些些变变量量(例例如如，进进料料的的组组成成和和流流量量等等)以及系统的压力。以及系统的压力。需要设计者需要设计者确定的变量确定的变量设计变量设计变量可调设计变量可调设计变量91.1
5、设计变量设计变量注意：其中可调设计变量为注意：其中可调设计变量为1的有三类单元。的有三类单元。（分配器、侧线采出单元、换热单元）（分配器、侧线采出单元、换热单元）各种单元的设计变量归纳在各种单元的设计变量归纳在P56的表的表3-1中，中，请大家自己推算（请大家自己推算（考点考点）。）。表中共表中共15种单元。种单元。组合单元：组合单元：3种种简单单元：简单单元：12种种有浓度变化的：有浓度变化的：6种种无浓度变化的：无浓度变化的：6种种101.1 设计变量设计变量（1）按每一股单相物流有（）按每一股单相物流有（c+2）个变量，计算进料物流所）个变量，计算进料物流所 确定的固定设计变量数；确定的
6、固定设计变量数；（2）确定装置中具有不同压力的数目；）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；）上述两项之和即为装置的固定设计变量数；（4）将）将串级单元数串级单元数，分配器数分配器数，侧线采出单元数侧线采出单元数以及以及传热单传热单 元的数元的数目相加，便是装置的可调设计变量数。目相加，便是装置的可调设计变量数。（*表表3-1中中Na=1的单元）的单元）（5）装置的设计变量：）装置的设计变量：简便、可靠的确定装置设计变量的简便、可靠的确定装置设计变量的郭氏原则郭氏原则：111.2 多组分精馏过程多组分精馏过程 对于多组分精馏，对于多组分精馏，待定的可调设计变
7、量数仍是待定的可调设计变量数仍是2，所以只，所以只能指定能指定两个组分的浓度两个组分的浓度，通常，把由设计者指定分离要求的，通常，把由设计者指定分离要求的这两个组分称为这两个组分称为关键组分关键组分。其中其中 相对易挥发的组分称为相对易挥发的组分称为轻关键组分（轻关键组分（LK）相对不易挥发的组分称为相对不易挥发的组分称为重关键组分（重关键组分（HK）设设ih为非关键组分为非关键组分i对对HK的相对挥发度。的相对挥发度。121.2 多组分精馏过程多组分精馏过程多多组组分分精精馏馏物物系系组组成成轻非关键组分（轻非关键组分（LNK），），轻组分轻组分轻关键组分（轻关键组分（LK）中间组分中间组分
8、重关键组分（重关键组分（HK）重非关键组分（重非关键组分（HNK），），重组分重组分挥挥发发性性降降低低131.2 多组分精馏过程多组分精馏过程 清晰分割清晰分割馏出液馏出液中除了重关键组分中除了重关键组分(HK)之外，没有其它重组分；之外，没有其它重组分；釜液釜液中除了轻关键组分中除了轻关键组分(LK)之外，没有其它轻组分。之外，没有其它轻组分。非清晰分割：非清晰分割：各组分在顶釜均可能存在。各组分在顶釜均可能存在。v定义：顶釜同时出现的组分定义：顶釜同时出现的组分分配组分分配组分v 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v一般：一般：LK、HK和中间组分和中间组分为为
9、分配组分分配组分；v非关键组分非关键组分可以是可以是分配组分分配组分，也可以是，也可以是非分配组分非分配组分。141.2 多组分精馏过程多组分精馏过程计算最小回流比的计算最小回流比的Underwood（恩德伍德）恩德伍德）公式：公式：（3-3a）假设：假设：1、各组分相对挥发度是常数；、各组分相对挥发度是常数；2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。、塔内汽液相流率为恒摩尔流。（3-3b）151.2 多组分精馏过程多组分精馏过程最小回流比最小回流比Rm的解法：的解法：1.在在 lr,hr中设中设 值值 试差确定试差确定 值；值；2.将将 值代入（值代入（3-3a）式）式 Rm。（3-3b）参见例参见例3
10、-1注意：若注意：若LK、HK挥发度不相邻，可在挥发度不相邻，可在 lr,hr之间试差之间试差出几个出几个 值，解出几个值，解出几个Rm，然后取平均值。，然后取平均值。161.2 多组分精馏过程多组分精馏过程最少理论板数（对应全回流）最少理论板数（对应全回流）由于全回流操作时，使每块理论板分离能力达到由于全回流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相同的分离要求，所需理论板最少，并称最大，完成相同的分离要求，所需理论板最少，并称其为最少理论板数。其为最少理论板数。意义：操作前的准备工作意义：操作前的准备工作 测出测出Nm171.2 多组分精馏过程多组分精馏过程v芬斯克推导了芬斯克推导了全回
11、流全回流时二组分和多组分精馏的严格解。时二组分和多组分精馏的严格解。v塔顶采用塔顶采用全凝器全凝器，假设所有板都是，假设所有板都是理论板理论板，从塔顶第一，从塔顶第一块理论板往下计塔板序号。块理论板往下计塔板序号。Fenske（芬斯克）公式（芬斯克）公式推导前提推导前提v全回流操作下联立全回流操作下联立物料衡算式物料衡算式和和平衡关系式平衡关系式推导可得推导可得Fenske方程。方程。Fenske（芬斯克）公式（芬斯克）公式推导方程推导方程181.2 多组分精馏过程多组分精馏过程Fenske方程方程的几种形式的几种形式191.2 多组分精馏过程多组分精馏过程组分分配组分分配：将：将Fenske
12、方程变形可得各组分流量分配。方程变形可得各组分流量分配。（3-12）对于非关键组分对于非关键组分i有有物料衡算物料衡算式：式：201.2 多组分精馏过程多组分精馏过程将（将（3-123-12）式与上式联立得：）式与上式联立得：211.2 多组分精馏过程多组分精馏过程对于无中间组分的体系：对于无中间组分的体系：如如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的体系，组成的体系，先先假定清晰分割假定清晰分割，计算理论板数计算理论板数，再，再校验是否清晰分割校验是否清晰分割。清晰分割假定比较适用的情况：清晰分割假定比较适用的情况：轻重关键组分的轻重关键组分的分离程度较高分离程度较高，轻组分
13、的挥发度比，轻组分的挥发度比LK的挥的挥发度大得多，而重组分的挥发度比发度大得多，而重组分的挥发度比HK的挥发度小得多。的挥发度小得多。求解求解Nm和组分分配和组分分配需要注意的问题：需要注意的问题：对于有中间组分的体系：对于有中间组分的体系：如如A(LNK)、B(LK)、C(中间组分中间组分)、D(HK)、E(HNK)组组成的体系，则成的体系，则根据根据C的相对挥发度的相对挥发度是靠近是靠近B还是靠近还是靠近D来来假假定定C在塔顶和塔釜的在塔顶和塔釜的分配分配。参见例参见例3-2参见例参见例3-3221.2 多组分精馏过程多组分精馏过程一一.实际回流比实际回流比R：由操作费、设备费确定，由经
14、验取：由操作费、设备费确定，由经验取：最最小小回回流流比比和和最最少少理理论论板板是是精精馏馏操操作作的的极极限限状状态态，实实际际生生产产过过程程中中，为为了了实实现现对对两两个个关关键键组组分分之之间间规规定定的的分分离离要要求求，回流比和理论板数必须大于它们的最小值。回流比和理论板数必须大于它们的最小值。二二.实际理论板数实际理论板数N：1.吉利兰图（吉利兰图（Gilliand图）图）2.Erbar and Maddox关联图关联图231.2 多组分精馏过程多组分精馏过程图图3-12 吉利兰图吉利兰图图图3-13 耳波和马多克思图耳波和马多克思图241.2 多组分精馏过程多组分精馏过程三
15、、确定进料位置三、确定进料位置（1）芬斯克公式芬斯克公式既可求全塔最少理论板数，也可单用于精既可求全塔最少理论板数，也可单用于精 馏段和提馏段，从而确定进料位置。馏段和提馏段，从而确定进料位置。（2）Kirkbride法法（3-18）251.2 多组分精馏过程多组分精馏过程多组分精馏过程的简捷计算法步骤：多组分精馏过程的简捷计算法步骤：1、由工艺要求选、由工艺要求选LK和和HK，假设清晰分割或假设回收率，假设清晰分割或假设回收率，得出得出物料分配物料分配；2、分别由露点方程和泡点方程计算塔顶和塔底温度，由此、分别由露点方程和泡点方程计算塔顶和塔底温度，由此 计算计算全塔平均相对挥发度全塔平均相
16、对挥发度；3、由、由Fenske方程计算方程计算最少理论板数最少理论板数，验证清晰分割或回收，验证清晰分割或回收 率（以产品是否合格为依据）；率（以产品是否合格为依据）；4、由、由Underwood方程计算方程计算最小回流比最小回流比；5、确定、确定实际实际N、R和和适宜进料位置适宜进料位置;6、由、由热量衡算热量衡算计算塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷。计算塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷。参见例参见例3-426多多组组分分精精馏馏的的FUG法法计计算算框框图图开始开始指定进料条件指定进料条件指定两个关键组分的分离程度指定两个关键组分的分离程度估计非关键组分的分离情况估计非关键组分的分离情况决定精馏
17、塔操作压力和冷凝器类型决定精馏塔操作压力和冷凝器类型在塔压下作闪蒸计算在塔压下作闪蒸计算计算最少理论板数和非关键组分的分离程度计算最少理论板数和非关键组分的分离程度计算值与估计值是否接近计算值与估计值是否接近对于指定的实际回流比对于指定的实际回流比(RRm)计算实际理论板数计算实际理论板数N计算最小回流比计算最小回流比Rmyes计算进料级位置计算进料级位置计算热负荷计算热负荷结束结束no（泡、露点计算）（泡、露点计算）（绝热闪蒸计算）（绝热闪蒸计算）（Underwood eq.）（R=1.11.5Rm，Gilland图）图）（Kirkbride eq.）（能量衡算（能量衡算 eq.）（Fens
18、ke eq.）271.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 萃取精馏萃取精馏是向原料液中加入第三组分是向原料液中加入第三组分(称为萃称为萃取剂或溶剂取剂或溶剂),),以改变原有组分间的相对挥发度而达到以改变原有组分间的相对挥发度而达到分离要求的分离要求的特殊精馏特殊精馏方法。方法。要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高沸点高得得多多,且且不与组分形成共沸液不与组分形成共沸液,容容易回收易回收。萃取精馏常用。萃取精馏常用于分离各组分挥发度差别很小（于分离各组分挥发度差别很小（1.05）的）的溶液。溶液。281.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏图图3
19、-15 萃取精馏流程萃取精馏流程特点：特点：塔塔1 萃取精馏塔萃取精馏塔 塔塔2 溶剂回收塔溶剂回收塔1.两塔两塔串联；串联；2.S为难挥发组分，为难挥发组分，一般在进料上方一般在进料上方加入。加入。3.溶剂回收段溶剂回收段一般一般有有6-7块塔板。块塔板。291.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏（3-26）溶剂溶剂S的选择性的选择性 溶剂的选择性不仅决定于溶剂的选择性不仅决定于溶剂的性质和浓度溶剂的性质和浓度，而且也，而且也和和原溶液的性质和浓度原溶液的性质和浓度有关。有关。301.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏一一.溶剂的作用溶剂的作用（1）对原溶液）对原溶液1、2组分产
20、生不同的作用，提高组分产生不同的作用，提高12体现：原溶液沸点差不大（体现：原溶液沸点差不大（A12 0）非理想性不很强时，）非理想性不很强时，若：若：A1S0;A2S0，有：，有：A1S-A2S0，加，加S后，后，12/s/121（2）稀释原溶液）稀释原溶液体现：原溶液沸点差大，非理想性很强时，体现：原溶液沸点差大，非理想性很强时，12 1 加加S后，浓度下降，而后，浓度下降，而xS增加，由增加，由(3-23)：A12(1-xS)(1-2x1)值小，突出了值小，突出了PiS作用。作用。311.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏二二.溶剂的选择溶剂的选择1）沸点沸点要较被分离组分要较被分
21、离组分高高，以避免和系统中的任何组分，以避免和系统中的任何组分 形成共沸物；形成共沸物；6）无毒、不腐蚀、价格低廉、易得无毒、不腐蚀、价格低廉、易得。5）溶剂比溶剂比（溶剂（溶剂/进料）不得过大；进料）不得过大；2）溶剂与被分离物系有）溶剂与被分离物系有较大的溶解度较大的溶解度（防止分层）；（防止分层）；3）溶剂在操作中）溶剂在操作中热稳定性要好热稳定性要好（可长期循环使用）；（可长期循环使用）；4）溶剂）溶剂不不与任何组分与任何组分发生化学反应发生化学反应（缔合、络合等）；（缔合、络合等）；321.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏将将塔塔分分为为四四部部分分精馏段：精馏段：提馏段：提
22、馏段：塔塔 釜：釜：溶剂回收段：溶剂回收段：当进料为饱和蒸汽时，当进料为饱和蒸汽时，；当进料为液相或汽液混合物时，当进料为液相或汽液混合物时，。溶剂在溶剂在塔釜塔釜中中浓度浓度有明显有明显跃升跃升。FSDWnn+1n-1m-1m+1m若若0，331.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 萃萃取取精精馏馏过过程程计计算算的的依依据据是是选选择择的的萃萃取取剂剂的的特特点点为为沸沸点点高高，挥挥发发度度小小，由由塔塔顶顶引引入入后后几几乎乎全全部部进进入入塔塔釜釜，因因而而萃取剂萃取剂在在塔内各级上的浓度恒定塔内各级上的浓度恒定不变。不变。萃萃取取剂剂的的存存在在仅仅改改变变了了原原组组分分间
23、间的的相相对对挥挥发发度度，采采取取适适当当的的相相对对挥挥发发度度数数据据后后，计计算算萃萃取取精精馏馏过过程程时时就就可可以以不不考虑萃取剂的存在，因而应以考虑萃取剂的存在，因而应以脱溶剂为基准进行物料衡算脱溶剂为基准进行物料衡算。萃取精馏过程平衡级数的简捷计算萃取精馏过程平衡级数的简捷计算参见例参见例3-5341.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 共共沸沸精精馏馏（Azeotropic Distillation）又又称称恒恒沸沸精精馏馏，其其分分离离原原理理与与萃萃取取精精馏馏基基本本相相同同，不不同同之之处处是是共共沸沸剂剂（夹夹带带剂剂，携携带带剂剂）在在影影响响原原溶溶液液
24、组组分分的的相相对对挥挥发发度度的的同同时时，还还要要与与原原溶溶液液中中一一个个或或多多个个组组分分形成共沸物形成共沸物。共共沸沸物物（恒恒沸沸物物Azeotrope）是是指指处处于于平平衡衡状状态态下下，气气相相和和液液相相组组成成完完全全相相同同时时的的混混合合溶溶液液。两两种种（或几种）液体形成的（或几种）液体形成的共沸点混合物共沸点混合物。351.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏二元均相共沸物的特征为：二元均相共沸物的特征为：（3-49）工程方程工程方程又知：又知：（3-50）校核方程校核方程（1）二元系）二元系361.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏共沸参数（共沸参
25、数（x、T、P）预测：）预测：采用：采用：计算计算式中：式中：已知已知x、T、P任一个参数，可求出另外二个。任一个参数，可求出另外二个。已知：已知：ixi关系式；关系式；PiST关系式关系式参见例参见例3-6371.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏381.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏（2）三元系）三元系三元均相共沸组成的计算也可按二元一样进行：三元均相共沸组成的计算也可按二元一样进行：三个方程包括三个方程包括T，P，x1,x2,(x3=1-x1-x2)；故已知故已知T，可解出，可解出P，x1,x2;已知已知P可解出可解出T,x1,x2。391.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏
26、和共沸精馏 一般地，若压力变化明显影响共沸组成时，则采用两个一般地，若压力变化明显影响共沸组成时，则采用两个不不同操作压力的双塔流程同操作压力的双塔流程可实现二元均相共沸物的分离。可实现二元均相共沸物的分离。如如甲乙酮（甲乙酮（MEK）-水（水（H2O）的分离过程。的分离过程。在大气压力下（在大气压力下（0.103MPa）该物系形成该物系形成二元正偏差共沸物二元正偏差共沸物，共沸组成为共沸组成为65（MEK）；在在0.7MPa时，共沸组成变化为时，共沸组成变化为50（MEK），如果原料中含，如果原料中含MEK小于小于65，欲得到纯甲乙，欲得到纯甲乙酮和水。分离过程如何设计？酮和水。分离过程如何
27、设计？MEK-H2O在在不同压力不同压力下的下的T-x-y图图401.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏分离甲乙酮分离甲乙酮水：利用水：利用不同压力不同压力下，下，共沸组成不同共沸组成不同分离。分离。工艺流程图：工艺流程图：相图：相图：1常常压压2加加压压 水水 MEKF共沸物共沸物 共沸共沸物物411.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 二元非均相共沸物的精馏二元非均相共沸物的精馏:系统本身形成非均相共沸物系统本身形成非均相共沸物流程流程 示例：分离正丁醇（示例：分离正丁醇（1 1）-水（水（2 2）丁丁醇醇塔塔水水塔塔丁醇丁醇 水水进料进料直接蒸汽直接蒸汽共沸物共沸物421.3
28、 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 接接近近共共沸沸组组成成的的原原料料蒸蒸汽汽在在冷冷凝凝器器中中冷冷凝凝后后便便分分成成两两个个液液相相，一一为为富富水水液液相相，另另一一为为富富丁丁醇醇相相。醇醇相相经经过过分分层层器器后后返返回回丁丁醇醇塔塔作作为为回回流流，高高纯纯度度的的正正丁丁醇醇从从塔塔底底引引出出，而而接接近近共共沸沸组组成成的的蒸蒸汽汽将将从从塔塔顶顶采采出出。分分层层器器后后的的水水相相被被送送入入水水塔塔，从从塔塔顶顶部部出出来来的的是是接接近近共共沸沸组组成的成的蒸汽蒸汽，塔釜塔釜则获得则获得纯水纯水。图图3-27 分离非均相共沸物的流程分离非均相共沸物的流程示例
29、：分离正丁醇（示例：分离正丁醇（1）-水（水（2）丁丁醇醇塔塔水水塔塔丁醇丁醇 水水进料进料直接蒸汽直接蒸汽431.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏 两种特殊精馏两种特殊精馏基本原理基本原理相同，都是通过加入适量的质量分相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变组分之间的相互作用，离剂，改变组分之间的相互作用，增大组分的挥发度差异增大组分的挥发度差异，实，实现精馏分离。现精馏分离。共沸精馏和萃取精馏的比较共沸精馏和萃取精馏的比较共同点：共同点：1、都加入另一组分；都加入另一组分；2、使相对挥发度增大；使相对挥发度增大；3、计算过程所用的基本关系都是物量衡算、热量衡算计算过程所用的基本关系
30、都是物量衡算、热量衡算 和相平衡关系。和相平衡关系。441.3 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏1、萃取精馏萃取剂量大且受限制；共沸精馏共沸剂量少。萃取精馏萃取剂量大且受限制；共沸精馏共沸剂量少。2、共沸精馏会形成共沸物，从塔顶蒸出；萃取精馏不形成共共沸精馏会形成共沸物，从塔顶蒸出；萃取精馏不形成共 沸物，从塔釜离开。沸物，从塔釜离开。3、一般共沸精馏能耗大。一般共沸精馏能耗大。4、共沸精馏即可连续操作，又可间歇操作；萃取精馏只能连共沸精馏即可连续操作，又可间歇操作；萃取精馏只能连 续操作。续操作。5、有热敏性组分存在时，共沸精馏有利。有热敏性组分存在时，共沸精馏有利。6、萃取精馏中溶剂回
31、收简单，且流程也比较简单。萃取精馏中溶剂回收简单，且流程也比较简单。不同点：不同点：451.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程 吸吸收收是是根根据据气气体体混混合合物物中中各各组组分分在在液液体体溶溶液液中中物物理理溶溶解解度度或或化化学学反反应应活活性性的的不不同同而而将将混混合合物物分分离离的传质单元操作。的传质单元操作。如如果果气气体体溶溶质质以以物物理理溶溶解解方方式式溶溶于于液液体体中中称称为为物理吸收物理吸收。如如果果气气体体溶溶质质溶溶于于液液相相之之后后能能与与溶溶剂剂（或或活活性性组分）发生化学反应称为组分）发生化学反应称为化学吸收化学吸收。461.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出
32、过程 吸收过程的流程吸收过程的流程471.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程物理吸收过程和精馏过程的比较物理吸收过程和精馏过程的比较相同点相同点：均属于传质分离过程。：均属于传质分离过程。不同点不同点：精馏过程是精馏过程是气液相双向传质气液相双向传质，利用组分的挥发度的不同实，利用组分的挥发度的不同实现分离，物理吸收过程是气相分子向液相的现分离，物理吸收过程是气相分子向液相的单方向分子扩散单方向分子扩散和传质过程和传质过程，利用组分在吸收剂中溶解度的不同实现分离。，利用组分在吸收剂中溶解度的不同实现分离。精馏指定精馏指定两个关键组分两个关键组分的分离要求，而吸收只能指定的分离要求，而吸收只能指定
33、一个一个关键组分关键组分。481.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程不同点不同点：精馏引入精馏引入能量媒介能量媒介，吸收引入，吸收引入物质媒介物质媒介。精馏塔一般是精馏塔一般是一股进料两股出料一股进料两股出料，吸收塔有，吸收塔有两股进料和两股进料和两股出料两股出料。由于吸收液从塔顶注入，富气（原料气）由塔底加入，由于吸收液从塔顶注入，富气（原料气）由塔底加入，吸收过程放出溶解热，因此吸收塔内吸收过程放出溶解热，因此吸收塔内从塔顶到塔釜从塔顶到塔釜，关键关键组分气、液相浓度都是上升的组分气、液相浓度都是上升的，一般情况下，一般情况下，温度也是逐温度也是逐步上升的步上升的。精馏塔内可视作。精馏塔内可
34、视作恒摩尔流恒摩尔流计算，并可按计算，并可按清晰分清晰分割割和非清晰分割对物料进行预分配。和非清晰分割对物料进行预分配。491.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程 设计计算的已知条件：设计计算的已知条件：入塔原料气流率入塔原料气流率VN+1(m3/h)或或(kmol/h)；入塔原料气组成入塔原料气组成yN+1(摩尔分数摩尔分数)；吸收塔的操作温度吸收塔的操作温度T()和压力和压力P(kPa);吸收剂的种类和组成；吸收剂的种类和组成；对原料气中某一组分（关键组分）的分离要求对原料气中某一组分（关键组分）的分离要求关关。设计计算的任务：设计计算的任务：完成分离任务所需的理论板数完成分离任务所需的理论
35、板数N；完成分离任务所需的吸收剂量完成分离任务所需的吸收剂量L0；塔顶尾气量塔顶尾气量v1和组成和组成y1;塔釜吸收液量塔釜吸收液量lN和组成和组成xN。吸吸收收过过程程的的简简捷捷计计算算501.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程 HortonFranklin方程方程（3-80）平均吸收因子法平均吸收因子法（3-81）511.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程吸收过程设计计算的步骤：吸收过程设计计算的步骤：选定选定关键组分关键组分及其及其吸收率吸收率；确定确定最小液气比最小液气比和和操作液气比操作液气比；计算理论板数计算理论板数N（3-82）；）；计算其它组分计算其它组分吸收率吸收率；求求v1，
36、y1，L0，lN，xN等。等。参见例参见例3-8521.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程 气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程，气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程，即：即：气膜扩散气膜扩散溶解（反应）溶解（反应）液膜扩散液膜扩散化学吸收溶质传递机理化学吸收溶质传递机理气膜扩散气膜扩散液膜扩散液膜扩散化学反应化学反应共同决定共同决定吸收过程吸收过程的总速率的总速率531.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程化学吸收的类型化学吸收的类型图图3-41a 瞬时反应瞬时反应图图3-41b 快速反应快速反应541.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程图图3-41c 中速反应中速反应图图3-4
37、1d 慢速反应慢速反应化学吸收的类型化学吸收的类型551.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程反应反应-扩散方程扩散方程图图3-42 化学吸收微元液膜化学吸收微元液膜561.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程一级不可逆反应一级不可逆反应v 该反应的扩散该反应的扩散反应微分方程为：反应微分方程为：（3-100）（3-104）571.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程（1）快速反应）快速反应，M1，则：，则：则溶质到达液相主体之前已完全反应，在这种情况下，则溶质到达液相主体之前已完全反应，在这种情况下，cAL=0，则有：，则有：（3-105）（2）慢速反应：）慢速反应：此时，吸收过程的液相分传质系数与物理
38、吸收相同。此时，吸收过程的液相分传质系数与物理吸收相同。（3-106）581.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程二级不可逆反应二级不可逆反应扩散反应方程为扩散反应方程为：（3-109）（3-108）（1）瞬时反应）瞬时反应（3-110）（3-111）（2）快速反应）快速反应（3-113）（3-114）591.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程（1）一级可逆反应）一级可逆反应可逆反应可逆反应（3-120）（2）瞬时可逆反应）瞬时可逆反应（3-122）601.4 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程化学吸收填料塔高度的通用方程：化学吸收填料塔高度的通用方程：（3-135）传质单元数传质单元数物理吸收过程的传质
39、单元高度物理吸收过程的传质单元高度612 习题解答习题解答习题习题3-7（3-15）Nm 组组分分分分配配622 习题解答习题解答组分组分进料进料fi馏出液馏出液di釜液釜液wi总计总计100.0D=60W=40解解:根据题意，组分根据题意，组分B为为LK（在馏出液中摩尔分率（在馏出液中摩尔分率xB,D），），组分组分C为为HK（在馏出液中摩尔分率为（在馏出液中摩尔分率为xC,D），），假定混合物按假定混合物按清晰分割法清晰分割法分离分离:ABC402040 40 060 xB,D60 xC,D习题习题3-820-60 xB,D40-60 xC,D632 习题解答习题解答习题习题3-10习题习
40、题3-12杨世金主讲杨世金主讲642 习题解答习题解答习题习题3-10652 习题解答习题解答习题习题3-12解题过程与解题过程与3-10相似。相似。662 习题解答习题解答习题习题3-19解：根据题意，解：根据题意，cB值恒定，则反应课视为一级不可逆反应值恒定，则反应课视为一级不可逆反应M1，则反应为快速反应，有：，则反应为快速反应，有：注意：注意：672 习题解答习题解答习题习题3-19683 思考题思考题1、基本概念：设计变量；关键组分；清晰分割；、基本概念：设计变量；关键组分；清晰分割；FUG简捷法；简捷法；特殊精馏；萃取精馏；共沸精馏；吸收过程；吸收因子；特殊精馏；萃取精馏；共沸精馏
41、；吸收过程；吸收因子；解析因子；化学吸收等。解析因子；化学吸收等。2、怎样用简捷法计算精馏过程的理论板板数和物料分配。、怎样用简捷法计算精馏过程的理论板板数和物料分配。3、萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。、萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。4、溶剂的作用？选择溶剂时考虑因素有哪些？、溶剂的作用？选择溶剂时考虑因素有哪些？5、共沸精馏的基本原理？理想共沸剂的要求？分离均相共沸物、共沸精馏的基本原理？理想共沸剂的要求？分离均相共沸物 的双塔双压法？画出一个二元非均相共沸精馏流程。的双塔双压法？画出一个二元非均相共沸精馏流程。6、请指出萃取精馏与共沸精馏的主要异同。、请指出萃取精馏与共沸精馏的主要异同。7、吸收的分类？吸收塔内组分分布特点？、吸收的分类？吸收塔内组分分布特点？8、简述精馏和吸收过程的主要异同。、简述精馏和吸收过程的主要异同。694 自由交流环节自由交流环节70阅读课本阅读课本 巩固知识巩固知识71