分離工程 II--06 2 多分吸收逐級(jí)計(jì)算

1、12多組分吸收的逐級(jí)計(jì)算法多組分吸收的逐級(jí)計(jì)算法 吸收過(guò)程吸收過(guò)程 多組分吸收和多組分精餾一樣，同樣是化工生產(chǎn)生產(chǎn)中的多組分吸收和多組分精餾一樣，同樣是化工生產(chǎn)生產(chǎn)中的重要分離過(guò)程，吸收是分離氣體混合物的重要方法之一。當(dāng)氣重要分離過(guò)程，吸收是分離氣體混合物的重要方法之一。當(dāng)氣體混合物與選用的適當(dāng)?shù)囊后w溶劑接觸時(shí)，混合物中某些能溶體混合物與選用的適當(dāng)?shù)囊后w溶劑接觸時(shí)，混合物中某些能溶解的組份便進(jìn)入液相中形成溶液，而不能溶解的組分仍然留在解的組份便進(jìn)入液相中形成溶液，而不能溶解的組分仍然留在氣相，這樣氣體混合物就實(shí)現(xiàn)了分離，氣相，這樣氣體混合物就實(shí)現(xiàn)了分離，我們將這種利用溶解度我們將這種利用溶解度

2、的差異來(lái)分離氣體混合物的操作，稱為吸收的差異來(lái)分離氣體混合物的操作，稱為吸收。吸收時(shí)所用的液。吸收時(shí)所用的液體溶劑稱為吸收劑，氣體吸收過(guò)程中只有體溶劑稱為吸收劑，氣體吸收過(guò)程中只有1個(gè)組分在吸收劑中個(gè)組分在吸收劑中具有顯著溶解度時(shí)，為單組分吸收；當(dāng)氣體混合物中具有顯著具有顯著溶解度時(shí)，為單組分吸收；當(dāng)氣體混合物中具有顯著溶解度的組分不止一個(gè)時(shí)吸收為多組分吸收。溶解度的組分不止一個(gè)時(shí)吸收為多組分吸收。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法3 吸收過(guò)程分類：吸收過(guò)程分類：按吸收過(guò)程中被吸收組分分按吸收過(guò)程中被吸收組分分按吸收過(guò)程中有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分按吸收過(guò)程中有無(wú)化學(xué)反應(yīng)分按吸收過(guò)程中有無(wú)顯著溫度變化分按吸收過(guò)程中

3、有無(wú)顯著溫度變化分多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法單組分吸收單組分吸收多組分吸收多組分吸收等溫吸收等溫吸收非等溫吸收非等溫吸收物理吸收物理吸收化學(xué)吸收化學(xué)吸收4 吸收過(guò)程應(yīng)用：吸收過(guò)程應(yīng)用：主要應(yīng)用方面主要應(yīng)用方面 在化工生產(chǎn)中，氣體吸收操作廣泛用于直接生產(chǎn)化工產(chǎn)品、在化工生產(chǎn)中，氣體吸收操作廣泛用于直接生產(chǎn)化工產(chǎn)品、分離氣體混合物、原料氣的精制及從廢氣中回收有用組分或分離氣體混合物、原料氣的精制及從廢氣中回收有用組分或除去有害物質(zhì)等過(guò)程。就其目的來(lái)說(shuō)，可以分為以下幾方面：除去有害物質(zhì)等過(guò)程。就其目的來(lái)說(shuō)，可以分為以下幾方面： 1 用液體吸收氣體獲得產(chǎn)品和中間體（鹽酸，硫酸制備）用液體吸收氣體獲得產(chǎn)品

4、和中間體（鹽酸，硫酸制備） 2 氣體混合物分離（裂解氣分離，焦?fàn)t氣油回收苯）氣體混合物分離（裂解氣分離，焦?fàn)t氣油回收苯） 3 氣體凈化和精制（除去氣體中雜質(zhì)氣體凈化和精制（除去氣體中雜質(zhì),硫化物，氮化物等硫化物，氮化物等) 4 從氣體混合物中回收有價(jià)值組分從氣體混合物中回收有價(jià)值組分 5 生化過(guò)程生化過(guò)程(發(fā)酵法、廢水處理的污泥氧化法?；具^(guò)程：氧發(fā)酵法、廢水處理的污泥氧化法。基本過(guò)程：氧在水中的溶解在水中的溶解吸收吸收)多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法5 吸收過(guò)程的基本原理：吸收過(guò)程的基本原理： 基本原理是：應(yīng)用氣體混合物在吸收劑中的溶解度的不同，基本原理是：應(yīng)用氣體混合物在吸收劑中的溶解度的不同，

5、將易溶組分和難溶組分分離。將易溶組分和難溶組分分離。1、吸收過(guò)程的汽液相平衡原理：、吸收過(guò)程的汽液相平衡原理： 由熱力學(xué)：汽液兩相間的平衡條件是，在兩相的壓強(qiáng)和溫由熱力學(xué)：汽液兩相間的平衡條件是，在兩相的壓強(qiáng)和溫度相同的情況下，各組分在兩相中的化學(xué)位相等。度相同的情況下，各組分在兩相中的化學(xué)位相等。 當(dāng)系統(tǒng)的溫度顯著超過(guò)氣相組分的臨界溫度時(shí)，汽液兩相當(dāng)系統(tǒng)的溫度顯著超過(guò)氣相組分的臨界溫度時(shí)，汽液兩相的平衡，即氣相組分在液相中的溶解度。的平衡，即氣相組分在液相中的溶解度。 吸收劑常采用稀溶液，其平衡關(guān)系大多服從亨利定律：吸收劑常采用稀溶液，其平衡關(guān)系大多服從亨利定律： （在低壓下）（在低壓下）

6、對(duì)于難溶氣體，亨利定律有足夠的正確性，對(duì)于易溶氣體，對(duì)于難溶氣體，亨利定律有足夠的正確性，對(duì)于易溶氣體，該定律僅適用于較低的濃度范圍。該定律僅適用于較低的濃度范圍。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法iiiGixHpf62、吸收過(guò)程的傳質(zhì)理論：、吸收過(guò)程的傳質(zhì)理論： 物質(zhì)可以通過(guò)幾種不同方式自發(fā)地進(jìn)行傳遞：物質(zhì)可以通過(guò)幾種不同方式自發(fā)地進(jìn)行傳遞： 分子擴(kuò)散（分子擴(kuò)散（限于由分子熱運(yùn)動(dòng)引起的相互彼此碰撞） 對(duì)流（對(duì)流（在外力，如壓強(qiáng)差，密度差等的作用下發(fā)生的主體流動(dòng)） 湍流混合（湍流混合（其中宏觀的流體微團(tuán)式旋渦在慣性力的作用下產(chǎn)生移動(dòng)） 傳質(zhì)模型，以雙膜論傳質(zhì)模型，以雙膜論(惠特曼提出)、滲透論、滲透論(

7、希格比提出)及及表面更新論表面更新論(丹克沃茨提出)較為成熟。從某種意義來(lái)說(shuō)，滲透較為成熟。從某種意義來(lái)說(shuō)，滲透論與雙膜論都是表面更新論的特例。論與雙膜論都是表面更新論的特例。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法7多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法 雙膜論：雙膜論：穩(wěn)態(tài)的物理模型，模型直觀，用起來(lái)方便穩(wěn)態(tài)的物理模型，模型直觀，用起來(lái)方便 流動(dòng)狀態(tài)：流動(dòng)狀態(tài)： 氣液接觸界面兩側(cè)有氣液接觸界面兩側(cè)有一層穩(wěn)定的一層穩(wěn)定的滯流膜滯流膜，它不同于流體力，它不同于流體力學(xué)的滯流邊界層。學(xué)的滯流邊界層。 傳遞方式傳遞方式 ： 在膜兩側(cè)的主體流動(dòng)在膜兩側(cè)的主體流動(dòng)區(qū)內(nèi)物質(zhì)的濃度趨于一致，滯流膜內(nèi)區(qū)內(nèi)物質(zhì)的濃度趨于一致，滯流膜內(nèi)的傳

8、質(zhì)方式以的傳質(zhì)方式以分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳質(zhì)阻力由氣相主體、氣膜、界面、液膜阻力由氣相主體、氣膜、界面、液膜和液相主體的阻力疊加而成，但主要和液相主體的阻力疊加而成，但主要集中在氣膜和液膜層。集中在氣膜和液膜層。 界面狀況：界面狀況： 界面無(wú)阻力，氣液界面無(wú)阻力，氣液兩相在界面立即達(dá)到平衡。兩相在界面立即達(dá)到平衡。8存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題 往往傳質(zhì)設(shè)備的內(nèi)構(gòu)件已不能使氣液相接觸形成往往傳質(zhì)設(shè)備的內(nèi)構(gòu)件已不能使氣液相接觸形成相對(duì)固定的相界面。如噴射式、鼓泡型。相對(duì)固定的相界面。如噴射式、鼓泡型。 無(wú)法形成穩(wěn)定的膜，也就無(wú)法建立穩(wěn)定的濃度梯無(wú)法形成穩(wěn)定的膜，也就無(wú)法建立穩(wěn)定的濃度梯度

9、。度。 即使存在相對(duì)穩(wěn)定的膜，但膜厚度也是無(wú)法測(cè)量即使存在相對(duì)穩(wěn)定的膜，但膜厚度也是無(wú)法測(cè)量和猜測(cè)。和猜測(cè)。 界面阻力通常很難小到可以忽略的程度，除非界界面阻力通常很難小到可以忽略的程度，除非界面非常清潔。面非常清潔。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法9多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法 滲透論：滲透論： 傳質(zhì)前，兩相主體中的濃度是均傳質(zhì)前，兩相主體中的濃度是均勻的；傳質(zhì)速率隨時(shí)間增加而降低，勻的；傳質(zhì)速率隨時(shí)間增加而降低，膜內(nèi)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)。膜內(nèi)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)。 液相主體中的任一微元都有可能液相主體中的任一微元都有可能被主體內(nèi)的流動(dòng)帶到氣液相界面上，被主體內(nèi)的流動(dòng)帶到氣液相界面上，并假定所有被帶到界面的微元在界

10、面并假定所有被帶到界面的微元在界面的停留時(shí)間相同，并參與到不穩(wěn)定傳的停留時(shí)間相同，并參與到不穩(wěn)定傳質(zhì)過(guò)程中，直到被帶回主體為止。質(zhì)過(guò)程中，直到被帶回主體為止。 界面無(wú)阻力，氣液兩相在界面達(dá)界面無(wú)阻力，氣液兩相在界面達(dá)到平衡。到平衡。2. 主要問(wèn)題主要問(wèn)題 液相微元在界面的停留時(shí)間液相微元在界面的停留時(shí)間無(wú)法定量獲得。無(wú)法定量獲得。 液相微元在氣液相界面上的液相微元在氣液相界面上的停留時(shí)間不可能相同。停留時(shí)間不可能相同。10多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法 表面更新論：表面更新論：傳質(zhì)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)是非穩(wěn)態(tài)的 在界面上的每一個(gè)微元具有不同在界面上的每一個(gè)微元具有不同的暴露時(shí)間的暴露時(shí)間(壽命壽命)，但它

11、們被另一，但它們被另一微元置換的機(jī)會(huì)均等。微元置換的機(jī)會(huì)均等。 無(wú)論氣相或液相都可能發(fā)生被旋無(wú)論氣相或液相都可能發(fā)生被旋渦攜帶的過(guò)程，所以表面是不斷更渦攜帶的過(guò)程，所以表面是不斷更新的。新的。 每個(gè)進(jìn)入界面的微元均按瞬變傳每個(gè)進(jìn)入界面的微元均按瞬變傳質(zhì)的規(guī)律向液膜內(nèi)滲透，微元在界質(zhì)的規(guī)律向液膜內(nèi)滲透，微元在界面的停留時(shí)間符合壽命分布的規(guī)律。面的停留時(shí)間符合壽命分布的規(guī)律。界面湍動(dòng)參數(shù)）( )(fSSetst缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：表面更新率表面更新率S無(wú)法無(wú)法確定，但該理論最完善確定，但該理論最完善。11 吸收過(guò)程的工藝流程：吸收過(guò)程的工藝流程：?jiǎn)我晃账に嚵鞒虇我晃账に嚵鞒?吸收劑不需回收,與被吸

12、收物質(zhì)一起作為產(chǎn)品.串聯(lián)的吸收工藝流程串聯(lián)的吸收工藝流程 需要較大的吸收傳質(zhì)面積,單獨(dú)吸收塔不能滿足要求，采用串聯(lián)工藝。吸收劑再循環(huán)的工藝流程吸收劑再循環(huán)的工藝流程 噴淋密度小,接觸不充分,吸收劑不能有效利用, 需要循環(huán)使用。吸收吸收-解吸分離工藝流程解吸分離工藝流程 實(shí)現(xiàn)吸收過(guò)程的連續(xù)運(yùn)行。吸收蒸出塔流程吸收蒸出塔流程 惰性氣體在吸收劑中有部分溶解，利用熱量，將其解吸。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法12 多組分吸收和精餾多組分吸收和精餾多組分吸收和多組分精餾同屬傳質(zhì)分離過(guò)程，它們之間有很多多組分吸收和多組分精餾同屬傳質(zhì)分離過(guò)程，它們之間有很多共同的地方，但吸收過(guò)程有它自身的特點(diǎn)，在一定程度上，它共

13、同的地方，但吸收過(guò)程有它自身的特點(diǎn)，在一定程度上，它比多元精餾更為復(fù)雜：比多元精餾更為復(fù)雜：(1). 吸收塔是兩端進(jìn)料，兩端出料，而常規(guī)的精餾塔是從中間吸收塔是兩端進(jìn)料，兩端出料，而常規(guī)的精餾塔是從中間進(jìn)料，上下兩端出料，所以吸收液和尾氣的組成比常規(guī)多組分進(jìn)料，上下兩端出料，所以吸收液和尾氣的組成比常規(guī)多組分精餾的物料分配更難以預(yù)測(cè)。精餾的物料分配更難以預(yù)測(cè)。 (2). 多組分吸收處理的物料沸點(diǎn)范圍很寬，相對(duì)揮發(fā)度相差大，多組分吸收處理的物料沸點(diǎn)范圍很寬，相對(duì)揮發(fā)度相差大，在近似估算時(shí)有的重組分可視為不揮發(fā)液體，有的輕組分可視在近似估算時(shí)有的重組分可視為不揮發(fā)液體，有的輕組分可視為不凝性氣體。

14、多組分精餾處理物系的沸點(diǎn)范圍相對(duì)較窄。為不凝性氣體。多組分精餾處理物系的沸點(diǎn)范圍相對(duì)較窄。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法13(3).多組分精餾塔屬于雙向傳質(zhì)過(guò)程，氣相中重組分部分凝結(jié)多組分精餾塔屬于雙向傳質(zhì)過(guò)程，氣相中重組分部分凝結(jié)的同時(shí)液相中的輕組分發(fā)生部分氣化，汽液相流率可以作恒摩的同時(shí)液相中的輕組分發(fā)生部分氣化，汽液相流率可以作恒摩爾流率假設(shè)。多組分吸收屬于單向傳質(zhì)過(guò)程，在吸收塔中，由爾流率假設(shè)。多組分吸收屬于單向傳質(zhì)過(guò)程，在吸收塔中，由于溶質(zhì)組分被吸收劑吸收，因此氣相流率沿塔高不斷減少，而于溶質(zhì)組分被吸收劑吸收，因此氣相流率沿塔高不斷減少，而液相流率沿塔高不斷增加，汽液相流率不可以作恒摩爾流

15、率假液相流率沿塔高不斷增加，汽液相流率不可以作恒摩爾流率假設(shè)從而增加了計(jì)算的復(fù)雜性。設(shè)從而增加了計(jì)算的復(fù)雜性。 (4). 多組分吸收過(guò)程中存在溶解熱，各平衡級(jí)溫度要通過(guò)熱量多組分吸收過(guò)程中存在溶解熱，各平衡級(jí)溫度要通過(guò)熱量恒算；而多組分精餾各級(jí)溫度可通過(guò)求泡點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。恒算；而多組分精餾各級(jí)溫度可通過(guò)求泡點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法14 多組分吸收塔模型：多組分吸收塔模型：右圖為具有右圖為具有N個(gè)絕熱平衡級(jí)的多組分吸收個(gè)絕熱平衡級(jí)的多組分吸收塔，平衡級(jí)數(shù)排序自下而上。氣體進(jìn)料塔，平衡級(jí)數(shù)排序自下而上。氣體進(jìn)料V0在塔底，吸收劑進(jìn)料（在塔底，吸收劑進(jìn)料（LN+1)在塔頂在塔頂.設(shè)計(jì)變量分

16、析：設(shè)計(jì)變量分析： ND=N+2C+5給定變量：給定變量：氣體混合物溫度、壓力、流量、組成氣體混合物溫度、壓力、流量、組成(C+2)液體吸收劑溫度、壓力、流量、組成液體吸收劑溫度、壓力、流量、組成(C+2)各平衡級(jí)壓力各平衡級(jí)壓力(N)平衡級(jí)數(shù)平衡級(jí)數(shù)(1)多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法n321N-1N-2N VN LN+1 V0 L115 基本關(guān)系式及逐級(jí)計(jì)算公式基本關(guān)系式及逐級(jí)計(jì)算公式 多組分吸收逐級(jí)同樣是以組分流率為變量，各變量定義如多組分吸收逐級(jí)同樣是以組分流率為變量，各變量定義如下：下： ln,i=Lnxn,i 第第n級(jí)級(jí)i組分液相流率組分液相流率vn,i=Vnyn,i 第第n級(jí)級(jí)i組分汽

17、相流率組分汽相流率An,i=Ln/(Vnkn,i) 吸收因子（吸收因子（n級(jí)，級(jí)，i組分）組分）Sn,i=Vnkn,i/Ln 蒸出因子（蒸出因子（n級(jí)，級(jí)，i組分）組分）組分流率表示的相平衡關(guān)系式：組分流率表示的相平衡關(guān)系式： lni=Anivni; vni=Snilni多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法16逐級(jí)計(jì)算公式推導(dǎo)：逐級(jí)計(jì)算公式推導(dǎo)：多組分吸收的逐級(jí)計(jì)算公式是將各平衡級(jí)組分物料平衡關(guān)系式組分吸收的逐級(jí)計(jì)算公式是將各平衡級(jí)組分物料平衡關(guān)系式與相平衡關(guān)系式相結(jié)合，自下而上逐級(jí)關(guān)聯(lián)導(dǎo)出的。與相平衡關(guān)系式相結(jié)合，自下而上逐級(jí)關(guān)聯(lián)導(dǎo)出的。第第1級(jí)的關(guān)系式級(jí)的關(guān)系式(平衡級(jí)如右圖所示）平衡級(jí)如右圖所示）根

18、據(jù)根據(jù) 組分物料平衡關(guān)系得到：組分物料平衡關(guān)系得到：l2,i+ v0,i =v1,i+ l1,i根據(jù)相平衡關(guān)系得到：根據(jù)相平衡關(guān)系得到：l1,i= A1,iv1,i，代入上式，代入上式 l2,i+v0,i=v1,i+A1,iv1i=v1,i(1+A1,i)第一級(jí)組分汽液相流率計(jì)算公式：第一級(jí)組分汽液相流率計(jì)算公式：多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法1 v0i l1i v1i l2ii , 1i , 1i , 1A1vli , 1vAlvi , 1i ,oi , 217第第2級(jí)的關(guān)系式級(jí)的關(guān)系式(平衡級(jí)如右圖所示）平衡級(jí)如右圖所示）i組分物料平衡關(guān)系及相平衡關(guān)系：組分物料平衡關(guān)系及相平衡關(guān)系：l3,i+

19、v1,i =v2,i+ l2,i=v2,i(1+ A2,i ) 所以：所以：將第一級(jí)將第一級(jí)v1,i關(guān)系式代入：關(guān)系式代入：v2,i(1+A2,i)(1+A1,i)=l3,i(1+A1,i)+A2,iv2,i+v0,iV2,i(1+A1,i+A1,iA2,i)=l3,i(1+A1,i)+v0,I第二級(jí)組分汽液相流率計(jì)算公式：第二級(jí)組分汽液相流率計(jì)算公式：i , 2i , 1i , 0i , 2i , 3A1A1vlli , 2vi , 2i , 1i , 3i , 2A1vlv多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法2 v1i l2i v2i l3ii ,2i ,2i ,2i ,2i , 1i , 1i ,0

20、i , 3i , 1i ,2vAlvAAA1vl )A1 (18第第3級(jí)的關(guān)系式級(jí)的關(guān)系式(平衡級(jí)如右圖所示）平衡級(jí)如右圖所示）i組分物料平衡關(guān)系及相平衡關(guān)系：組分物料平衡關(guān)系及相平衡關(guān)系：l4,i+ v2,i =v3,i+ l3,i=v3,i(1+ A3,i ) 所以：所以：將第二級(jí)將第二級(jí)v2,i關(guān)系式代入：關(guān)系式代入：v3,i(1+A3,i)(1+A1,i+A1,iA2,i)=l4,i(1+A1,i+A1,iA2,i)+(1+A1,i)A3,iv3,i+v0,iv3,i(1+A1,i+A1,iA2,i+A1,iA2,iA3,i)=l4,i(1+A1,i+A1,iA2,i)+v0,I第三級(jí)

21、組分汽液相第三級(jí)組分汽液相流率計(jì)算公式：流率計(jì)算公式：i , 3i ,2i , 1i , 1i ,0i , 3i , 1i ,4A1AAA1vl )A1 (li , 3vi , 3i , 2i , 4i , 3A1vlv多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法3 v2i l3i v3i l4ii , 3i , 3i , 3i , 3i , 2i , 1i , 2i , 1i , 1i , 0i , 4i , 2i , 1i , 1i , 3vAlvAAAAAA1vl )AAA1 (19將推導(dǎo)出來(lái)的三個(gè)平衡級(jí)的組分汽相流率公式進(jìn)行比較：將推導(dǎo)出來(lái)的三個(gè)平衡級(jí)的組分汽相流率公式進(jìn)行比較：按上面規(guī)律，第四平衡級(jí)組分

22、汽相流率公式：按上面規(guī)律，第四平衡級(jí)組分汽相流率公式： l4,i=A4,iv4,ii , 3i ,2i , 1i ,2i , 1i , 1i ,0i ,4i ,2i , 1i , 1i ,2i , 1i , 1i ,0i , 3i , 1i , 1i ,0i ,2AAAAAA1vl )AAA1 (i , 3AAA1vl )A1 (i , 2A1vli , 1vvv多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法i ,4i , 3i ,2i , 1i , 3i ,2i , 1i ,2i , 1i , 1i ,0i , 5i , 3i ,2i , 1i ,2i , 1i , 1AAAAAAAAAA1vl )AAAAAA1

23、 (i , 4v20同樣，第同樣，第n級(jí)的關(guān)系式為：級(jí)的關(guān)系式為： ln,i=An,ivn,i上面公式即為多組分吸收過(guò)程的逐級(jí)計(jì)算通式上面公式即為多組分吸收過(guò)程的逐級(jí)計(jì)算通式。對(duì)于最后一級(jí)第對(duì)于最后一級(jí)第N級(jí)級(jí)lN,i=ANivN,ii ,ni , 1i , 3i , 2i , 1i , 2i , 1i , 1i , 0i , 1ni , 1ni , 1i , 2i , 1i , 1i ,nAAAAAAAA1vl )AAAAA1 (v 多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法i ,Ni , 1i , 3i , 2i , 1i , 2i , 1i , 1i , 0i , 1Ni , 1Ni , 1i , 2i

24、, 1i , 1i ,NAAAAAAAA1vl )AAAAA1 (v 21由第由第N個(gè)平衡級(jí)的計(jì)算公式可知：個(gè)平衡級(jí)的計(jì)算公式可知：vN,i與與lN+1,i、v0,i和各平衡級(jí)上和各平衡級(jí)上i組分的吸收因子有關(guān)，組分的吸收因子有關(guān)，lN+1,i和和v0,i為給定的已知條件，如果能為給定的已知條件，如果能夠再計(jì)算出各平衡級(jí)上夠再計(jì)算出各平衡級(jí)上i組分的吸收因子，就可以利用公式計(jì)組分的吸收因子，就可以利用公式計(jì)算出算出vN,i和和lN,i，然后利用逐級(jí)計(jì)算公式依次從第，然后利用逐級(jí)計(jì)算公式依次從第N-1級(jí)開始，逐級(jí)開始，逐級(jí)向下計(jì)算到第級(jí)向下計(jì)算到第1級(jí)。級(jí)。計(jì)算出計(jì)算出: vN-1,i,lN-1

25、,ivN-2,i,lN-2,i vn,i, ln,i v2,i,l2,i v1,i,l1,i吸收因子吸收因子An,i=Ln/(Vnkn,i) ，而，而Ln，Vn，kn,i均未未知變量，因而均未未知變量，因而和多組分精餾的逐級(jí)計(jì)算一樣，多組分吸收計(jì)算同樣必須給定和多組分精餾的逐級(jí)計(jì)算一樣，多組分吸收計(jì)算同樣必須給定迭代變量初值。選用迭代變量初值。選用Tn和和Vn為迭代變量，給定初值后就可以為迭代變量，給定初值后就可以進(jìn)行逐級(jí)計(jì)算，然后再利用計(jì)算出的組分汽液相流率對(duì)初值進(jìn)進(jìn)行逐級(jí)計(jì)算，然后再利用計(jì)算出的組分汽液相流率對(duì)初值進(jìn)行校正。行校正。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法22初值的設(shè)定：初值的設(shè)定： 汽相

26、流率汽相流率Vn設(shè)定設(shè)定吸收塔與精餾塔不同，不能像精餾塔那樣按恒摩爾流假定辦法吸收塔與精餾塔不同，不能像精餾塔那樣按恒摩爾流假定辦法對(duì)初值進(jìn)行設(shè)定。由于吸收過(guò)程只進(jìn)行單項(xiàng)傳質(zhì)，可以按對(duì)初值進(jìn)行設(shè)定。由于吸收過(guò)程只進(jìn)行單項(xiàng)傳質(zhì)，可以按“恒恒流率比流率比”的概念來(lái)設(shè)定流率初值。的概念來(lái)設(shè)定流率初值。假定全塔各相鄰級(jí)間氣相流率之比值相等，則假定全塔各相鄰級(jí)間氣相流率之比值相等，則將將N個(gè)比值連乘，得到：個(gè)比值連乘，得到：n1n1NN2N1Nn1n1201VVVVVVVVVVVV Nn1n0N1NN2N1N231201)VV(VVVVVVVVVVVV 多組分吸收的逐級(jí)計(jì)算法23由上式可以推導(dǎo)出各級(jí)氣相

27、流率的計(jì)算公式：由上式可以推導(dǎo)出各級(jí)氣相流率的計(jì)算公式：其中，其中， V0 原料氣流率原料氣流率 VN 吸收后離塔尾氣的流率吸收后離塔尾氣的流率VN我們可以根據(jù)各組分吸收率估定。這樣我們就可以估計(jì)出我們可以根據(jù)各組分吸收率估定。這樣我們就可以估計(jì)出各級(jí)的氣相流率。各級(jí)的氣相流率。液相流率可以根據(jù)全塔的物料衡算式求出：液相流率可以根據(jù)全塔的物料衡算式求出： Ln+1 =Vn+ L1 -V0其中其中:L1 富吸收液流率，可由各組分收率估算富吸收液流率，可由各組分收率估算N/10Nn1n)VV(VV多組分吸收的逐級(jí)計(jì)算法24 平衡級(jí)溫度平衡級(jí)溫度Tn設(shè)定：設(shè)定：多組分吸收的各級(jí)溫度也不能象精餾一樣按

28、線性分布設(shè)定。在多組分吸收的各級(jí)溫度也不能象精餾一樣按線性分布設(shè)定。在吸收塔內(nèi)，溫度變化主要取決于溶解熱，我們假定溫度變化與吸收塔內(nèi)，溫度變化主要取決于溶解熱，我們假定溫度變化與吸收質(zhì)溶解量成比例，溫升比應(yīng)等于溶解量比，所以得到：吸收質(zhì)溶解量成比例，溫升比應(yīng)等于溶解量比，所以得到：整理上式，則可得到自第整理上式，則可得到自第2級(jí)至第級(jí)至第N級(jí)溫度初值的計(jì)算公式：級(jí)溫度初值的計(jì)算公式：1N11n1N0n0TTTTVVVV)TT(VVVVTT1N1N0n011n多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法25式中式中T1是未知的，從全塔看，是未知的，從全塔看，T0，TN+1為已知條件，假設(shè)離開為已知條件，假設(shè)離開吸收

29、塔的氣體溫度吸收塔的氣體溫度TN較進(jìn)入吸收塔的吸收液溫度高較進(jìn)入吸收塔的吸收液溫度高26oC，那，那么就可以利用全塔的熱量平衡解出離塔的富吸收液的溫度么就可以利用全塔的熱量平衡解出離塔的富吸收液的溫度T1。再利用上式求出各級(jí)溫度后，計(jì)算各級(jí)各組分的相平衡常數(shù)再利用上式求出各級(jí)溫度后，計(jì)算各級(jí)各組分的相平衡常數(shù)Kn,i，算出各級(jí)各組分的吸收因子，算出各級(jí)各組分的吸收因子An,i，就可以進(jìn)行首輪逐級(jí)計(jì)，就可以進(jìn)行首輪逐級(jí)計(jì)算。算。用假定的流率與溫度初值，逐級(jí)算出氣相，液相組分流率分布用假定的流率與溫度初值，逐級(jí)算出氣相，液相組分流率分布后，必須通過(guò)迭代計(jì)算對(duì)流率與溫度假設(shè)值不斷加以修正，使后，必須

30、通過(guò)迭代計(jì)算對(duì)流率與溫度假設(shè)值不斷加以修正，使之逐步逼近，最后達(dá)到收斂要求，為避免同時(shí)修正諸變量的復(fù)之逐步逼近，最后達(dá)到收斂要求，為避免同時(shí)修正諸變量的復(fù)雜性，采取流率與溫度分布校正的辦法。雜性，采取流率與溫度分布校正的辦法。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法26迭代變量校正：迭代變量校正： 流率分布的校正流率分布的校正 當(dāng)采用逐級(jí)計(jì)算公式式逐級(jí)計(jì)算出氣液相組分流率后，逐級(jí)當(dāng)采用逐級(jí)計(jì)算公式式逐級(jí)計(jì)算出氣液相組分流率后，逐級(jí)將組分流率值加和即得新一輪氣相流率值：將組分流率值加和即得新一輪氣相流率值：將校正后汽液相流率直接返回重新逐級(jí)計(jì)算組分流率，收斂判將校正后汽液相流率直接返回重新逐級(jí)計(jì)算組分流率，收斂

31、判據(jù)規(guī)定前后兩次計(jì)算出的各級(jí)氣相流率差值應(yīng)小于最大允許偏據(jù)規(guī)定前后兩次計(jì)算出的各級(jí)氣相流率差值應(yīng)小于最大允許偏差。計(jì)算中如發(fā)現(xiàn)新差。計(jì)算中如發(fā)現(xiàn)新Vn值有過(guò)度修正情形時(shí)，可以采取適當(dāng)值有過(guò)度修正情形時(shí)，可以采取適當(dāng)?shù)淖枘岽胧?。流率校正的具體步驟可按下述順序進(jìn)行：的阻尼措施。流率校正的具體步驟可按下述順序進(jìn)行： (1). 輸入原始數(shù)據(jù)，包括用簡(jiǎn)捷估算的級(jí)數(shù)，吸收率，并估算輸入原始數(shù)據(jù)，包括用簡(jiǎn)捷估算的級(jí)數(shù)，吸收率，并估算塔兩端出料狀態(tài)。塔兩端出料狀態(tài)。）（，N, 1nlLvVc1ii ,nnc1ii ,nn多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法27(2) 假設(shè)假設(shè)Vn(k), Tn初值。（初值。（k迭代次數(shù)，

32、開始迭代次數(shù)，開始k=0）。）。(3) 計(jì)算計(jì)算Ln，kni(4) 計(jì)算計(jì)算An,i=Ln/(Vn(k) Kn,i)(5).用逐級(jí)計(jì)算公式自第用逐級(jí)計(jì)算公式自第N級(jí)至第級(jí)至第1級(jí)逐級(jí)計(jì)算出全部級(jí)逐級(jí)計(jì)算出全部vn,i及及l(fā)n,i。(6). 計(jì)算新的計(jì)算新的(7). 從各級(jí)的流率偏差中找出最大者：從各級(jí)的流率偏差中找出最大者：(8). 考察考察 Vmax v(0.001)?如果滿足此條件，則流率校正完成，向下做溫如果滿足此條件，則流率校正完成，向下做溫度校正。度校正。(9). 否則，返回否則，返回(4)，用新的，用新的Vn(k+1)，Ln重新計(jì)算重新計(jì)算)N, 1n(lLvVc1ii ,nnc1

33、ii ,n) 1k(n及max) 1k(kn1knmaxV/ )VV(V多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法282 溫度分布的校正溫度分布的校正 溫度的校正利用熱量平衡解決。有關(guān)符號(hào)定義如下。溫度的校正利用熱量平衡解決。有關(guān)符號(hào)定義如下。溫度溫度Tn下下i組分摩爾焓：組分摩爾焓： 氣相焓氣相焓Hn,i=Hi(Tn);液相焓液相焓 hn,i=hi(Tn)第第n平衡級(jí)物流摩爾焓：平衡級(jí)物流摩爾焓：氣相焓氣相焓液相焓液相焓其中其中 yn,i=vn,i/Vn , xn,i=ln,i/Ln c1ii ,ni ,nnHyHc1ii ,ni ,nnhxh多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法29第第n平衡級(jí)物流焓：平衡級(jí)物流焓： 氣

34、相焓氣相焓 液相焓液相焓 當(dāng)當(dāng)Vn，Ln，yn,i及及xn,i已知時(shí)，物流焓僅為已知時(shí)，物流焓僅為Tn的函數(shù)。的函數(shù)。組分摩爾焓常表示為溫度多項(xiàng)式組分摩爾焓常表示為溫度多項(xiàng)式Hn,i=Ai+BiTn+CiTn2hn,i=ai+biTn+ciTn2將此關(guān)系式代入上式，由將此關(guān)系式代入上式，由Tn可求出物流焓值可求出物流焓值c1ii ,ni ,nnnnHyVHVc1ii ,ni ,nnnnhxLhL多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法30 由于溫度隱含于熱量平衡關(guān)系式，需要迭代求解。首先解由于溫度隱含于熱量平衡關(guān)系式，需要迭代求解。首先解決塔兩端溫度，作全塔熱量平衡決塔兩端溫度，作全塔熱量平衡LN+1hN+1

35、+V0H0 = VNHN+L1h1由于由于TN+1及及T0為已知條件，假定為已知條件，假定TN=TN+1+(26oC)，則可分別，則可分別求出求出C1i1Nii , 1NN1NN0C1iii , 00001Nc1iii , 1N1N1N1N)T(HyVHV)T(HyVHV)T(hxLhL多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法31得出關(guān)于得出關(guān)于T1的關(guān)系式的關(guān)系式L1h1（T1）= LN+1hN+1+V0H0 -VNHN=C1式中式中C1可根據(jù)已知量計(jì)算。假定液相組分摩爾焓的具體表達(dá)可根據(jù)已知量計(jì)算。假定液相組分摩爾焓的具體表達(dá)式為：式為： h1,i=ai+biT1+ciT12則上式為則上式為取收斂函數(shù)為：

36、取收斂函數(shù)為：1c1i21i1iii 1111C)TcTba (xLhL0C)TcTba (xL)T(F1c1i21i1iii 111多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法32F(T1)導(dǎo)函數(shù)為：導(dǎo)函數(shù)為：對(duì)于對(duì)于F(T1)可方便地用牛頓迭代法求得可方便地用牛頓迭代法求得T1值，值，計(jì)算步驟：先設(shè)計(jì)算步驟：先設(shè)T1(r)初值，初值，r代表迭代次數(shù)，算出代表迭代次數(shù)，算出F(T1(r)后，后，考察是否滿足考察是否滿足 F(T1(r)T。如不滿足判據(jù)要求，按如不滿足判據(jù)要求，按T1(r+1)= T1(r)-F(T1(r)/ F(T1(r)求出新的求出新的T1(r+1)，重新計(jì)算，直至滿足收斂要求。，重新計(jì)算，直

37、至滿足收斂要求。c1i1iii 1111)Tc2b(xL)T(FTF多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法33求出求出T1之后，自下而上逐級(jí)作熱量平衡計(jì)算各級(jí)溫度。之后，自下而上逐級(jí)作熱量平衡計(jì)算各級(jí)溫度。作第作第1平衡級(jí)熱量平衡平衡級(jí)熱量平衡V1H1+L1h1+V0H0+L2h2T0為已知，且由全塔熱平衡已算出為已知，且由全塔熱平衡已算出T1，故可列出關(guān)于，故可列出關(guān)于T2的方程。的方程。L2h2(T2) =V1H1+L1h1-V0H0=C2多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法1 V0 L1 V1 L20C)TcTba (xL)T(F2c1i22i2iii 22234同理，可用牛頓迭代法求出同理，可用牛頓迭代法求出T

38、2。依次類推，作第依次類推，作第2級(jí)至級(jí)至N-1級(jí)熱量恒算。級(jí)熱量恒算。多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法0C)TcTba (xL)T(F1N0C)TcTba (xL)T(F1n0C)TcTba (xL)T(F30C)TcTba (xL)T(F2Nc1i2NiNiiNiNNnc1i2niniininn4c1i24i4iii 4343c1i23i3iii 333級(jí)級(jí)級(jí)第級(jí)第35由此逐級(jí)求出的由此逐級(jí)求出的TN與原假設(shè)的與原假設(shè)的TN相比較，兩者相差是否在允相比較，兩者相差是否在允許偏差范圍之內(nèi)，如果符合要求，本次迭代所得各級(jí)溫度即為許偏差范圍之內(nèi)，如果符合要求，本次迭代所得各級(jí)溫度即為新一輪迭代溫度，否則

39、需重設(shè)新一輪迭代溫度，否則需重設(shè)TN值，再用全塔熱量平衡關(guān)系值，再用全塔熱量平衡關(guān)系求求T1，然后逐級(jí)算出溫度，又得出新，然后逐級(jí)算出溫度，又得出新TN，再與假設(shè)，再與假設(shè)TN比較，比較，考察兩者差值是否在允許偏差范圍之內(nèi)，如此反復(fù)直到符合要考察兩者差值是否在允許偏差范圍之內(nèi)，如此反復(fù)直到符合要求。求。 整個(gè)迭代計(jì)算中流率校正及溫度校正分別在內(nèi)循環(huán)及外循整個(gè)迭代計(jì)算中流率校正及溫度校正分別在內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)中進(jìn)行，最后要求算出的流率值及溫度值同時(shí)滿足各自的收環(huán)中進(jìn)行，最后要求算出的流率值及溫度值同時(shí)滿足各自的收斂判據(jù)要求。流率值的收斂判據(jù)斂判據(jù)要求。流率值的收斂判據(jù) vmax v前面已經(jīng)提到，溫度前面已經(jīng)提到，溫度值判據(jù)如下：值判據(jù)如下：)001. 0(N)TT(SDTTC1i2)nn(j) 1nn(j多組分 吸收的逐級(jí)計(jì)算法36計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：1）輸入已知條件）輸入已知條件T0，P0，V0，y0i，TN+1，PN+1，LN+1，xN+1,i，平衡級(jí)數(shù)平衡級(jí)數(shù)N，各平衡級(jí)壓力，各平衡級(jí)壓力Pn，計(jì)算用常數(shù)，計(jì)算精度，計(jì)算用常數(shù)，計(jì)算精度 V, V, 2）按恒流率比設(shè)定各級(jí)汽相流率初值）按恒流率比設(shè)定各級(jí)汽相流率初值Vn0，計(jì)算各級(jí)，計(jì)算各級(jí)Ln3）假設(shè)