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1.2.6.1气体在电解质水溶液中的溶解度10 1.2.6.2气体在非电解质水溶液中的溶解度12 1.2.7化学吸收的相平衡12 1.2.8若干体系的气液平衡数据15 1.2.9预测型分子热力学预测溶解度29 1.2.9.1状态方程法29 1.2.9.2活度系数法35 1.3连续接触设备填料塔设计计算38 1.3.1设计步骤38 1.3.1.1溶剂选择38 1.3.1.2操作条件的确定38 1.3.1.3溶剂用量液气比的确定38 1.3.1.4设备选择40 1.3.1.5塔径的确定40 1.3.1.6塔高的计算41 1.3.2单相与相际传质速度方程41 1.3.3传质单元数与传质单元高度44 1.3.3.1定义44 1.3.3.2传质单元数的计算46 1.3.4传质系数和有效传质表面的通用关联式51 1.3.4.1Billet模型51 1.3.4.2ＳＲＰⅡ模型56 1.3.4.3修正的恩田Onda模型59 1.3.5传质系数与传质单元高度的数据61 1.3.6填料塔的当量高度HETP68 1.4阶段接触设备板式塔的设计计算70 1.4.1平衡级理论级方法70 1.4.2图解法求平衡级数70 1.4.3解析法求平衡级数71 1.4.3.1贫气吸收或解吸71 1.4.3.2富气吸收74 1.4.4多组分吸收解吸严格算法76 1.4.4.1基本方程组76 1.4.4.2独立变量数及其指定77 1.4.5级板效率77 1.4.6利用MS Excel软件处理板式塔流体力学和塔板效率数据81 1.4.6.1流体力学数据计算81 1.4.6.2塔板效率数据83 1.4.7气液固三相流体力学和塔板效率84 1.4.7.1气液固三相流体力学84 1.4.7.2气液固三相塔板效率86 1.5非等温吸收87 1.5.1吸收过程的热效应87 1.5.2非等温吸收近似算法88 1.5.3严格算法88 1.6化学吸收92 1.6.1概述92 1.6.2化学吸收分类93 1.6.3增强因子94 1.6.4化学吸收速率94 1.6.4.1一级和拟一级不可逆反应95 1.6.4.2瞬间不可逆反应97 1.6.4.3化学吸收的传质模型与增强因子99 1.6.5化学吸收过程模拟与解101 1.6.6化学吸收设备的选型与计算103 1.6.6.1化学吸收设备的选型103 1.6.6.2填料吸收反应器104 1.6.6.3板式吸收塔112 1.7气体的解吸115 1.7.1概述115 1.7.2物理解吸115 1.7.2.1物理解吸的计算115 1.7.2.2吸收蒸出解吸塔116 1.7.2.3物理解吸的选择性118 1.7.3有化学反应的解吸118 1.7.3.1概述118 1.7.3.2解吸塔设计120 1.8吸收过程在石油化学工业中的应用120 1.8.1催化裂化吸收稳定过程121 1.8.1.1概述121 1.8.1.2吸收解吸过程的模拟121 1.8.1.3吸收解吸流程的改进125 1.8.1.4塔设备的设计和改进127 1.8.2CO2及H2S的脱除129 1.8.2.1CO2的脱除129 1.8.2.2典型工艺过程及设备设计130 1.8.2.3H2S的脱除140 1.8.3SO2的脱除140 1.8.3.1SO2脱除方法140 1.8.3.2氨法脱SO2的化学反应过程141 1.8.3.3气液平衡141 1.8.3.4热效应142 1.8.3.5氨酸法的工艺流程142 1.8.3.6工艺与设备设计参数142 1.8.3.7氨法在电厂烟气脱硫中的应用146 主要符号说明147 参考文献149 第2章液液萃取 2.1概述154 2.1.1液液萃取过程的特点154 2.1.2液液萃取在石油化工中的应用154 2.2液液萃取平衡及其数学模型156 2.2.1分配系数和分离系数156 2.2.2相图157 2.2.3液液萃取平衡的热力学基础158 2.2.4液液萃取平衡的预测——ＵＮＩＦＡＣ方程160 2.3液液萃取过程的设计计算164 2.3.1单级萃取过程164 2.3.2多级错流萃取和多级逆流萃取165 2.3.3连续逆流萃取过程167 2.3.4复合萃取169 2.3.5用于复杂体系的矩阵解法174 2.4考虑纵向混合的萃取塔的设计计算176 2.4.1萃取塔内的纵向混合176 2.4.2考虑纵向混合的萃取塔的数学模型177 2.4.3扩散模型及其近似解法178 2.5萃取设备的分类和选型182 2.5.1萃取设备的分类182 2.5.2常用萃取设备183 2.5.3萃取塔的比较和选型190 2.6填料萃取塔的设计计算192 2.6.1填料萃取塔的特点192 2.6.2设计计算步骤194 2.6.3塔径的计算195 2.6.4塔高的计算198 2.6.5设计计算举例201 2.7转盘萃取塔（ＲＤＣ）的性能、设计和改进203 2.7.1概述203 2.7.2转盘萃取塔液泛速度的计算205 2.7.3转盘萃取塔传质特性的计算206 2.7.4转盘塔的纵向混合207 2.7.5设计计算举例208 2.7.6转盘萃取塔的改进212 主要符号说明214 参考文献215 第3章吸附与变压吸附 3.1吸附过程基础理论218 3.1.1吸附基本原理218 3.1.2物理吸附和化学吸附219 3.1.3吸附热力学基础220 3.1.3.1吸附平衡220 3.1.3.2吸附热224 3.1.4吸附动力学基础225 3.1.4.1吸附过程速度225 3.1.4.2固定床吸附动态特性226 3.2吸附剂229 3.2.1特性参数229 3.2.2常用吸附剂230 3.2.2.1硅胶silica gel，SG参见第3.7节230 3.2.2.2活性氧化铝activated alumina231 3.2.2.3活性炭activated carbon，AC231 3.2.2.4沸石分子筛zeolite molecular sieves，MS或ZMS232 3.2.2.5碳分子筛carbon molecular sieves，CMS或MSC234 3.2.2.6活性碳纤维activated carbon fiber，ACF235 3.2.2.7浸渍活性炭impregnated activated carbon235 3.2.2.8合成聚合物synthetie polymers235 3.2.3物理性质235 3.3吸附分离工艺236 3.3.1吸附分离程度的判别236 3.3.2吸附剂对气体的选择性237 3.3.2.1选择分离机理237 3.3.2.2吸附剂与吸附质之间的相互作用对选择性的影响238 3.3.2.3同种吸附剂结构对选择性的影响239 3.3.3吸附分离工艺的分类240 3.3.3.1吸附剂再生方法分类240 3.3.3.2运行方式分类242 3.4变温吸附循环工艺及其应用243 3.4.1变温吸附工艺243 3.4.2变温吸附应用244 3.4.2.1脱除或回收有机化合物244 3.4.2.2气体中脱除或回收酸性组分250 3.4.2.3低沸点气体的低温净化254 3.4.2.4干燥脱水在第3.7节中专述259 3.5变压吸附pressureswing adsorption，PSA循环工艺及其应用259 3.5.1变压吸附原理流程和特点259 3.5.1.1变压吸附原理流程259 3.5.1.2变压吸附工艺对吸附剂的要求259 3.5.1.3吸附塔死空间体积的重要性261 3.5.1.4吸附系数和分离系数261 3.5.2变压吸附工艺261 3.5.2.1从气相提取产品的工艺262 3.5.2.2从吸附相提取产品的工艺267 3.5.2.3同时从气相及吸附相提取产品的工艺268 3.5.3变压吸附技术的应用269 3.5.3.1从富氢气体中回收和提纯氢气269 3.5.3.2从变换气中制取合成气277 3.5.3.3空气干燥及脱除二氧化碳279 3.5.3.4从空气中制取富氧、纯氮、纯氧281 3.5.3.5天然气净化287 3.5.3.6从煤层气中浓缩甲烷288 3.5.3.7从混合气中提取二氧化碳288 3.5.3.8从混合气中提取一氧化碳290 3.5.3.9从工厂废气中回收有机溶剂292 3.5.3.10潜水呼吸气的净化293 3.5.3.11垃圾填埋气净化回收甲烷294 3.5.3.12炼油厂催化裂化干气提浓回收乙烯296 3.5.3.13液相吸附分离石脑油中的芳烃298 3.6其它的循环吸附工艺298 3.6.1置换冲洗displacementpurgeAdsorption，DPA工艺298 3.6.2变压参数泵pressure swing parametric pumping吸附工艺301 3.6.3循环区域吸附cycling zone adsorption，CZA工艺301 3.6.4色谱分离chromatographic separations工艺302 3.6.5移动床moving bed吸附工艺305 3.6.6流化床fluidized bed吸附工艺307 3.6.7模拟移动床simulated moving bed，SMB吸附工艺309 3.7气体吸附干燥脱水工艺312 3.7.1吸附干燥的原理及意义312 3.7.2湿气体的性质312 3.7.2.1绝对湿度ψa312 3.7.2.2相对湿度ψr312 3.7.2.3比湿度d313 3.7.2.4露点td313 3.7.2.5湿气体比热容cH313 3.7.2.6湿气体比焓I314 3.7.3干燥方法314 3.7.4吸附干燥的基本原理315 3.7.5常用的吸附干燥剂316 3.7.5.1硅胶（可参见第3.2.2.1节）316 3.7.5.2活性氧化铝参见第3.2.2.2节316 3.7.5.3分子筛参见第3.2.2.4节317 3.7.6再生方法317 3.7.7变温吸附干燥工艺317 3.7.7.1TSA干燥工艺流程318 3.7.7.2TSA干燥装置设计原则320 3.7.7.3节能流程330 3.7.7.4转轮式干燥器331 3.7.8变压吸附干燥工艺332 3.7.8.1PSA干燥工艺流程332 3.7.8.2PSA干燥装置设计原则333 3.7.8.3PSA干燥、操作条件334 3.7.9吸附干燥的特点及适用场合335 3.8固定床吸附塔的结构335 3.8.1轴流塔335 3.8.2径流塔336 3.8.3嵌入式蜂窝状板块径流塔337 3.8.4换热型吸附塔337 3.9转轮吸 內容試閱： 主要流程模拟软件介绍 Aspen Plus 　Aspen Plus是美国Aspen Tech公司的流程模拟软件，该软件由美国麻省理工学院MIT组织开发并于1981年完成，经过30多年的不断改进和完善，已成为公认的标准大型流程模拟软件。Aspen Plus的物性库庞大，热力学方法全面，不仅可用于普通热力学体系，也可以用于石油组分体系、电解质体系、聚合物体系、含固体的系统等，应用领域包括炼油、石化、化工、制药、电力、冶金等各种过程行业。Aspen Plus是稳态流程模拟软件，其基本算法为序贯模块法，初步收敛后也可切换到EO算法（Equation Oriented，基于方程的算法），利用EO算法收敛速度快的特点，可对流程进行更全面的研究。 　 PROII 　PROII是一个历史悠久、通用性流程模拟软件，由美国SimSci-Esscor公司开发，现为INVENSYS公司的子公司。PROII软件是稳态流程模拟软件，采用序贯模块法，其界面简洁、模型可靠、算法稳定，为从炼油到化工等各种过程行业提供了全面、有效和易于使用的解决方案。 　 Aspen HYSYS 　HYSYS原是加拿大Hyprotech公司产品，2002年美国AspenTech公司将Hyprotech公司收购，HYSYS成为Aspen Tech公司旗下的产品，2004年美国Honeywell公司也获得了HYSYS的所有权，在此基础上推出了自己的流程模拟软件-UniSim。HYSYS软件操作界面友好，结构灵活，同时支持稳态模拟和动态模拟，非常适于工艺人员使用。 　 gPROMS 　gPROMS是英国PSE公司Process System Enterprise Ltd.开发的的通用工艺过程模拟系统。PSE公司立足于英国帝国理工学院，该学院曾开发出基于联立方程法的流程模拟软件SpeedUp，后来被Aspen Tech公司收购，改名为ACM（Aspen Custom Modeler）。1992年SpeedUp的研究人员又开发出了算法更强大、适用范围更广的gPROMS。 　gPROMS是一种面向方程的过程模拟软件。它对对象的描述主要分为两个层次：模型层和物理操作层。“模型层”描述了系统的物理和化学行为，是对象的一个通用机理模型；“物理操作层”则描述了附加在系统外部行为以及扰动。另外，还有一个模型实体“过程块”，它由具体实例模型数据以及外部操作组成，表述一个模型的具体实例。 　 ChemCAD 　ChemCAD系列软件是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件。用它可以在计算机上建立与现场装置吻合的数据模型，并通过装置的稳态模型或动态模型，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。 　ChemCAD系列软件可用于：蒸馏萃取模拟、各种反应模拟、电解质体系的模拟、设备设计、换热器网络优化、环境影响计算、安全性能分析、投资费用估算、火炬总管系统和公用工程网络计算等。 　 VMGSim 　加拿大VMG集闭Virtual Materials Group,其总部位于加拿大卡尔加里市，该公司主要致力于开发质优价廉的用于流程工业的软件。多年来，VMG为从事烃加工行业、化学工业及石油化学工业的客户提供了大量的经过验证、非常准确的热力学性质预测包。VMG 的热力学模型是基于大量的实验数据开发而成的，其热力学数据库中纯组分数高达5600个，并且由VMG技术支持队伍做开发支持。VMG的核心人员是HYSIMHYSYS的原始开发人员，VMG还与美国国家标准与技术研究院的热力学研究中心有着密切的工作联系。 　 Design II 　Design II是美国WinSim Inc.公司开发的流程模拟软件。它有强大的图形用户界面，可以将计算结果传递给Excel；含有50多个热力学方法、880多个组分的数据库，一次可模拟多达9999个单元模块和物流的流程，包括了所有主要的单元操作，其应用领域有炼油、石化、化工、气体加工、管道、制冷、工程建设和咨询等。 　 ProMax 　ProMax原TSWEET和PROSIM是一个强大而灵活的流程模拟软件，由美国布莱恩研究与工程公司BR&E开发。在世界范围内广泛地应用于天然气加工处理、石油炼制等石油化工行业中。ProMax采用C++面向对象的语言设计，使其能够与Microsoft Visio、Excel和Word等常用软件很好地结合，大大扩展了其前身TSWEET 和PROSIM的能力。 　ProMax软件主要应用领域和功能包括：天然气处理、气体液体脱硫、甘醇法脱水水合物预测、硫磺回收与尾气净化、碱法处理酸气、酸性水处理、石油炼制、化学过程与反应器模拟、换热器的设计与核算、各种塔板的水力学计算、容器计算和管网系统计算等。 　 Aspen HYSYS Petroleum Refining 　Aspen HYSYS Petroleum Refining（以前称为Aspen RefSys）是Aspen Tech公司出品的炼油装置专用流程模拟系统，它以HYSYS软件为平台，融合了世界领先的炼油反应器机理模型，如AspenTech催化裂化、重整、加氢裂化和加氢精制反应模型。通过对炼油厂全厂的模拟，可以发现潜在的经济效益，也可以协助建立准确的炼厂的线性规划模型，使计划调度系统的优化结果更准确。 　Petroleum Refining炼油专用功能包括原油化验数据的管理、产品和原料的调合模拟、炼油专用原油蒸馏塔模拟、炼油专用物性动态更新等。 　Petroleum Refining融合了Spiral 软件公司的原油数据库，用户可以检索库中的几百种原油，还可以建立自己的原油库；Petroleum Refining能模拟和预测100多种炼油专用物性。 　Petroleum Refining能完整模拟炼油厂的生产流程，并为线性规划系统（PIMS）提供产率矢量，便于生产计划、调度的优化。 　Petroleum Refining的反应器都是严格的模型，包括：催化裂化模型——可以模拟多家专利商催化裂化反应器、催化重整反应模型——可以模拟连续重整和半再生式重整装置、加氢裂化和加氢精制模型——可以模拟多家专利商的反应器及各类反应。 　 Petro-Sim 　Petro-Sim是英国KBC Advanced Technology公司出品的炼油装置专用流程模拟系统。KBC是一家业内领先的独立咨询与服务集团，帮助全球炼油、石化、过程行业的业主与经营者改进业绩与提高资产价值。1999年KBC公司与Hyprotech公司联合开发了炼油装置模拟软件HYSYS.Refinery，在Aspen Tech公司收购了Hyprotech公司之后，2004年KBC公司从Aspen Tech公司获得了HYSYS.Refinery软件的源代码，并在此基础上开发了Petro-Sim。 　Petro-Sim软件是把图形化的流程模拟器和先进的KBCProfimatics炼油装置模型结合起来的、基于界面的先进模拟工具。Petro-SIM可以根据实验室数据或者利用有400多种国际油品的商业原油数据库来建立自己的化验数据库。另外它可以进行单元优化、清洁燃料研究、实时优化、故障排除研究和操作过程监视等。它还提供了最完整的一套反应模型，可以用来模拟一个装置或者进行炼厂全厂的模拟。Petro-SIM包含多种炼厂专用单元操作模型：FCC-SIM 用于流化床反应器模拟；REF-SIM 用于重整装置模拟；HCR-SIM 用于加氢裂化装置模拟；DC-SIM 用于延迟焦化装置模拟；VIS-SIM 用于减粘裂化装置模拟；NHTR-SIM、 DHTR-SIM、VGOHTR-SIM、RHDS-SIM分别用于石脑油加氢装置模拟、柴油加氢装置模拟、减压柴油加氢装置模拟和渣油加氢脱硫装置模拟等。

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