化工分离工程 (2)优秀课件.ppt

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1、化工分离工程化工分离工程第1页，本讲稿共64页内容：内容：各组分物系汽液平衡 单级平衡过程的计算第2页，本讲稿共64页第二章 单级平衡过程第一节第一节 相平衡相平衡第二节第二节 多组分物系的泡点和露点计算多组分物系的泡点和露点计算第三节第三节 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算第3页，本讲稿共64页第一节第一节 相平衡相平衡返回 2.1.1相平衡条件相平衡条件2.1.2 相平衡常数的计算相平衡常数的计算返回第4页，本讲稿共64页2.1.1 相平衡条件相平衡条件一、相平衡条件一、相平衡条件 相平衡：相平衡：由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理理 平衡而共存状态

2、。平衡而共存状态。热力学上看热力学上看物系的自由焓最小物系的自由焓最小 动力学上看动力学上看相间表观传递速率为零相间表观传递速率为零第5页，本讲稿共64页相平衡条件：相平衡条件：第6页，本讲稿共64页引入逸度系数引入逸度系数 ：if f引入活度系数引入活度系数 ：ig g 1.1.汽液平衡汽液平衡第7页，本讲稿共64页汽液平衡关系式：汽液平衡关系式：第8页，本讲稿共64页2.2.液液平衡液液平衡u由（由（2-7）：）：第9页，本讲稿共64页二、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：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）第10页，本讲稿共64页三、

3、用三、用 表示相平衡关系表示相平衡关系ijiKa a,返回第11页，本讲稿共64页2.1.2 2.1.2 相平衡常数的计算相平衡常数的计算一、状态方程法一、状态方程法二、活度系数法二、活度系数法 三、三、PTK列线图法列线图法第12页，本讲稿共64页一、状态方程法一、状态方程法u由（由（28）：）：由PVT关系计算LiVif ff f,第13页，本讲稿共64页推导略推导略以V、T为自变量：以P、T为自变量：第14页，本讲稿共64页（215）、（216）适用于气、液、固相，是计算 的普遍化方法。注意：注意：只要知道状态方程只要知道状态方程就可代入求就可代入求第15页，本讲稿共64页二、活度系数法

4、二、活度系数法u由（由（29）：）：已解决 对 ，分别讨论 ig giVf fiOLf恢复第16页，本讲稿共64页1.1.基准态逸度基准态逸度 液相活度系数：液相活度系数：OLif讨论：讨论：可凝性组分基准态可凝性组分基准态 不凝性组分基准态不凝性组分基准态 溶液基准态溶液基准态第17页，本讲稿共64页（1）可凝性组分基准态）可凝性组分基准态 取基准态：取基准态：第18页，本讲稿共64页的计算：第19页，本讲稿共64页（221）有二个校正系数：第20页，本讲稿共64页（2）不凝性组分基准态）不凝性组分基准态 取基准态：取基准态：H化工计算解决第21页，本讲稿共64页液相活度系数液相活度系数第2

5、2页，本讲稿共64页三、活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式三、活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式计算计算Ki的普遍化形式（用于严格计算）的普遍化形式（用于严格计算）第23页，本讲稿共64页各种简化形式：各种简化形式：1.汽相是理想气体，液相是理想溶液。汽相是理想气体，液相是理想溶液。完全理想系完全理想系适用物系：适用物系：P1,为正偏差非理想溶液为正偏差非理想溶液 1,为负偏差非理想溶液为负偏差非理想溶液第25页，本讲稿共64页 3.汽液相均为理想溶液。汽液相均为理想溶液。适用物系适用物系:中压下烃类混合物中压下烃类混合物.第26页，本讲稿共64页 4.汽相为理想溶液汽相为理想溶液,液相为

6、非理想溶液。液相为非理想溶液。第27页，本讲稿共64页u三、求解相平衡常数的三、求解相平衡常数的P-T-K列线图法列线图法第28页，本讲稿共64页例例21：计算乙烯的相平衡常数：计算乙烯的相平衡常数 实验值：已知：已知：T=311K P=344.2kPa Tc=282.4K Pc=5034.6kPa 解：解：1.按理想气体、理想溶液计算按理想气体、理想溶液计算 2.汽液均按理想溶液计算汽液均按理想溶液计算 A.逸度系数法逸度系数法 B.列线图法列线图法 与实验值相近第二节 多组分物系的泡点和露点计算2.2.1 泡点温度和压力的计算泡点温度和压力的计算 2.2.2 露点温度和压力的计算露点温度和

7、压力的计算第29页，本讲稿共64页露点压力露点温度泡点压力泡点温度求解量规定量（C个）计算类型汽液平衡时：汽液平衡时：第30页，本讲稿共64页2.2.1 2.2.1 泡点温度和压力的计算泡点温度和压力的计算 u变量分析变量分析(书中分析书中分析k）：）：第31页，本讲稿共64页一、泡点温度的计算一、泡点温度的计算1.平衡常数与组成无关的情况平衡常数与组成无关的情况iiiVViifb32fTP.iiiiiiKK-1iiiSbbbf f-.23LLifKTTTTKTKPPKTPK=+=-=.321*),(43数据回归数据回归计算计算图查得图查得第32页，本讲稿共64页采用泡点方程：采用泡点方程：第

8、33页，本讲稿共64页1.000.95131.3440.37910098 110 70 T（设）例23：计算塔釜温度（完全理想系）已知：已知：1.2.、3.常压操作常压操作解法1：用试差法计算wix,T=100第34页，本讲稿共64页例例24：计算烃类混合物的泡点：计算烃类混合物的泡点已知：已知：1.2.压力压力解：用解：用PTK图计算图计算 方法：方法：设T（已知P）KixK图查图查YesNo第35页，本讲稿共64页2.平衡常数与组成有关的情况平衡常数与组成有关的情况采用试差法第36页，本讲稿共64页计算框图：计算框图：开始开始输入输入P、x及有关参数及有关参数设设T并令并令 作第一次迭代作

9、第一次迭代 计算计算计算计算计算计算是否第一次迭代是否第一次迭代圆整圆整计算计算Y调整调整T 有无变化NYN输出输出T、y结束NY图图22第37页，本讲稿共64页 与泡点温度相同，比较与分析如下：与泡点温度相同，比较与分析如下：项目项目求泡点温度求泡点温度（已知（已知P，x）求泡点压力求泡点压力（已知（已知T，x）计算计算相同相同变量变量与函与函数关数关系系相同相同框图框图图（图（22）图（图（23）二、泡点压力的计算二、泡点压力的计算iK第38页，本讲稿共64页求泡点温度求泡点温度求泡点压力求泡点压力泡点方程比较：泡点方程比较：第39页，本讲稿共64页计算框图：计算框图：计算计算计算计算Y开

10、始开始输入输入T、x及有关参数及有关参数估计估计P并令并令 作第一次迭代作第一次迭代 计算计算是否第一次迭代是否第一次迭代圆整圆整计算计算调整调整P 有无变化NYN输出输出P、y结束NY图图23第40页，本讲稿共64页混合物的逸度系数：混合物的逸度系数：2.2.2 2.2.2 露点温度和压力的计算露点温度和压力的计算已知：已知：P（或（或T）,yi1.平衡常数与组成无关的情况平衡常数与组成无关的情况(试差法）试差法）露点方程：露点方程：第41页，本讲稿共64页2.2.平衡常数与组成有关的情况平衡常数与组成有关的情况计算框图：计算框图：计算计算NNY计算计算Y输出输出T、y开始开始输入输入P、y

11、及有关参数及有关参数设设T并令并令 作第一次迭代作第一次迭代 计算计算是否第一次迭代是否第一次迭代圆整圆整计算计算调整调整T 有无变化有无变化NY结束结束第42页，本讲稿共64页第三节第三节 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算闪蒸过程定义：闪蒸过程是连续单级蒸馏过闪蒸过程定义：闪蒸过程是连续单级蒸馏过程。该过程使进料混合物部分汽化或部分程。该过程使进料混合物部分汽化或部分冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。分为部分汽化和部挥发组分较多的液体。分为部分汽化和部分冷凝过程。分冷凝过程。第43页，本讲稿共64页流程示意图：流程示意图：u液体混合物的汽

12、化液体混合物的汽化u气体混合物的冷凝气体混合物的冷凝LiHxL,ViHyV,液体ZF,FFFHPT,T，PLiHxL,ZF,FFFHPT,气体ViHyV,T，P第44页，本讲稿共64页变量分析：变量分析：系统方程系统方程方程数方程数2C+3一般计算后得一般计算后得2C+3个解：个解：第45页，本讲稿共64页第三节第三节 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程等温闪蒸和部分冷凝过程2.3.2 绝热闪蒸过程绝热闪蒸过程第46页，本讲稿共64页2.3.1 2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程等温闪蒸和部分冷凝过程,ixL,iyV,T，P液体ZFPT,iQi,ixL,iyV,T，

13、P气体ZFPFTF,Qu变量数：变量数：3C+8u方程数：方程数：2C+3u指定变量数指定变量数:(3C+8)-(2C+3)=C+5即：即：F、Zi、TF、PF、P、L(或汽化率或汽化率)u变量数：变量数：3C+6u方程数：方程数：2C+3 u指定变量数指定变量数:(3C+6)-(2C+3)=C+3 即：即：F、Zi、T、P第47页，本讲稿共64页一、汽液平衡常数与组成无关一、汽液平衡常数与组成无关 1.1.联立求解联立求解2C+32C+3个方程个方程对对i组分物料衡算：组分物料衡算：有：有：第48页，本讲稿共64页2.RachfordRice方程方程 用于电算用于电算由由(268),(267

14、）：）：第49页，本讲稿共64页3.Q 的计算的计算 Q吸热为正，移热为负吸热为正，移热为负 H混合物的摩尔焓混合物的摩尔焓对于理想混合：对于理想混合：纯组分摩尔焓纯组分摩尔焓第50页，本讲稿共64页4.判断闪蒸过程是否可行的方法判断闪蒸过程是否可行的方法方法一：方法一：已知已知P判断：若判断：若 闪蒸问题成立闪蒸问题成立 DBTTT 第51页，本讲稿共64页方法二：方法二：判断：判断：第52页，本讲稿共64页例例28 液体混合物的汽化液体混合物的汽化（烃类物系（烃类物系）在在50，200kPa下绝热闪蒸，已知下绝热闪蒸，已知解：解：1.核实问题是否成立核实问题是否成立iZ判判断：断：第53页

15、，本讲稿共64页2.采用采用RachfordRice方程方程 烃类物系，烃类物系，K查查PTK图图第54页，本讲稿共64页3.计算计算iiyx,4.计算计算V，L5.核实核实第55页，本讲稿共64页二、汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算二、汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算对对 分层迭代：分层迭代：iiyx,y y由由(267),(268)计算计算x，y如果不直接如果不直接迭代，重新迭代，重新估计估计x，y值值开始开始给定给定F，Z，P，T估计初值估计初值x，y由由Rachford-Rice方程迭代方程迭代 比较比较x，y的估计值和的估计值和 计算值计算值不收敛收敛输出输出第56页，本讲稿共64页

16、 对对 同时迭代：同时迭代：如果不直接如果不直接迭代，重新迭代，重新估计估计x，y值值yy y,x不收敛收敛输出输出开始开始给定给定F，Z，P，T由由(267),(268)计算计算x，y由由Rachford-Rice方程迭代方程迭代估计初值估计初值x，y,第57页，本讲稿共64页三、气相、液相焓及过程热的计算三、气相、液相焓及过程热的计算 u对于理想溶液，对于理想溶液，HL和和HV由纯物质的焓加由纯物质的焓加和求得，计算公式如下和求得，计算公式如下 第58页，本讲稿共64页四、闪蒸问题计算步骤四、闪蒸问题计算步骤1、核实闪蒸问题是否成立、核实闪蒸问题是否成立2、采用、采用RachfordRic

17、e方程迭带求解方程迭带求解3、由闪蒸方程求出、由闪蒸方程求出xi和和yi4、由、由 ,求解求解V,L;5、求解焓值、求解焓值HL和和HV6、根据焓平衡求过程、根据焓平衡求过程Q,即即 第59页，本讲稿共64页2.3.22.3.2、绝热闪蒸过程、绝热闪蒸过程 1.绝热闪蒸过程定义：已知流率绝热闪蒸过程定义：已知流率F、组成、组成xi、yi、压力、压力P、温度、温度T的液体进料节流膨胀到的液体进料节流膨胀到较低压力时产生部分汽化。较低压力时产生部分汽化。2、绝热闪蒸计算的目的是确定闪蒸温度和、绝热闪蒸计算的目的是确定闪蒸温度和汽液相组成和流率。通过物料衡算、相平汽液相组成和流率。通过物料衡算、相平

18、衡关系、热量衡算和总和方程联立求解。衡关系、热量衡算和总和方程联立求解。计算时选择计算时选择T和和 为迭带变量。为迭带变量。第60页，本讲稿共64页3、宽沸程闪蒸过程，指构成混合物的各组、宽沸程闪蒸过程，指构成混合物的各组分的挥发度相差悬殊。物系的特点：分的挥发度相差悬殊。物系的特点：（1）离开闪蒸罐时各相的量几乎完全取决）离开闪蒸罐时各相的量几乎完全取决于于Ki；（2）在很宽的温度范围内，易挥发组分主）在很宽的温度范围内，易挥发组分主要在蒸气中，而难挥发组分主要留在液相要在蒸气中，而难挥发组分主要留在液相中；中；（3）进料热焓的增加将使平衡温度升高，）进料热焓的增加将使平衡温度升高，但对汽液

19、流率但对汽液流率V 和和L几乎没有影响。因此，几乎没有影响。因此，宽沸程闪蒸的热衡算主要取决于温度，而宽沸程闪蒸的热衡算主要取决于温度，而不是不是。第61页，本讲稿共64页宽沸程闪蒸过程迭代方法：对于宽沸程闪蒸宽沸程闪蒸过程迭代方法：对于宽沸程闪蒸过程，因为过程，因为 对对T的取值不敏感，所以的取值不敏感，所以 作作为内层迭代变量是合理的。为内层迭代变量是合理的。迭带方程：迭带方程：第62页，本讲稿共64页计算方法：计算方法：（1）用闪蒸方程在内层迭带）用闪蒸方程在内层迭带 ;（2）用热恒算方程）用热恒算方程G(T)在外层迭带闪蒸温在外层迭带闪蒸温度。度。第63页，本讲稿共64页4、窄沸程混合物的闪蒸过程、窄沸程混合物的闪蒸过程窄沸程闪蒸问题的特点：各组分沸点相近，窄沸程闪蒸问题的特点：各组分沸点相近，热量衡算主要受气相分率的影响。改变进热量衡算主要受气相分率的影响。改变进料热焓会使汽相流率发生变化，而平衡温料热焓会使汽相流率发生变化，而平衡温度没有太明显变化。度没有太明显变化。计算方法：利用热量衡算计算汽化率计算方法：利用热量衡算计算汽化率（即（即V和和L）;利用闪蒸方程式确定闪蒸温度，利用闪蒸方程式确定闪蒸温度，在内层循环迭代在内层循环迭代T,外层循环迭代外层循环迭代。第64页，本讲稿共64页