第二章-单级平衡分离课件

第二章第二章 单级平衡分离单级平衡分离n单级平衡分离是指两相经一次紧密接触达单级平衡分离是指两相经一次紧密接触达到到平衡平衡后随即引离的过程后随即引离的过程 n由于平衡两相的组成不同，因而可起到一由于平衡两相的组成不同，因而可起到一个平衡级的分离作用个平衡级的分离作用 第第二二章章单单级级平平衡衡分分离离21 汽液相平衡及其计算汽液相平衡及其计算 Phase equilibrium and caculationn一、汽液相平衡关系一、汽液相平衡关系 n1、基本关系式、基本关系式n相平衡条件：相平衡条件：2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算工程上工程上纯组分纯组分i在在T饱和蒸汽压，组分饱和蒸汽压，组分i在在T,Pis逸度系数，纯组分逸度系数，纯组分i摩尔体积摩尔体积2、相平衡常数、相平衡常数 n定义定义的计算方法的计算方法 状态方程法状态方程法 逸度系数，可用同时适用于汽液两相状逸度系数，可用同时适用于汽液两相状态方程来计算态方程来计算活度系数法活度系数法 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 与与 的关系的关系 n相对挥发度的定义相对挥发度的定义ni，j两组分的相平衡常数之比两组分的相平衡常数之比 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 二、汽液平衡的分类与计算二、汽液平衡的分类与计算 1、汽液平衡的分类、汽液平衡的分类2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 2、汽液平衡常数的计算、汽液平衡常数的计算n逸度系数的计算逸度系数的计算n纯组分的逸度系数纯组分的逸度系数2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算二元混合物的逸度系数二元混合物的逸度系数 nA、维里方程、维里方程 用混合规则求，即求用混合规则求，即求 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算B、RK方程方程2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算活度系数的计算活度系数的计算n 称为对拉乌尔定律有称为对拉乌尔定律有正偏差正偏差 负偏差负偏差 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算无热溶液无热溶液 正规溶液正规溶液 二元溶液的活度系数二元溶液的活度系数 nA、Van-LaarEqu 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算二元溶液的活度系数二元溶液的活度系数 nA、Van-LaarEqu 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算单参数的对称方程单参数的对称方程 理想体系理想体系 负偏差非理想体系负偏差非理想体系 正偏差非理想体系正偏差非理想体系 A可用来判别实际溶液与理想溶液的偏离度可用来判别实际溶液与理想溶液的偏离度 B、MargulesEqu 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 C、WilsonEqu.2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算三元溶液的活度系数三元溶液的活度系数 nA、MargulesEqu.2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 B、WilsonEqu.2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 的的简化计算简化计算PTK图图2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算 2.1汽汽液液相相平平衡衡及及其其计计算算22 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Ball-pointanddew-pointcalculationofmulticomponentsystemn一、泡点计算一、泡点计算n1、泡点计算与有关方程泡点计算与有关方程n已知已知 求求 相平衡关系相平衡关系：浓度总和式浓度总和式：相平衡常数关联式相平衡常数关联式：2 2、计算方法、计算方法 平衡常数与组成无关的泡点计算平衡常数与组成无关的泡点计算 2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算 平衡常数与组成无关的泡点计算平衡常数与组成无关的泡点计算na.PTK列线图；列线图；nb.手算手算 设设 思路：思路：调整调整T N2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算加速收敛法加速收敛法 n调整调整T（P）m为试差序号为试差序号，G表示含量最多的组分表示含量最多的组分 计算机计算计算机计算a Hayden提出适合于烃类的经验方程提出适合于烃类的经验方程 2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算加速收敛法加速收敛法2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算计算机计算计算机计算nb b、迭代方法、迭代方法，Newton-Raphsonn目标函数：目标函数：迭代公式：迭代公式：泡点方程泡点方程 Richmond迭代法：迭代法：2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算平衡常数与组成有关的泡点计算平衡常数与组成有关的泡点计算 比较不变比较不变 调整调整T（P）2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算二、露点计算二、露点计算n1、露点计算与有关方程、露点计算与有关方程n已知已知 求求 相平衡关系相平衡关系：浓度总和式浓度总和式：相平衡常数关联式相平衡常数关联式：2 2、计算方法、计算方法 平衡常数与组成无关的露点计算平衡常数与组成无关的露点计算 2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算手算手算 n思路：设思路：设 调整调整T（P）调整调整T或或P 2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算计算机计算计算机计算 n露点方程露点方程 或或 2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算 平衡常数与组成有关的露点计算平衡常数与组成有关的露点计算 n求算露点，由于已知求算露点，由于已知，则需迭代露点，则需迭代露点温度或压力外，还需对温度或压力外，还需对 进行试差进行试差 比较不变比较不变 调整调整T（P）2.2多多组组分分物物系系的的泡泡点点和和露露点点计计算算2 23 3闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算Flash vaporization calculationFlash vaporization calculationn 液体混合物的部分汽化液体混合物的部分汽化n 汽体混合物的部分冷凝汽体混合物的部分冷凝n 液体混合物的绝热闪蒸液体混合物的绝热闪蒸n手段：手段：加热、冷却和降压加热、冷却和降压n特点：特点：平衡蒸馏平衡蒸馏一个平衡级分离一个平衡级分离n一、等温闪蒸一、等温闪蒸n1 1、混合物的相混合物的相态 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算1 1、混合物的相混合物的相态 n判断混合物在指定温度和压力下是否处于判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区两相区=1=1 进料处于进料处于泡点泡点 1 1 可能为汽液两相区可能为汽液两相区 1 1 1 可能为汽液两相区可能为汽液两相区 1 1 进料为过热蒸汽进料为过热蒸汽 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算1 1、混合物的相混合物的相态n混合物处于汽液两相区混合物处于汽液两相区 n可分别用泡露点方程计算闪蒸压力下的可分别用泡露点方程计算闪蒸压力下的泡露点温度，若泡露点温度，若 当当n混合物处于汽液两相区混合物处于汽液两相区 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 混合物的混合物的相态判断相态判断过冷液体过冷液体两相区两相区过热蒸汽过热蒸汽KiZi1,Zi/Ki1TDTTBZi/Ki12.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 2 2、等温闪蒸过程、等温闪蒸过程 n已知：已知：求：求：液化率：液化率：汽化率：汽化率：已知：已知：求：求：2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 3 3、计算公式、计算公式 n组分的物料衡算式组分的物料衡算式 相平衡关系式相平衡关系式 相平衡常数关联式相平衡常数关联式 浓度总和式浓度总和式 关系方程关系方程 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算4 4、计算方法、计算方法 n思路思路 调调e或或v Newton-Newton-RaphsonRaphson法法 目标函数目标函数 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算4 4、计算方法、计算方法n迭代公式迭代公式 初值初值 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算4 4、计算方法、计算方法n目标函数目标函数 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 等温闪蒸过程计算框图等温闪蒸过程计算框图 n 开始打印开始打印 过热蒸汽过热蒸汽打印，结束打印，结束计算露点计算露点计算泡点计算泡点计算计算输入输入2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算第二类计算第二类计算n思路：思路：调调T 估计估计T：d为阻尼因子为阻尼因子 热量衡算热量衡算 设为理想溶液设为理想溶液 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算设设 结束结束 调调v N调调v N2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 二、绝热闪蒸二、绝热闪蒸 n1、等焓节流过程及其计算内容、等焓节流过程及其计算内容 n计算内容：已知：计算内容：已知：求：求：2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算2、计算公式、计算公式 n组分的物料衡算式组分的物料衡算式 相平衡关系式相平衡关系式 相平衡常数关联式相平衡常数关联式 浓度总和式浓度总和式 焓平衡方程焓平衡方程 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算3、计算方法、计算方法 n作图法作图法n闪蒸曲线（闪蒸曲线（T曲线）曲线）试差求试差求 P2下的TD、TB，在在TD、TB之间设之间设T2，n试差求试差求 1、2n等焓平衡线等焓平衡线 n由求出的由求出的 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算()手算或计算机计算手算或计算机计算n内层为内层为v循环，用循环，用Newton-Raphson迭代求迭代求解汽化分率解汽化分率v，收敛精度，收敛精度 结束结束 调整调整 T2思路：思路：外层则为外层则为T2循环，用正割法调整节流后的温度循环，用正割法调整节流后的温度 收敛精度收敛精度 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算设设 和和v的初值的初值 NY2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算 END按正割按正割法调法调T 设设 2.3闪闪蒸蒸过过程程的的计计算算相平衡常数法相平衡常数法相对挥发度法相对挥发度法状态方程法状态方程法活度系数法活度系数法相相平平衡衡关关系系表表达达方方法法相平衡关系法相平衡关系法 n1、李海明、李海明,褚福云褚福云,孙景威，相平衡常数在精馏过程中的孙景威，相平衡常数在精馏过程中的应用，锦州师范学院学报应用，锦州师范学院学报(自然科学版自然科学版)，2000年年04期期n2、汪文川、汪文川.汽液相平衡计算中活度系数法简评汽液相平衡计算中活度系数法简评.化学工程化学工程,1988,(01)n3、屈强、屈强,罗金生罗金生,于广锁于广锁,于遵宏，人工神经网络在汽液相于遵宏，人工神经网络在汽液相平衡常数预测中的应用，平衡常数预测中的应用，计算机与应用化学，计算机与应用化学，2001年年04期期 n4、白润生，精馏过程计算中相对挥发度的平均值近似，白润生，精馏过程计算中相对挥发度的平均值近似，石油化工，石油化工，1999年年04期期n5 5、极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工，、极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工，19911991（3 3），），208208S SH HA AN ND DOON NGG U UN NI IV VE ER RS SI IT TY Yn6 6、曾健，胡文励，曾健，胡文励，一种新的泡点计算方法，天然气化工，一种新的泡点计算方法，天然气化工，19951995，（，（1 1）：）：5252n7、曾健、曾健,胡文励胡文励.露点计算的一种改进露点计算的一种改进J.天然气化工天然气化工(C1化学与化工化学与化工),1999,(5)n8、汪萍、汪萍 项曙光一种改进的泡露点计算方法化工时刊项曙光一种改进的泡露点计算方法化工时刊,2004年年 05期期 n 9、李谦、李谦,魏奇业魏奇业,华贲华贲.基于神经网络的多组分混合物泡露基于神经网络的多组分混合物泡露点计算及应用点计算及应用.化学工程化学工程,2004,n10、王双成王双成.理想混合物泡点温度和露点温度的快速计算理想混合物泡点温度和露点温度的快速计算方法方法.河南广播电视大学学报河南广播电视大学学报,2002年年 01期期 n11、马志杰、马志杰.改进的中低压下泡点、露点和等温闪蒸编程改进的中低压下泡点、露点和等温闪蒸编程计算方法计算方法.广州化工广州化工,2002年年 01期期n12、极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工，极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工，91（3），），208 n1313、三组分平衡闪蒸中的关联式，石油化工，、三组分平衡闪蒸中的关联式，石油化工，19931993（3 3）：）：170170n1414、多元平衡闪蒸计算的新方法，石油化工，、多元平衡闪蒸计算的新方法，石油化工，19881988，1717（4 4）：）：217217n15、杜英生、杜英生,李鑫钢李鑫钢.多组元多级绝热闪蒸过程的研究多组元多级绝热闪蒸过程的研究（）多级闪蒸过程的工业应用）多级闪蒸过程的工业应用.化学工程化学工程,1994年年01期期n16、谷里鹏，谷雨、谷里鹏，谷雨.绝热闪蒸的快速计算和应用化工机械绝热闪蒸的快速计算和应用化工机械,2004年年 04期期返回返回n1、相平衡关系可用几种方法来表达。、相平衡关系可用几种方法来表达。n2、就活度系数法计算汽液平衡常数的通式，、就活度系数法计算汽液平衡常数的通式，分以下几种情况进行讨论：分以下几种情况进行讨论：n1）汽相为理想气体，液相为理想溶液；）汽相为理想气体，液相为理想溶液；n2）汽相为理想气体，液相为非理想溶液；）汽相为理想气体，液相为非理想溶液；n3）汽相为理想溶液，液相为理想溶液；）汽相为理想溶液，液相为理想溶液；n4）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液。）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液。n3、什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理、什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？n4、怎样判断混合物在、怎样判断混合物在T，P下的相态，下的相态，若为两相区其组成怎样计算？若为两相区其组成怎样计算？n5、简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。、简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。n由正辛烷（由正辛烷（1），乙苯（），乙苯（2）和）和2-乙氧基乙醇乙氧基乙醇（3）所组成的溶液，其组成为：）所组成的溶液，其组成为：n试求总压为试求总压为760mmHg达到平衡时该溶液中各达到平衡时该溶液中各组分的活度系数。组分的活度系数。n已知：已知：760mmHg时有关各端值常数如下。时有关各端值常数如下。n 学习本章要学习本章要熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；掌握汽液相平衡关系常用的两种形式；会用相算方法；掌握汽液相平衡关系常用的两种形式；会用相平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求算活度系数和逸度系数；泡点和露点计算要教会学生会算活度系数和逸度系数；泡点和露点计算要教会学生会查阅查阅P-T-K列线图，求算烃类物质的列线图，求算烃类物质的K值，了解平衡常数值，了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。通过了解等温闪蒸和部分与组成有关的泡、露点计算。通过了解等温闪蒸和部分冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。n重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。等温闪多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。n难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的泡点温度和泡点压力、露点温度和露点压力的计算。等泡点温度和泡点压力、露点温度和露点压力的计算。等温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。