化工分離過程ppt

1、 化工分離過程 Chemical Separation Processes第二章 單級平衡過程1第二章 單級平衡過程2第二章 單級平衡過程主要內(nèi)容及要求：1. 相平衡常數(shù)計(jì)算：狀態(tài)方程法，活度系數(shù)法2. 泡點(diǎn)、露點(diǎn)計(jì)算 （1）泡點(diǎn)計(jì)算：在一定P（或T）下，已知xi，確定Tb（或Pb）和yi。 （2）露點(diǎn)計(jì)算3. 等溫閃蒸計(jì)算：給定物料的量與組成，計(jì)算在一定P和T下閃蒸得到的汽相量與組成，以及剩余的液相量與組成。3第二章 單級平衡過程 2.1 相平衡2.2 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算 2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算 2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算2.3 閃蒸過程的計(jì)算42.2 多組分物系的泡

2、點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算是分離過程設(shè)計(jì)中最基本的汽液平衡計(jì)算。泡點(diǎn)溫度為在一定壓力的條件下升高溫度，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度，泡點(diǎn)壓力是指在一定溫度下降低壓力，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的壓力。露點(diǎn)溫度是在一定壓力下降低溫度，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度，露點(diǎn)壓力是在一定溫度下增加壓力，當(dāng)出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的壓力。5泡點(diǎn)和露點(diǎn)的意義 泡點(diǎn)溫度:一定組成的液體，在恒壓下加熱的過程中，出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度，也就是一定組成的液體在一定壓力下與蒸汽達(dá)到汽液平衡時(shí)的溫度。 露點(diǎn)溫度:一定組成的汽體，在恒壓下冷凝的過程中，出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度，也就是一定組成的蒸汽在一定壓力下與液相達(dá)到汽液平衡時(shí)的溫度。6泡點(diǎn)和露

3、點(diǎn)計(jì)算在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)用 各塔板溫度的確定； 確定適宜的操作壓力。 塔頂蒸汽的冷凝溫度和釜液的沸騰溫度； 對組分相對揮發(fā)度的影響； 塔的造價(jià)和操作費(fèi)用； 對傳質(zhì)效率的影響。精餾塔：72.2 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算 一個(gè)單級汽液平衡系統(tǒng)，汽液相T和P相同，c個(gè)組分的液相組成xi與汽相組成yi處于平衡狀態(tài)。相律： 自由度數(shù)與組分?jǐn)?shù)相當(dāng)82.2 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算 一個(gè)單級汽液平衡系統(tǒng)，汽液相T和P相同，c個(gè)組分的液相組成xi與汽相組成yi處于平衡狀態(tài)。計(jì)算方程：（1）相平衡方程：c個(gè)（2）摩爾分率加和方程：2個(gè)（3）汽液平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式：2c2c個(gè)92.2 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算方程總

4、數(shù)：2c+2個(gè)變量數(shù)：3c+2個(gè)P）TKx（yiii,已知變量數(shù)：c個(gè)（c-1個(gè)組成，溫度或壓力）未知變量數(shù)：2c+2個(gè)唯一解計(jì)算復(fù)雜程度取決于Ki102.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算 規(guī)定液相組成 x 和壓力P（或溫度T），計(jì)算汽相組成 y 和溫度T（或壓力P）。已知： x 、P計(jì)算： y 、T泡點(diǎn)溫度計(jì)算已知： x 、T計(jì)算： y 、P泡點(diǎn)壓力計(jì)算泡點(diǎn)方程：112.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算1. 平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算泡點(diǎn)方程：求解泡點(diǎn)方程須試差法，求解步驟如下：假定T已知P得到KiKixi|f(T) |=|Kixi-1 |YT=T設(shè)，yi= KixiN調(diào)整T122.2.1 泡

5、點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算取純物質(zhì)的沸點(diǎn)作為溫度的迭代初值。（2） Ki值的獲得 P-T-K圖（烴類物系）（圖2-1） 簡化表達(dá)式： 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式： （1） 溫度初值的選定（2-36）（2-40）（2-48）（2-49）132.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算（3）溫度T的調(diào)整T設(shè)偏高，降低T。T設(shè)偏低，提高T。142.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算例2-3：計(jì)算塔釜的溫度 （完全理想系）已知：1. xi,w 2. lnPiS=Ai-Bi/(t+Ci) 3. 常壓操作解法1：用試差法計(jì)算T(設(shè))7011098100Kixi0.3791.3440.9511.00152.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算解法2：用iK

6、計(jì)算（不試差，適用于完全理想系） 由于 式（2-52）兩邊分別除以yi后可得出：又 根據(jù)相對揮發(fā)度的定義：（2-52） 162.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算i隨T變化不大，所以在一定溫度范圍內(nèi)可將i看成常數(shù)。設(shè)T=98（離泡點(diǎn)不遠(yuǎn)）得到PiS T=99.7T泡計(jì)算方法：安托尼公式172.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算解法3：計(jì)算機(jī)計(jì)算（Newtow迭代法）前提條件：平衡常數(shù)和組成無關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算（簡化K）泡點(diǎn)計(jì)算：泡點(diǎn)方程：目標(biāo)函數(shù)形式：求導(dǎo)式：按Newton迭代式導(dǎo)出式：182.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算判斷收斂：迭代式：迭代式子程序設(shè)T=70（初值）5次迭代完成。T=99.812192.

7、2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算2. 平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算由狀態(tài)方程法或活度系數(shù)法求取Ki ：（2-14） （2-35）202.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算泡點(diǎn)方程已知條件： xi 、P，計(jì)算： yi 、T計(jì)算分析：與T有關(guān)的參數(shù)：與yi有關(guān)的參數(shù)：21輸入P，x及有關(guān)參數(shù)開 始計(jì)算yi計(jì)算Ki和yi計(jì)算Pis、viL、is、i圓整yi計(jì)算是否第一次迭代|ln yi | yi有無變化設(shè)T并令 1，作第一次迭代已知條件輸出T，yY結(jié)束調(diào)整T活度系數(shù)法計(jì)算泡點(diǎn)溫度的框圖 NNNYY圖2-2222.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算（1）內(nèi)、外循環(huán)的安排： 當(dāng)壓力不大時(shí)（2MPa以下）， Ki對y

8、i不敏感，而對溫度較為敏感，因此將yi放在內(nèi)層循環(huán)。（2）圓整yi ：（3）判斷收斂的準(zhǔn)則或者是溫度的調(diào)節(jié)方案直接關(guān)系到收 斂速度和穩(wěn)定性。參見例25232.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算泡點(diǎn)方程：當(dāng)汽相為理想氣體，液相為理想溶液時(shí)：當(dāng)汽相為理想氣體，液相為非理想溶液時(shí)： 當(dāng)Ki=f(T,p,x,y)時(shí)，用活度系數(shù)法（壓力不太高）或狀態(tài)方程法（壓力較高）計(jì)算泡點(diǎn)壓力。泡點(diǎn)壓力的計(jì)算：24活度系數(shù)法計(jì)算泡點(diǎn)壓力的框圖 開 始輸入T，x及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P,并令iV1，作第一次迭代計(jì)算Pis、ViL、is、i計(jì)算Ki和yi計(jì)算 yi是否第一次迭代圓整yi，計(jì)算iVY yi有無變化YNN|ln yi| N

9、調(diào)整pY輸出P，y結(jié) 束25狀態(tài)方程法計(jì)算泡點(diǎn)壓力的框圖 輸入T, x及有關(guān)參數(shù)，P和y估計(jì)值求iV和iL計(jì)算Ki計(jì)算 Kixi第一次迭代歸一化yi Kixi是否變化YY調(diào)整PNNNY輸出 P 和 y| Kixi-1|范德華方程計(jì)算逸度系數(shù)的公式參見例26262.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算規(guī)定汽相組成 y 和壓力P（或溫度T），計(jì)算液相組成 x 和溫度T（或壓力P）。已知： y 、P 計(jì)算： x 、T露點(diǎn)溫度計(jì)算已知： y 、T計(jì)算： x 、P 露點(diǎn)壓力計(jì)算272.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算1. 平衡常數(shù)與組成無關(guān)的露點(diǎn)溫度計(jì)算露點(diǎn)方程：目標(biāo)函數(shù)形式：（2-59）（2-61）（2-60）282.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算設(shè)T給定P由P-T-K圖查KiYxi, T 結(jié)束N調(diào)整Tf(T)0,T設(shè)偏低，提高T。 f(T)0,T設(shè)