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1、2.4单级平衡分离过程计算,一、等温闪蒸 Isothermal Flash 二、绝热闪蒸 Adiabatic flash,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,掌握,了解,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,2.4单级平衡分离过程计算,单级平衡： 原料经过分离设备后，假设物系在出口处汽、液两相达到了平衡, 由于平衡的两相组成不同而实现 分离的过程，其分离效果相当于 一块理论级。,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,2.4单级平衡分离过程计算,闪蒸过程：闪蒸过程是连续单级蒸馏过程。 该过程使进料混合物部分气化或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
2、体。 闪蒸过程的计算极为重要，该计算方法推广用于塔设备的计算。 如:精馏塔中的平衡级就是一个简单绝热闪蒸级。,液体混合物的部分汽化 汽体混合物的部分冷凝 液体混合物的绝热闪蒸 手段：加热、冷却和降压 特点：平衡蒸馏一个平衡级分离 一、等温闪蒸 (Isothermal Flash) 混合物的相态,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,？,2.4单级平衡分离过程计算,混合物的相态,判断混合物在指定温度和压力下是否处 于两相区,=1,进料处于泡点,1,可能为汽液两相区,1,进料为过冷液体,=1,进料处于露点,1,可能为汽液两相区,1,进料为过热蒸汽,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程
3、计 算,混合物的相态,也可分别用泡露点方程计算闪蒸压力 下的泡露点温度，若,当,混合物处于汽液两相区,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,混合物处于汽液两相区(0 n 1),可进 行等温闪蒸的计算,即闪蒸问题成立,混合物的 相态判断,Kizi1,Kizi1,zi/Ki1,TDTTB,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,(1)物料衡算式 对每一组分i列出物料衡算式 ：,F、V、L分别表示进料、气相出料和液相出料的流率,C-1,1,方程数,总物料衡算式：,闪蒸过程的计算方程（MESH）,3、计算方程,(2)焓平衡关系式 ：,HF、HV和HL分别为进料、气相出料和液相出料的平
4、均摩尔热焓，是温度、压力和组成的函数。,Q为加入平衡级的能量。 -对于绝热闪蒸：Q=0； -对于等温闪蒸，Q应取达到规定分离或闪蒸温度所需要的热量。,1,C,(3)汽液平衡关系式,3、计算方程,(4) 求和方程,1,1,2C+3 独立方程,V，L，yi，xi，T或Q 2C+3未知数,方程总数： 2C+3 个,总变量数：,3C+8个,其中固定变量数：,C+3 个,需规定变量数： C+5 个,（F,TF ,pF ,T,P ,V,L,Q，zi ,yi ,xi）,（F,TF ,pF ,zi ）,根据其余2 个变量的规定方法可将 闪蒸计算分为如下五类：,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,*
5、,闪蒸计算类型,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,等温闪蒸过程,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,已知: F, zi, P,T 计算: Q, V, L, yi , xi,已知: F, zi ,P(T), n (e) 计算: T(P), V(L), yi , xi , Q,两类计算：,等温闪蒸：在闪蒸罐的温度T与闪蒸后气 体与液体的温度是相等的，而闪蒸温度T 不一定与闪蒸前原料的温度相等。,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,等温闪蒸过程,等温闪蒸过程,液化率：,汽化率：,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,计算公式,求 xi，yi,汽相分率,
6、计算公式,计算方法,第一类计算: 思路,调e或v,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,N,已知: F, zi, P,T 计算: Q, V, L, yi , xi,汽液平衡常数与组成无关,闪蒸方程,将式（2-80）和（2-81）分别代入式（2-57）和（2-58） 得：,该两方程均能用于求解气相分率，它们是C级多项式，当C3时可用数值法求根，但收敛性不佳。,两式相减得到更通用的闪蒸方程式：,当C3，由闪蒸方程式（2-86）计算 时，要试差和数值解 xi，yi 。 Rachford-Rice方程：有很好的收敛性，可选择多种算法，如弦位法和牛顿法，其中牛顿法收敛较快。,迭代方程,导数方程
7、,闪蒸方程,迭代计算框图,开始打印,过热蒸汽,打印，结束,计算露点,计算泡点,计算,输入,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,第二类计算,思路：,调T,估计T：,d为阻尼因子,热量衡算,设为理想溶液,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,已知: F, zi, P, v 计算: Q, V, L, yi , xi,汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算,设：,结束,调v,N,调v,N,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,2.3 小结,1.闪蒸计算问题： 已知 F，Zi，P，T，HiV，L，yi，xi，Q 已知: F, zi , P, v（e） , Hi V, L, yi
8、 , xi , Q,2.闪蒸方程,汽相分率,2.3 小结,（1）汽液平衡常数与组成无关,（例2-8）,核实闪蒸温度,由闪蒸方程求v（可以令v1=0.5）,计算xi，yi,求V，L 计算HL, HV 理想溶液 非理想溶液需要有混合热数据,3.闪蒸计算,（2）汽液平衡常数与组成有关,计算Q过程所需热量,在给定温度下进行等温闪蒸计算时，须核实闪蒸问题是否成立：TBTTD,闪蒸问题成立 !,计算结果可用于确定气相分率的初值,分别用泡点方程和露点方程计算在闪蒸压力下，进料混合物的泡点温度和露点温度，然后核实闪蒸温度是否处于泡露点温度之间。 若该条件成立，则闪蒸问题成立。,TBTTD,作业,P56 17，
9、21,二、绝热闪蒸（Adiabatic flash）,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,二、绝热闪蒸（Adiabatic flash）,等焓节流过程及其计算内容,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,该过程是在绝热情况下进行的，因而节流前后的焓相等，又称为等焓节流过程。节流后生成的气液两相在分离器内达到平衡状态。如下图示：,特点： DQ=0DH=0, H1=H2, 温度降低（汽化部分热量由液 体降温提供）,二、绝热闪蒸（Adiabatic flash）,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,求：,计算内容：已知,等焓节流和部分汽化异同点：,相同点:, 都是汽化
10、（说明可按汽化公式计算） 汽化后汽液两相达到平衡。,不同点:,产生汽化的原因不同,已知条件不同(等焓少个条件多个未知数),2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,计算公式,组分的物料衡算式：,相平衡关系式：,相平衡常数关联式：,浓度总和式：,焓平衡方程：,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,计算方法,作图法 闪蒸曲线（Tv曲线） 试差求 p2下的TD、TB，在TD、TB之间设T2， 试差求 v1、v2 等焓平衡线 由求出的,(v),2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,例2-9,手算或计算机计算,内层为v循环，用Newton-Raphson迭代求解汽化分率v，收敛
11、精度,结束,调整 T2,思路：,外层则为T2循环，用正割法调整节流后的温度,收敛精度,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,？,设,和v的初值,N,Y,框图,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,END,按正割 法调T,设,p52框图2-15,2.4 单 级 平 衡 分 离 过 程 计 算,学习本章要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；泡点和露点计算学生要会查阅P-T-K列线图，求算烃类物质的K值，了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。了解等温闪蒸和部分冷凝过
12、程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。 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。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。 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。等温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。,本章小结,常数A有何物理意义？,考考你,是否等于,露点计算的有关方程与泡点计算有何不同？,怎样判断在一个化工设备中的物料所处的相态？,需要知道哪些变量的值？,若已知化工设备的T，p和物料的组成，能判断其相态吗？,考考你,用逐次逼近法进行等焓（绝热）闪蒸计算时，什么情况下汽化率作为内循环，温度T作为外循环，为什么？,怎样做平衡常数与组成有关的露点计算？,做 练 习,退 出,阅读 使用 说明,谢谢观看！ 2020,
