多组分精馏说课.ppt

精馏操作在混合物分离中的位置 双组分精馏与多组分精馏 多组分精馏的开发 多组分精馏的开发 工程问题-求解途径 解决问题的途径 §1 汽液平衡 汽液平衡关系是研究在一定操作条件下相变过程进行的方向和限度，是处理汽液传质过程的基础，也是分析传质设备效率高低的依据。 精馏过程的设计计算对汽液平衡关系有两种情况： 1. 计算在已知操作压力和操作温度时汽液两相的平衡组成； 2. 计算达到一定平衡组成时所需的温度和压力。 相平衡的本质？相平衡的表达？ 化学势，比较抽象，通过一些辅助函数来表示——逸度——“校正的压力”——活度——表示物质相对于其标准态的“活泼”程度 任何物质与相平衡有关的所有热力学性质均能通过热和体积的测定计算出来。对一个给的相，热的测定给出了热力学性质如何随温度变化的信息，而体积的测定则给出了热力学性质在恒温下随压力或密度变化的信息。 相关概念 逸度f：在系统状态下分子逃逸的趋势，也就是物质迁移时的推动力或逸散能力，单位与压力单位相同。 代表混合物中i组分的逸度， 代表纯组分i的逸度， 代表i组分的标准态逸度（通常取纯组分i液体在系统温度和压力下的逸度）。 逸度系数 ：是某组分逸度与系统压力的比值。 活度系数 ：活度系数是真实溶液偏离理想溶液的程度的量度，与体系温度、压力、组成等有关，是状态函数。 逸度、逸度系数的基本方程 （1）以p和T为独立变量的基本方程 逸度和逸度系数的基本方程为： 式中的zi为i组分的摩尔分率，计算汽相逸度时，用yi代替；计算液相逸度时，用xi代替。 为i组分在混合物中的偏摩尔体积： Vi=f(p,T,n)，为气体状态方程的V显式方程。 逸度、逸度系数基本方程 （2）以V和T为独立变量的基本方程 逸度和逸度系数的基本方程为： 式中的Z为混合物的压缩因子， 摩尔焓的计算 一、与汽液平衡相关热力学关系 1. 通过热力学分析，汽液平衡的条件是组分 i 在汽液两相中的化学位相等。 （1） 2. 在汽液平衡时，任一组分在汽液两相的逸度相等。 （2） 3. 汽相逸度fiV与汽相组成yi和压力P之间关系 4. 液相逸度fiL与液相组成xi在一定压力和温度下关系 5. 根据平衡条件 （3,4） 汽液平衡常数Ki的定义：一定温度和压力下，汽液两相达平衡时任意组分i在汽相中的摩尔分率yi与在液相中摩尔分率xi的比值。 （5） 汽液平衡常数的简化计算 3. 汽相为真实气体的理想混合物，液相为理想溶液 4. 汽相为真实气体混合物，液相为理想溶液 5. 完全非理想系 由于精馏塔内各板操作压力基本相同，为了使用（特别是电算）方便，一般将物系在某恒压下的相平衡常数Ki写成温度t的多项式，即： 活度系数模型 大多数状态方程对烃类可同时应用于气、液相逸度计算，但对于常见的极性溶液和电解质，其液相的非理想性强，一般状态方程不适用。常通过 活度系数模型来计算。 活度系数模型的建立与溶液理论密不可分，大多数活度系数模型均以一定的溶液理论为基础。 Raoult定律、Magules模型、Wilson模型、NRTL模型、UNIQUAC模型等等。 相平衡常数计算方法的选择 （1）根据相对挥发度选择计算模型 α直接与K相关，α对精馏计算的影响如图所示。因此，建议： ① α2.0时，必须使用基于实验数据的模型来计算相平衡数据（包括K）； ② 若α1.2，则模型还应是经过工业实践证明的； ③ α2.0时，可采用符合体系规律和特征的理论模型计算。 相平衡常数计算方法的选择 （2）根据物系性质和操作压力选择计算模型 对于中低压下的非理想物系，宜选用状态方程计算汽相逸度系数，用活度系数方程计算液相活度系数。 建议方程：威尔逊方程、UNIQUAC方程(分子大小差异大)、NRTL方程(含水物系)； 若缺乏实测数据，可选用UNIFAC或ASOG模型估算。 相平衡常数计算方法的选择 （3）根据物系极性选择计算模型 对于各种压力下的非极性物系，建议： 混合烃类：SRK、PR或BWRS状态方程； 含氢量较少的物系：SRK或PR状态方程； 烃水混合物系： SRK或PR状态方程； 临界点附近物系：多参数状态方程。 高压下的极性物系：只能通过实测数据处理。 相对挥发度α与平衡常数K的关系 纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。 溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示： 思考题 请复