化工分离第二章3讲解.ppt

§2.3 闪蒸过程的计算 流程示意图： 液体混合物的汽化 气体混合物的冷凝 将相平衡方程： 6. 汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算 对 分层迭代： 对 同时迭代： * * 闪蒸过程属于单级平衡分离。 两相经一次紧密接触达到平衡后随即引离的过程，相当于一个平衡级 连续单级蒸馏过程。它使进料混合物部分汽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体。 普通精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。 L i H x L , , V i H y V , , 液体 Z F , F F F H P T , , T，P L i H x L , , Z F , F F F H P T , , 气体 V i H y V , , T，P 闪蒸 等温闪蒸： 闪蒸后气液两相温度 等于原料液温度， 平衡压力 小于原料液压力， 需从外界吸收热量 绝热闪蒸： 闪蒸过程为绝热过程， 平衡温度和压力 都低于原料液温度和压力 非绝热闪蒸： 介于等温闪蒸和绝热闪蒸之间， 平衡温度和压力都低于原料液温度和压力。 一、等温闪蒸 1. 等温闪蒸过程： 通常已知： F、 Zi、 T、 P 求解： V、 yi、 L、 xi or： 汽化率 液化率 2. 判断物料的相态（在T、P下） （1） Tb ＜ T ＜ Td 两相区 （2） 通常Tb、Td 未知， 而Ki、Zi 已知， 且 ＝1 T Tb 饱和液体 1 T Tb 汽液混合物、 饱和蒸汽 或过热蒸汽 ＝ 1 T Tb 过冷液体 ＝1 1 1 ＝ T Td 饱和蒸汽 T Td 汽液混合物、 饱和液体 或过冷液体 T Td 过热蒸汽 ∴ 只有当 且 同时满足， 物料在 T、P 下处于两相区。 即： 两相区 ∴ 作闪蒸计算前，必须先判断物料的相态。 3. 基本计算公式： (1) 组分的物料衡算关系： 独立方程数 C 个 (2) 相平衡关系： C 个 (3) 相平衡常数关系方程： 独立方程数 不同情况下可作相应简化 C 个 (4) 归一方程： 3 个 ∴ 独立方程数： 3C+3个 变量数： T、 P、 F、 V、 L、 Ki 、 zi、 yi、 xi 4C+5个 ∴ 自由度数＝ (4C＋5)－(3C＋3) ＝C＋2 当 T、 P、 F 和 C－1个 zi 指定时， 方程组有唯一解， 由于方程组是非线性的， 需用选代法求解。 代入方程： 消去yi ,得到： 将 代入上式： V F L - = 关系方程： 代入 汽化率 一旦确定， 就可求出 yi、 xi ， 同时V、L可求。 右式减去左式，得到： 闪蒸方程 Rachford-Rice eq. 4、计算方法： 假设 假设 T、P Ki 关系方程 xi ， yi （任选1） 调整 （Newon-Rapnson方法） (0.5) 迭代公式： 目标函数： ＝0 or ＝0 or ＝0 0 ∴ 单调下降， 应用牛顿切线法可很快得解。 5. 其它计算类型： （1） 已知： P、 F、 zi、 求解： T、 yi、 xi （2） 已知： T、 F、 zi、 求解： P、 yi、 xi Rachford－Rice 方程 设T (Ｐ) Ki P ( T ) 关系方程 xi ， （任选1） yi 调整 （Newon-Rapnson方法） P41例 2－8 进料流率为1000kmol/小时的轻烃混合物，其组成为：丙烷（1）30%；正丁烷（2）10%；正戊烷（3）15%；正己烷（4）45%（摩尔）。求在50℃和200kPa条件下闪蒸的汽液相组成及流率。 (4) 由关系方程求取 xi ， yi (5) 由 求取 V， L=F-V 步骤： (1) 核实闪蒸温度， 判断是否在两相区 (2) 求出 的表达式， 给 赋初值 (3) 由迭代公式 (R－R 方程) 、 进行迭代计算， 直到 解：1.核实问题是否成立 判 断： 2.采用Rachford—Rice方程 烃类物系，K查P—T—K图 3.计算 i i y x , 4.计算V，L 5.核实 由乙烷(1)，丙烷(2)，正丁烷(3)和正戊烷(4)组成的料液以500kmol/h的流率加入闪蒸室，闪蒸室压力为13.8MPa，温度为82.5℃，料液组成为：z1=0.08，z2=0.22，z3=0.53，z4=0.17。试计算汽液相产品的组成和流率。