第2章 单级平衡过程 化学分离工程讲解.ppt

相平衡：是指混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物理平衡而共存的状态。 热力学，是整个物系的自由能处于最小的状态； 动力学，是相间表观传递速率为零的状态。 单级平衡过程：是指两相经一次紧密接触达到相平衡后随即引离的过程，起到一个平衡级的分离作用。 如果两个组分在两相中的分离因子很大，则单级平衡过程就可以满足预期的分离要求；否则，需要采取多级平衡分离。 一、相平衡条件 TⅠ=TⅡ=TⅢ =… =Tn 　 　 (1) PⅠ=PⅡ=PⅢ =…=Pn (2) μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ =…=μin (3) 二、相平衡的表示方法（３种方法） 1、相平衡关系式法 液相中组分i的活度系数： 由式(2-5)、(2-6)、(2-7)得： 相平衡常数的定义式： 只要知道状态方程，代入（2-15、2-16）就可以求逸度系数 纯液体组分i在T、P下的逸度等 于饱和蒸汽压乘以两个校正系数 (2)液相活度系数　　的计算 (2)液相活度系数　　的计算 A、二元溶液的活度系数方程 a、Van-Laar Equ.和 Margules Equ. 方程历史悠久，具有实用价值，特别是定性分析方面。 优点：数学表达式简单；容易从活度系数数据估计 参数；非理想性强的二元混合物包括部分互 溶物系，也经常能得到满意的结果。 缺点：不能用二元数据正确推断三元系的活度系数。 不能用于多元系相平衡计算。 b、Wilson Equ. 缺点：不能用于液液平衡和部分互溶系统地计算。 c、NRTL方程 d、UNIQUAC方程 有NRTL的优点，但数学表达式最复杂； 适用于分子大小相差悬殊的混合物。 e、UNIFAC基团贡献法：以UNIQUAC方程为基础。 当汽液平衡数据较少或没有时，常采用此法。 B、三元溶液的活度系数方程 　Margules、Wilson、NRTL、UNIFAC方程 　其中：Wilson Equ只需查出有关三个二元溶液的威尔逊参数，计算结果较好。虽然计算较复杂，随着计算机的使用，目前应用较多。 利用P-T-K列线图求解相平衡常数 　　烃类物系在石油化工中十分重要，其行为接近理想情 况，可仅考虑P、T对相平衡常数的影响，Depriester 以 BWR 方程为基础，经广泛的实验和理论推算，作出了轻烃 类的 PTK列线图（P38图2-1）。 特点：（1）没有假设理想溶液条件； （2）图中所示有限的压力范围内组成对K值的影 响很小，K 看成是T、P的函数； （3）平均误差为8-15%； （4）手工计算烃类混合物汽液平衡时有广泛应用。　　 四、状态方程法和活度系数法求平衡常数的比较 ①泡点温度：一定组成(x1,x2,x3……，xc)下的液相混合物在一 定的压力P下加热，当开始出现第一个汽泡时的 温度称为泡点温度（Tb）。 ②泡点压力：一定组成(x1,x2,x3……，xc)下的液相混合物在一 定的温度T下减压，当开始出现第一个汽泡时的 压力称为泡点压力（Pb）。 ③露点温度：一定组成(y1,y2,y3,……，yc)下的汽相混合物在 一定的压力P下冷却，当开始出现第一个液滴 时的温度，称为露点温度（Td）。 ④露点压力：一定组成(y1,y2,y3,……，yc)下的汽相混合物在 一定的温度T下加压，当开始出现第一个液滴 时的压力，称为露点压力（Pd）。 计算依据： ①相平衡关系： ②浓度总和式： ③相平衡常数关联式： 一、泡点温度的计算 1、平衡常数与组成无关的泡点温度计算 （1）温度T 初值的选定 （3）温度T 的调整 迭代收敛条件： 试差计算思路 （１）汽相为理想气体，液相为理想溶液时： （２）汽相为理想气体，液相为非理想溶液时： 1、平衡常数与组成无关的露点计算 采用算法计算露点目标函数 或 求解方法类似泡点求解方法。 开始 第2章 第2次作业 1、求含85%乙烷、10%丙烷和5%正丁烷（摩尔百分数