多组分精馏单级平衡分离,.ppt

分离工程 河北科技大学 刘玉敏 多组分精馏--单级平衡分离 汽液相平衡关系 相平衡的条件 相平衡：由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。 相平衡常数定义 ①定义 总结：若 C---组分数，n---所需塔数 z---可供选择的流程方案数 2 多组分物系的露点和泡点的计算 ①平衡常数与组成无关的泡点计算 判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区 混合物处于汽液两相区 可分别用泡露点方程计算闪蒸压力下的泡露点温度，若 一般要指定下面的变量为设计变量。 部分冷凝和部分汽化计算方法 思路 部分冷凝和部分汽化计算方法 迭代公式 部分冷凝和部分汽化计算方法 目标函数 等温闪蒸过程计算框图 开始 思路： 因为： ⑤ 代入⑤ 得到: ⑥ 又因： 所以： ⑦ 若将相平衡关系xi=yi/Ki代入⑥式消去xi： ⑧ 同时： ⑨ ⑥ ⑥、 ⑧式，Zi是已知的，想要求的是xi(或yi)和e。 Ki??? 方法Ⅱ(适用于计算机) 因为： ⑥ 计算机计算过程可表示为： ε一般取10-3即可 ⑩ ⑥ ⑨ ⑩ 等价的，用任意一个均可求解 （3）计算任务及计算方法 两种情况： ① 已知F、Zi、P、T，求e、D、B、yi、xi ② 已知F、Zi、P、e，求T、yi、xi （4）移出热量qc(不考虑热损失) 依据：焓平衡 [进料带入热量]-[产物带出热量]=[需要移出热量] 注:单位时间内 FHF-(DHD+BhB)=qc [kcal/hr] ? ? 进料焓 液相焓 汽相焓 [kcal/kg-mol] F.D.B均为单位时间内分子流量 [kg-mol/hr] 处理过程： Hi.hi可由手册中查到。 计算机计算时，可将焓值整理成温度的函数关系：为多相式形式 Hi=boi+b1iT+b2iT2+b3iT3 bi--与物系有关的常数。 美国石油学会推荐采用下面形式： Hi0—i组分于系统温度下的理想气体焓 T—系统温度 Bi—组分i的常数 至此，一个完整的气体混合物的部分冷凝过程的计算结束了！！！ 3.2 液体混合物的部分汽化 B,xi,HL D,yi,Hv 气体F,Zi, TF ,PF ,HF 独立变量分析，基本功是推导，计算任务及计算方法，移入热量等方面 气体混合物部分冷凝相似。 处理过程： （1）独立变量数=C+2 （2）物料平衡，相平衡相结合。 汽化率v=D/F=部分汽化后的气体量/进料量 基本计算式为： （3）计算也有两种 ① 已知F、Zi、P、T，求v、D、B、yi、xi ② 已知F、Zi、P、e，求T、yi、xi （4）移入热量qr(不考虑热损失) 依据：焓平衡 [产物带出热量]-[进料带入热量]=[需要移入热量] 注:单位时间内 DHD+BhB- FHF =qr 进料焓 液相焓 汽相焓 [kcal/kg-mol] F.D.B均为单位时间内分子流量 [kg-mol/hr] 调e或v Newton-Raphson法 目标函数 第一类计算：已知温度、压力 初值 计算露点TD 计算泡点TB 计算Ki=f(T,P) 输入T,P,F,Zi 47页，例2-8 调T 估计T： d为阻尼因子 部分冷凝和部分汽化计算方法 第二类计算：已知压力、汽化率或液化率 3.3 等焓节流(绝热闪蒸) F,Zi P1,T1,hF1 P2,T2 hF2 D,yi,HD B,xi,hB 定义：汽化率v v=D/F =气相量/进料量 流量为F，组成为Zi的液相进料于压力p1、温度T1下经阀门在绝热情况下减压至p2，将有一部分液体依靠进料本身携带的热量汽化，而系统温度降至T2，上述过程在绝热下进行，故节流前后混合物的焓H1=H2，节流生成的汽相和剩余液相分离时假设达到平衡。此过程为等焓节流。 （1）独立变量及指定方案 2 hF1,hF2 3C+11 Σ 2 HD,hB 2 T1,T2 2 P1,P2 C xi 1 B C yi 1 D C Zi 1 F 变量数 变量 [独立变量数]=(3C+11)-(2C+8)=C+3 通常工程上指定以下C+3个独立变量 C+3 Σ 1 P2(或T2) 1 T1 1 P1 C-1 Zi 1 F 变量数 独立变量 （2）基本计算公式推导 依据：物料平衡，相平衡，焓平衡三个方程 ①物料平衡和相平衡联立： 对于i组分 物料平衡方程: FZi=Dyi+Bxi 相平衡方程: yi=Kixi 与部分汽化时的推导相似，将yi=Kixi和v=D/F 代入物料平衡方程可得到公式 ① ② （2）基本计算公式推导 ②物料平衡和焓平衡联立： 若节流前全部为液相 物料平衡：F=D+B 焓平衡： F hF1=DHD+BhB 由汽