分离工程第二章-3.ppt

第二章 传质分离过程的热力学基础 2.3 闪蒸过程的计算 上节内容回顾 本节要点、重点 (1)计算给定温度下的闪蒸时，需要核实闪蒸问题是否成立。如何判断闪蒸是否成立？ (2) 推导Rachford-Rice方程。 (3)总结列出等温闪蒸的待求变量、计算步骤及其用到的方程。 本节内容 闪蒸及部分冷凝概念 闪蒸设计变量及分类 等温闪蒸和部分冷凝 绝热闪蒸和部分冷凝 一、闪蒸及部分冷凝概念 闪蒸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角度的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。 闪蒸特点：分离程度很低。 但是，用于闪蒸过程的计算方法极为重要！普通精馏塔中的平衡级就是一个简单绝热闪蒸级，可把闪蒸过程的计算方法推广应用于塔的设计计算。 二、闪蒸设计变量及分类 （2）闪蒸 独立约束方程 （3）闪蒸 设计变量 三、等温闪蒸和部分冷凝 （一）Ki与组成无关（理想溶液）1.核实闪蒸问题是否成立 计算给定温度下的闪蒸时，需要核实闪蒸问题是否成立。 闪蒸成立的条件：TBTTD 1. 核实闪蒸问题是否成立 例1 进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其摩尔组成为：丙烯(1)30%，丙烷(2)35%，异丁烷(3)35%。在900kPa和40℃下闪蒸问题是否成立？ 练习1 进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其摩尔组成为：丙烯(1)30%，丙烷(2)35%，异丁烷(3)35%。在1000kPa和40℃下闪蒸问题是否成立？ 通过闪蒸方程（2-71）求出汽化率?后，由（2-67）和（2-68）式可分别求出xi 和yi ，进而由总物料衡算式（2-64）可求出V 和 L，由热量衡算式（2-65）可求出Q。 汽化率? 的迭代： 2.3.1 绝热闪蒸过程 1. 核实闪蒸问题是否成立 TBTTD 核实方法： 第一步：确定是否T TB 假设闪蒸温度为进料的泡点温度，则?Kizi=1 若?Kizi1,说明T TB 。 第二步：确定是否T TD 假设闪蒸温度为进料的露点温度，则?(zi／Ki)=1 若?(zi／Ki)1,说明T TD 。 反之，若?Kizi1,则为过冷液体； 若?(zi／Ki)1,则为过热蒸汽。 小结 核实闪蒸问题是否成立 过冷液体 泡点液体 两相混合物 部分气化 or 部分冷凝 露点气体 过热气体 过热蒸气，闪蒸不成立! 1.汽液平衡常数与组成无关 已知闪蒸温度和压力，Ki值容易确定 如何求？ a. P-T-K列线图（烃类物系）； Ki值的获得： 联立求解上述（3C+3-C）即（2C+3）个方程。 代入M-方程： 消去yi ,得到： 将 代入上式： V F L - = (2-66) 将E-方程： 具体步骤： 将上式代入相平衡E方程 代入式 汽化率 （2-67） （2-68） 令： （其值在0-1之间） (2-66)得到： 得 （2-69） （2-70） （2-70）式减去（2-69）式，得到： （2-71） 闪蒸方程 将 （2-67） （2-68） 代入S-方程， 得到： （2-67） （2-71） （2-68） （2-64） （2-65） 一元高次方程如何求？ 如何求？ 纯组分摩尔焓 H的求取 对于理想混合物： 对于非理想混合物： 需要实验测定混合焓数据，然后计算。 （2-71） 可采用Newton-Raphson法迭代? ： （2-72） 目标函数： 迭代公式： 对Zi在50℃，200KP下进行泡点计算： 对Zi在50℃，200Kp下进行露点计算： 所以，规定的闪蒸温度介于进料的实际泡点温度和露点温度之间，闪蒸问题成立。 也可试差求泡点露点温度，与给定温度比较来核实。 例 :液体混合物的汽化（烃类物系），进料流量为1000kmol/h 已知组分1、2、3、4的摩尔分率分别为30%、10%、15%、45%。 求在50℃，200kPa下绝热闪蒸的气液相组成及流率。 解： 1.核实问题是否成立 2.采用Rachford-Rice方程求? 烃类物系，K查P-T-K图 （2-72） 采用Newton-Raphson法迭代? ： 3.计算xi，yi （2-67） （2-68） 将? 代入上两式，求xi，yi 4.计算V，L 5.核实 Ki不仅是温度和压力的函数而且还是组成的函数。 根据x，y与?是分步迭代还是同时迭代，有两种普遍化算法。 2.汽液平衡常数与组成有关 并计算K，重新迭代Ψ，直至x和y没有变化为止。 需先初估xi ，yi求Ki， 然后迭代求Ψ至收敛， 用收敛的Ψ再估算