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化工分离过程 Chemical Separation Processes 第二章 单级平衡过程 第二章 单级平衡过程 第二章 单级平衡过程 主要内容及要求： 1. 相平衡常数计算：状态方程法，活度系数法 2. 泡点、露点计算 （1）泡点计算：在一定P（或T）下，已知xi，确定Tb（或Pb）和yi。 （2）露点计算 3. 等温闪蒸计算：给定物料的量与组成，计算在一定P和T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。 第二章 单级平衡过程 2.1 相平衡 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.2.1 泡点温度和压力的计算 2.2.2 露点温度和压力的计算 2.3 闪蒸过程的计算 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 泡点和露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。 泡点温度为在一定压力的条件下升高温度，当出现第一个气泡时的温度，泡点压力是指在一定温度下降低压力，当出现第一个气泡时的压力。 露点温度是在一定压力下降低温度，当出现第一个液滴时的温度，露点压力是在一定温度下增加压力，当出现第一个液滴时的压力。 泡点和露点的意义 泡点和露点计算在设计计算中应用 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.2.1 泡点温度和压力的计算 （3）温度T的调整 * * √ √ 泡点温度:一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温度，也就是一定组成的液体在一定压力下与蒸汽达到汽液平衡时的温度。 露点温度:一定组成的汽体，在恒压下冷凝的过程中，出现第一个液滴时的温度，也就是一定组成的蒸汽在一定压力下与液相达到汽液平衡时的温度。 各塔板温度的确定； 确定适宜的操作压力。 ① 塔顶蒸汽的冷凝温度和釜液的沸腾温度； ② 对组分相对挥发度的影响； ③塔的造价和操作费用； ④对传质效率的影响。 精馏塔： 一个单级汽液平衡系统，汽液相T和P相同，c个组分的 液相组成xi与汽相组成yi处于平衡状态。 相律： 自由度数与 组分数相当 露点压力 露点温度 泡点压力 泡点温度 求解量 规定量（c个） 计算类型 一个单级汽液平衡系统，汽液相T和P相同，c个组分的 液相组成xi与汽相组成yi处于平衡状态。 计算方程： （1）相平衡方程： c个 （2）摩尔分率加和方程： 2个 （3）汽液平衡常数关联式： 2c＋2 c个 方程总数：2c+2个 变量数： 3c+2个 P） T K x （y i i i , , , , 已知变量数： c个（c-1个组成，温度或压力） 未知变量数： 2c+2个 唯一解 计算复杂程度取决于Ki 规定液相组成 x 和压力P（或温度T），计算汽相组成 y 和温度T（或压力P）。 已知： x 、P 计算： y 、T 泡点温度计算 已知： x 、T 计算： y 、P 泡点压力计算 泡点方程： 2.2.1 泡点温度和压力的计算 1. 平衡常数与组成无关的泡点温度计算 泡点方程： 求解泡点方程须试差法，求解步骤如下： 假定T 已知P 得到Ki ?Kixi |f(T) |=|?Kixi-1 |≤? Y T=T设，yi= Kixi N 调整T 2.2.1 泡点温度和压力的计算 取纯物质的沸点作为温度的迭代初值。 （2） Ki值的获得 ① P-T-K图（烃类物系）（图2-1） ② 简化表达式： ③ 经验关系式： （1） 温度初值的选定 （2-36） （2-40） （2-48） （2-49） 2.2.1 泡点温度和压力的计算 T设偏高，降低T。 T设偏低，提高T。 2.2.1 泡点温度和压力的计算 例2-3：计算塔釜的温度 （完全理想系） 已知：1. xi,w 2. lnPiS=Ai-Bi/(t+Ci) 3. 常压操作 解法1：用试差法计算 1.00 0.951 1.344 0.379 ∑Kixi 100℃ 98℃ 110℃ 70℃ T(设) 2.2.1 泡点温度和压力的计算 解法2：用αiK计算（不试差，适用于完全理想系） 由于 式（2-52）两边分别除以∑yi后可得出： 又∵ ∴ 根据相对挥发度的定义： （2-52） ∴ 2.2.1 泡点温度和压力的计算 αi随T变化不大，所以在一定温度范围内可将αi看成常数。 设T=98℃（离泡点不远） 得到PiS ∴ T=99.7℃ T泡 计算方法： 安托尼公式 2.2.1 泡点温度和压力的计算 解法3：计算机计算（Newtow迭代法） 前提条件：平衡常数和组成无关的泡点温度计算（简化K） 泡点计算：