《化工分离工程》PPT课件-第4讲分离过程.ppt

分 离 过 程,第2章 单级平衡过程,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，泡点温度为在压力一定的条件下升高温度，当出现第一个气泡时的温度，泡点压力系指在一定温度下，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出现第一个液滴是的温度，露点压力是在一定温度下增加压力出现第一个液滴时的压力。,泡点和露点的意义,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气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，也就是一定组成的汽体在一定压力下与液相达到汽液平衡时的温度 。,泡点和露点计算在设计计算中应用,精馏塔各级温度确定,泡点和露点计算在设计计算中应用,精馏塔操作压力的选择, 塔顶蒸汽的冷凝温度和釜液的沸腾温度 对组分相对挥发度的影响 塔的造价和操作费用 对传质效率的影响,计算出发点：,单级汽液平衡系统，汽液相具有相同的温度t和压力p，组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。,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：,c个,2c2,方程总数： 2c+2个,变量数：,3c+2个,已知变量数：,c个（c-1个组成，温度（压力）,设计变量：,2c+2个,唯一解,计算复杂程度取决于ki。,2.2.1 泡点温度和压力的计算,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）。,一、泡点温度的计算,1. ki与组成无关：,假定t,已知p,得到ki,kixi,f(t)=|kixi-1 |,yes,t，yi,no,调整t,泡点方程：,（1）温度t初值的选定,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）,3）经验关系式,（3）温度t的调整,t设高了，降低t。,t设低了，提高t。,t的调整幅度可采用牛顿拉普森法：,2. ki与组成有关：,由状态方程法或活度系数法求取ki ：,活度系数法计算泡点温度的框图,活度法计算平衡常数公式,已知条件,几点说明：,（1）内、外循环的安排：,当压力不大时（2mpa以下）， ki对yi不敏感，而对温度较为敏感，因此将yi放在内层循环。,（2）圆整yi：,（3）判断收敛的准则或者是温度的调节方案直接 关系到收敛速度和稳定性。,二、泡点压力的计算,仍然依据的是泡点方程：,当汽相为理想气体，液相为理想溶液时：,当汽相为理想气体，液相为非理想溶液时：,当ki=f(t,p,x,y)时，用活度系数法（压力不太高）或状态方程法（压力较高）计算泡点压力。,平衡常数与组成无关的等压泡点温度的计算,对这类问题的计算，工程上经常利用ptk图查出平衡常数，由于温度是未知的，所以，计算过程需要试差。一般可以按如下的步骤进行： 设t 由ptk图查k n y yi,用迭代法计算等压泡点,对与汽相满足理想气体，液相满足理想溶液的体系， 其平衡常数可以表示为： 根据安托尼公式： 因此有：,对函数 f(x)=0 其求根的迭代公式为： 如果,牛顿迭代法,牛顿迭代法,用相对挥发度计算等压泡点,用相对挥发度计算等压泡点,利用相对挥发度计算出相平衡常数，利用相平衡常数计算饱和蒸汽压，利用饱和蒸汽压与温度的关系求出温度,平衡常数与组成有关等压泡点计算,在此之前我们分别研究过利用状态方程和活度系数计算相平衡常数的问题。不同的相平衡常数的计算方法会导致不同求解方法， 对于非理想性很强的体系，由其相平衡常数的计算公式可知：在已知压力和液相组成时，计算相平衡常数的其他各项等均为温度的函数，而对泡点的计算，温度又恰恰是未知数，此外，汽相组分的逸度系数还是汽相组成的函数，因此在计算过程中需要试差方法求解，由于问题复杂，手算难以完成，需要计算机计算,活度系数法计算泡点压力的框图,状态方程法计算泡点压力的框图,范德华方程计算逸度公式,2.2.2 露点温度和压力的计算,规定汽相组成 y 和压力p（或温度t），计算液相组成 x 和温度t（或压力p）。,已知： y 、p 计算： x 、t,露点温度计算,已知： y 、t 计算： x 、p,露点压力计算,平衡常数与 组成无关,露点方程为：,平衡常数与组成无关的露点温度求法的计算,对这类问题的计算，工程上经常利用ptk图查出平衡常数，由于温度是未知的，所以，计算过程需要试差。般可以按如下的步骤进行：,设t,给定p,由p-t-k图查k,y,x t,结束,n,调整t,如果 则降低设定温度,反之 提高温度初值,露点温度和压力的计算,求含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4、和正已烷（3）0.45（摩尔分数）之烃类混合物在0.2mpa压力下的泡点温度。,例题,解： 因各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液， ki 只取决于温度和压力。如计算要求不高，可使用烃类的 ptk 图。 假设 t 50， p 0.2mpa，查图求 ki，,说明所设温度偏低。再设 t 58.7，重复上述计算得 故泡点温度为 58.7。,某厂氯化法合成甘油车间，氯丙烯精馏二塔的釜液组成为： 3- 氯丙烯 0.0145， 1,2-二 氯丙烷 0.3090，1,3-二氯丙烯 0.6765（摩尔分数）。塔釜压力为常压，试求塔釜温度。各组分的饱和蒸汽压关系为：（ p s ： kpa ； t ： ）： (1) 3- 氯丙烯 ; (2) 1,2- 二氯丙烷（2）; (3) 1,3- 二氯丙烯(3),解：,釜液中三个组分结构非常近似，可看成理想溶液。系统压力为常压，可将汽相看成是理想气体。因此,按 newton-raphson 法迭代求解泡点温度的公式推导如下:,例题,因 故 (a) 因此，迭代温度的公式为： (b),上述各式中， a i 、 b i ， c i 为组分 i 的安托尼常数； t ( k ) ， t ( k +1) 分别为第 k 次和第 k +1 次迭代温度。若 ，则得到泡点温度的数值解。,例题,可选组分 1 或组分 3 的沸点为初值开始计算，若以 t (1) =70 作为初值,则 如此进行下去，当迭代至第