化工分离工程02[1].ppt

第二章单级平衡过程 教师 何寿林 内容 第二章单级平衡过程 第一节相平衡第二节多组分物系的泡点和露点计算第三节闪蒸过程的计算 第一节相平衡 返回 2 1 1相平衡条件2 1 2相平衡常数的计算 返回 2 1 1相平衡条件一 相平衡条件相平衡 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 热力学上看 物系的自由焓最小动力学上看 相间表观传递速率为零 相平衡条件 引入逸度系数 引入活度系数 1 汽液平衡 汽液平衡关系式 2 液液平衡 由 2 7 基准态相等 二 相平衡常数和分离因子定义 精馏 吸收 称汽液相平衡常数液液萃取 液液相平衡常数 或分配系数 三 用表示平衡关系 返回 2 1 2相平衡常数的计算 一 状态方程法 由 2 8 以P为自变量 2 16 推导 积分后得 2 16 1 用Vanderwaals方程计算 Vanderwaals方程 a b为Vanderwaals常数 将 2 15 积分后代入以上结果 步骤 2 用维里方程计算 维里方程的截断式 恢复 恢复 的计算 为简单流体的对比第二维里系数 计算 为校正函数 计算 二元常数的平均值 由 2 16 用 2 31 解的步骤 1 用状态方程 4 求Vt 两个根返回 检验 4 式有实根 取大根 否则用 2 30 求取 2 由 2 31 求 3 采用R K方程计算 R K方程 RK方程的另一种形式 推出 计算方法 1 由 6 计算ZM三个根 求气体 取求液体 取2 由 7 求 二 活度系数法 由 2 9 恢复 1 基准态逸度 液相活度系数 讨论 可凝性组分基准态 不凝性组分基准态 溶液基准态 1 可凝性组分基准态取基准态 的计算 2 不凝性组分基准态取基准态 2 液相活度系数 化工热力学提出 1摩尔混合物的过剩自由焓 发展阶段 20世纪初 问题集中于溶液的非理想性从何而来 二种观点 1 VanLaar认为分子的吸引与排斥2 Dolezalek认为分子间相互作用能 如缔合争论了五年之久 由于vanderWaals力的提出 1占优势 2被埋没 出现了 VanLaar Margules方程 1964年 化学热力学的发展由提出 Wohl对历年公式加以总结 并推广到多元 1964年 Wilson提出局部组成新概念 并得到发展 出现了Wilson方程 NRTL方程 UNQAC方程 1 Wohl型经验关系式 Margules方程VanLaar方程S H方程特点 简便 由于缺乏多元数据 因此不能应用于多元 2 由局部组成概念建立的半经验方程 Wilson方程 三个优点 1 推算精度高 2 对理想系偏离很大的物系也适宜 3 无须多元实验值 二个主要缺点 1 不适用于部分互溶系与液液平衡系 修正后可用2 曲线呈极值点时不适用 NRTL方程 适用于部分互溶体系 液液平衡体系 缺点 引入第三参数 其计算由组分化学性质估计 0 2 0 4 UNIQUAC方程 复杂优点 1 仅用二个调整数 后即可用于液液体系 2 参数随T变化很小 3 主要浓度变量为 并非 因此还可用于大分子 聚合物 溶液 三 活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式 计算Ki的普遍化形式 用于严格计算 各种简化形式 1 汽相是理想气体 液相是理想溶液 完全理想系 适用物系 P 200kPa 分子结构十分相近的组分溶液 2 汽相是理想气体 液相是非理想溶液 适用物系 低压下 分子结构相差不大的组分溶液 1 为正偏差溶液 1 为负偏差溶液 3 汽液相均为理想溶液 适用物系 中压下烃类混合物 4 汽相为理想溶液 液相为非理想溶液 例2 1 计算乙烯的相平衡常数实验值 已知 T 311KP 344 2kPaTc 282 4KPc 5034 6kPa解 1 按理想气体 理想溶液计算2 汽液均按理想溶液计算A 逸度系数法B 列线图法 例2 2 计算混合物相平衡常数 甲醇 水 实验值 K1 1 381K2 0 428T 71 29 P 0 1013MPa已知 1 B11 B22 B12 BM 第二维里系数 2 3 4 NRTL方程参数解1 按汽液均为非理想溶液计算 A 求 采用维里方程计算 B 求 采用维里方程计算 C 求 返回 第二节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 返回 汽液平衡时 2 2 1泡点温度和压力的计算 变量分析 一 泡点温度的计算 1 平衡常数与组成无关的情况 采用泡点方程 T 100 解法3 电算 Newtow迭代法 设T 70 初值 5次完成 T 99 812 2 平衡常数与组成有关的情况 采用试差法 计算框图 图2 2 判别收敛条件 2 35 用于低压时近似看成 与泡点温度相同 比较与分析如下 二 泡点压力的计算 泡点方程比较 计算框图 例2 6 计算泡点压力及汽相组成 氯仿 1 乙醇 2 已知 1 2 不计Poynting因子解 混合物的逸度系数 返回 已知 P 或T T 或P 1 平衡常数与组成无关的情况露点方程 2 2 2露点温度和压力的计算 2 平衡常数与组成有关的情况计算框图 例2 7 计算50 时蒸汽混合物露点压力已知 1 2 汽相组成解 汽相假定为理想气体 液相为非理想溶液计算式 结果 P 85 101kPa 计算过程 返回 第三节闪蒸过程的计算 流程示意图 液体混合物的汽化 气体混合物的冷凝 变量分析 一般计算后得2C 3个解 第三节闪蒸过程的计算 2 3 1等温闪蒸和部分冷凝过程2 3 2绝热闪蒸过程 略 2 3 1等温闪蒸和部分冷凝过程 变量数 3C 8方程数 2C 3指定变量数 3C 8 2C 3 C 5及 F Zi TF PF P L 或汽化率 变量数 3C 6方程数 2C 3指定变量数 3C 6 2C 3 C 3及 F Zi T P 一 汽液平衡常数与组成无关1 联立求解2C 3个方程 对i组分物料衡算 有 2 Rachford Rice方程用于电算由 2 68 2 67 3 Q的计算Q 吸热为正 移热为负