五-简单平衡级计算课件

2.4单级平衡分离过程计算

一、等温闪蒸

IsothermalFlash

二、绝热闪蒸

Adiabaticflash2.4单级平衡分离过程计算掌握了解2.4单级平衡分离过程计算2.4单级平衡分离过程计算

单级平衡：原料经过分离设备后，假设物系在出口处汽、液两相达到了平衡,由于平衡的两相组成不同而实现分离的过程，其分离效果相当于一块理论级。

2.4单级平衡分离过程计算2.4单级平衡分离过程计算

闪蒸过程：闪蒸过程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较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。闪蒸过程的计算极为重要，该计算方法推广用于塔设备的计算。如:精馏塔中的平衡级就是一个简单绝热闪蒸级。液体混合物的部分汽化汽体混合物的部分冷凝液体混合物的绝热闪蒸手段：加热、冷却和降压特点：平衡蒸馏——一个平衡级分离一、等温闪蒸

(Isothermal

Flash)⑴混合物的相态

2.4单级平衡分离过程计算？2.4单级平衡分离过程计算

⑴混合物的相态

判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区=1

进料处于泡点

>1

可能为汽液两相区

<1

进料为过冷液体

=1

进料处于露点

>1

可能为汽液两相区

<1

进料为过热蒸汽

2.4单级平衡分离过程计算⑴混合物的相态也可分别用泡露点方程计算闪蒸压力下的泡露点温度，若当混合物处于汽液两相区2.4单级平衡分离过程计算

混合物处于汽液两相区(0<n<1),可进行等温闪蒸的计算即闪蒸问题成立Tb<T<Td混合物的相态判断过冷液体两相区过热蒸汽∑Kizi<1∑Kizi>1,∑zi/Ki>1TD>T>TB∑zi/Ki<12.4单级平衡分离过程计算(1)物料衡算式对每一组分i列出物料衡算式

：

F、V、L分别表示进料、气相出料和液相出料的流率zi、yi和xi为相应的组成

C-11方程数总物料衡算式：

闪蒸过程的计算方程（MESH）3、计算方程(2)焓平衡关系式：HF、HV和HL分别为进料、气相出料和液相出料的平均摩尔热焓，是温度、压力和组成的函数。Q为加入平衡级的能量。-对于绝热闪蒸：Q=0；-对于等温闪蒸，Q应取达到规定分离或闪蒸温度所需要的热量。

1C(3)汽液平衡关系式3、计算方程(4)求和方程112C+3独立方程V，L，yi，xi，T或Q2C+3未知数方程总数：2C+3个总变量数：3C+8个其中固定变量数：C+3个需规定变量数：C+5个（F,TF,pF,T,P,V,L,Q，zi,yi,xi）（F,TF,pF,zi）根据其余2个变量的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：2.4单级平衡分离过程计算规定变量闪蒸形式输出变量P,T等温Q,V,L,yi,xiP,Q=0绝热T,V,L,yi,xiP,Q≠0非绝热T,V,L,yi,xiP,L(或e)部分冷凝Q,T,V,yi,xiP(或T),V(或v)部分汽化Q,T(或P),L,yi,xi√*√√闪蒸计算类型

2.4单级平衡分离过程计算⑵等温闪蒸过程

2.4单级平衡分离过程计算已知:F,zi,P,T计算:Q,V,L,yi,xi

已知:F,zi,P(T),n(e)计算:T(P),V(L),yi,xi,Q两类计算：

等温闪蒸：在闪蒸罐的温度T与闪蒸后气体与液体的温度是相等的，而闪蒸温度T不一定与闪蒸前原料的温度相等。2.4单级平衡分离过程计算⑵等温闪蒸过程

⑵等温闪蒸过程

液化率：

汽化率：

2.4单级平衡分离过程计算⑶计算公式

求xi，yi

汽相分率⑶计算公式

⑷计算方法

①第一类计算:思路

调e或v

2.4单级平衡分离过程计算N已知:F,zi,P,T

计算:Q,V,L,yi,xi

汽液平衡常数与组成无关闪蒸方程将式（2-80）和（2-81）分别代入式（2-57）和（2-58）得：该两方程均能用于求解气相分率，它们是C级多项式，当C>3时可用数值法求根，但收敛性不佳。

两式相减得到更通用的闪蒸方程式：当C>3，由闪蒸方程式（2-86）计算时，要试差和数值解xi，yi。Rachford-Rice方程：有很好的收敛性，可选择多种算法，如弦位法和牛顿法，其中牛顿法收敛较快。

迭代方程

导数方程

闪蒸方程迭代计算框图

开始打印

过热蒸汽打印，结束计算露点计算泡点计算输入2.4单级平衡分离过程计算②第二类计算思路：

调T

估计T：d为阻尼因子热量衡算

设为理想溶液

2.4单级平衡分离过程计算已知:F,zi,P,v计算:Q,V,L,yi,xi

③汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算设：结束

调v

N调v

N2.4单级平衡分离过程计算2.3小结1.闪蒸计算问题：已知F，Zi，P，T，Hi→V，L，yi，xi，Q已知:F,zi,P,v（e）,

Hi→V,L,yi,xi,Q2.闪蒸方程汽相分率2.3小结（1）汽液平衡常数与组成无关（例2-8）①核实闪蒸温度②由闪蒸方程求v（可以令v1=0.5）③计算xi，yi④求V，L⑤计算HL,HV—理想溶液—非理想溶液—需要有混合热数据

3.闪蒸计算（2）汽液平衡常数与组成有关计算Q—过程所需热量在给定温度下进行等温闪蒸计算时，须核实闪蒸问题是否成立：TB<T<TD闪蒸问题成立

!计算结果可用于确定气相分率的初值

分别用泡点方程和露点方程计算在闪蒸压力下，进料混合物的泡点温度和露点温度，然后核实闪蒸温度是否处于泡露点温度之间。若该条件成立，则闪蒸问题成立。TB<T<TD作业

P5617，21二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）2.4单级平衡分离过程计算二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）⑴等焓节流过程及其计算内容

2.4单级平衡分离过程计算该过程是在绝热情况下进行的，因而节流前后的焓相等，又称为等焓节流过程。节流后生成的气液两相在分离器内达到平衡状态。如下图示：特点：①DQ=0→DH=0,H1=H2②温度降低（汽化部分热量由液体降温提供）二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）2.4单级平衡分离过程计算求：

计算内容：已知等焓节流和部分汽化异同点：相同点:①都是汽化（说明可按汽化公式计算）②汽化后汽液两相达到平衡。不同点:①产生汽化的原因不同②已知条件不同(等焓少个条件多个未知数)2.4单级平衡分离过程计算⑵计算公式

组分的物料衡算式：相平衡关系式：

相平衡常数关联式：

浓度总和式：

焓平衡方程：

2.4单级平衡分离过程计算⑶计算方法

①作图法⑴闪蒸曲线（T~v曲线）试差求

p2下的TD、TB，在TD、TB之间设T2…，试差求

v1、v2⑵等焓平衡线

由求出的

(v)

2.4单级平衡分离过程计算例2-9②手算或计算机计算

内层为v循环，用Newton-Raphson迭代求解汽化分率v，收敛精度

结束

调整T2思路：外层则为T2循环，用正割法调整节流后的温度收敛精度

2.4单级平衡分离过程计算？设

和v的初值

①②NY框图2.4单级平衡分离过程计算END按正割法调T

设

①②p52框图2-152.4单级平衡分离过程计算

学习本章要熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；掌握汽液相平衡关系常用的两种形式；会用相平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求算活度系数和逸度系数；泡点和露点计算学生要会查阅P-T-K列线图，求算烃类物质的K值，了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。了解等温闪蒸和部分冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。

重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。

难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的泡点温度和泡点压力、露点温度和