化工分離過程PPT

1、化工分離過程PPT第1頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二內(nèi)容： 內(nèi)容： 各組分物系汽液平衡 單級(jí)平衡過程的計(jì)算第2頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第二章 單級(jí)平衡過程第一節(jié) 相平衡第二節(jié) 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算第三節(jié) 閃蒸過程的計(jì)算第3頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第一節(jié) 相平衡返回 相平衡條件2.1.2 相平衡常數(shù)的計(jì)算返回第4頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.1.1 相平衡條件一、相平衡條件 相平衡：由混合物或溶液形成若干相，這些相保持物理 平衡而共存狀態(tài)。 熱力學(xué)上看物系的自由焓

2、最小 動(dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零第5頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二相平衡條件：第6頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二引入逸度系數(shù) ： if引入活度系數(shù) ：ig 1.汽液平衡第7頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二汽液平衡關(guān)系式：第8頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.液液平衡由（2-7）： 第9頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二二、相平衡常數(shù)和分離因子 定義：精餾、吸收：稱汽液相平衡常數(shù)液液萃?。阂阂合嗥胶獬?shù)（或分配系數(shù)）第10頁，共100頁，2022年，5月20日

3、，0點(diǎn)27分，星期二三、用 表示平衡關(guān)系ijiKa,返回第11頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.1.2 相平衡常數(shù)的計(jì)算一、狀態(tài)方程法二、活度系數(shù)法 第12頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二一、狀態(tài)方程法由（28）： 由PVT關(guān)系計(jì)算LiViff,第13頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二推導(dǎo)略以V為自變量：以P為自變量：第14頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二(2-16)推導(dǎo)：積分后得（2-16）第15頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二（215）、（216）適用于氣、液、

4、固相，是計(jì)算 的普遍化方法。 注意：只要知道狀態(tài)方程就可代入求第16頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二1.用Van der waals方程計(jì)算Van der waals方程：a、b為Van der waals常數(shù)第17頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二將（215）積分后代入以上結(jié)果：第18頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二步驟： i=1i=1i=i+1YesNo第19頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 i=1時(shí)求汽相逸度系數(shù)；i=2時(shí)求液相逸度系數(shù)。 汽相：用y求a、b 液相：用x求a、b (1)式

5、有三個(gè)根第20頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.用維里方程計(jì)算維里方程的截?cái)嗍剑夯謴?fù)恢復(fù)汽相喲！第21頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 的計(jì)算：第22頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 為簡單流體 的對(duì)比第二維里系數(shù)，計(jì)算： 為校正函數(shù)，計(jì)算： 為二元相互作用參數(shù)，計(jì)算：用于烷烴相當(dāng)成功第23頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 二元常數(shù) 的平均值 ij水醇醚酮烴烴00.130酮0.150.050.130醚0.350.130醇0.10水0ijk第24頁，共100頁，2022年

6、，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二由（216）：第25頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二由（216）：P為自變量同樣由（215）：V為自變量第26頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二用（231）解的步驟： 1.用狀態(tài)方程4求Vt (兩個(gè)根返回)、 檢驗(yàn)： 4式有實(shí)根，取大根，否則用（230）求取。 2.由（231）求注意：維里方程的適宜范圍：第27頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二3.采用RK方程計(jì)算特點(diǎn)： 1.比多參數(shù)狀態(tài)方程簡單 2.適宜于氣、液態(tài)第28頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二RK方程：第

7、29頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二RK方程的另一種形式：推出：第30頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算方法： 1.由6計(jì)算ZM 三個(gè)根：求氣體（ ）取 求液體（ ）取 2.由7求注意：求汽相逸度時(shí)組成用求液相逸度時(shí)組成用第31頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二作業(yè)： P51：3題（只求 ） Vif3題改錯(cuò)： 去掉“%”第32頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二二、活度系數(shù)法由（29）： 已解決 對(duì) ， 分別討論 igiVfiOLf恢復(fù)第33頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星

8、期二1.基準(zhǔn)態(tài)逸度 液相活度系數(shù)：OLif討論：可凝性組分基準(zhǔn)態(tài) 不凝性組分基準(zhǔn)態(tài) 溶液基準(zhǔn)態(tài)第34頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二（1）可凝性組分基準(zhǔn)態(tài) 取基準(zhǔn)態(tài)：第35頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二的計(jì)算：第36頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二（221）有二個(gè)校正系數(shù)：第37頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二（2）不凝性組分基準(zhǔn)態(tài) 取基準(zhǔn)態(tài)：H化工計(jì)算解決第38頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二（3）溶液基準(zhǔn)態(tài) 取基準(zhǔn)態(tài)： 溶質(zhì)：屬不凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài) 溶液：屬

9、可凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài) 不對(duì)稱性標(biāo)準(zhǔn)化方法第39頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.液相活度系數(shù)化工熱力學(xué)提出：1摩爾混合物的過剩自由焓第40頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二到目前有20多種經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式。第41頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二發(fā)展階段： 20世紀(jì)初：問題集中于溶液的非理想性從何而來？ 二種觀點(diǎn)：1.Van Laar認(rèn)為分子的吸引與排斥 2. Dolezalek認(rèn)為分子間相互作用能，如締合 爭論了五年之久，由于van der Waals力的提出，1占優(yōu)勢(shì)、2被埋沒，出現(xiàn)了：Van Laar；Marg

10、ules方程。 1964年：化學(xué)熱力學(xué)的發(fā)展 由 提出 ，Wohl對(duì)歷年公式加以總結(jié)，并推廣到多元。 1964年：Wilson提出局部組成新概念，并得到發(fā)展。 出現(xiàn)了Wilson方程、NRTL方程、UNQAC方程。第42頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二1.Wohl型經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式Margules方程Van Laar方程 SH方程 特點(diǎn)：簡便，由于缺乏多元數(shù)據(jù)，因 此不能應(yīng)用于多元。第43頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.由局部組成概念建立的半經(jīng)驗(yàn)方程Wilson方程： 三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.推算精度高。 2.對(duì)理想系偏離很大的物系也適宜。 3.無須多元

11、實(shí)驗(yàn)值。 二個(gè)主要缺點(diǎn)； 1.不適用于部分互溶系與液液平衡系。 修正后可用 2. 曲線呈極值點(diǎn)時(shí)不適用。第44頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二NRTL方程： 適用于部分互溶體系，液液平衡體系 。 缺點(diǎn)：引入第三參數(shù) ，其計(jì)算由組分化學(xué)性質(zhì)估計(jì)（ =0.20.4）。 UNIQUAC方程： 復(fù)雜 優(yōu)點(diǎn)：1.僅用二個(gè)調(diào)整數(shù) ， 后即可用于液液 體系。 2.參數(shù)隨T變化很小。 3.主要濃度變量為 ，并非 ，因此還可用于 大分子（聚合物）溶液。第45頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二三、活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡化形式計(jì)算Ki的普遍化形式（用于嚴(yán)格計(jì)

12、算）第46頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二各種簡化形式： 1.汽相是理想氣體，液相是理想溶液。 完全理想系適用物系：P1,為正偏差溶液 1 ,為負(fù)偏差溶液第48頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 3.汽液相均為理想溶液。適用物系: 中壓下烴類混合物.第49頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 4.汽相為理想溶液,液相為非理想溶液。第50頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二例21：計(jì)算乙烯的相平衡常數(shù) 實(shí)驗(yàn)值：已知：T=311K P=344.2kPa Tc=282.4K Pc=5034.6kPa 解：1

13、.按理想氣體、理想溶液計(jì)算 2.汽液均按理想溶液計(jì)算 A.逸度系數(shù)法 B.列線圖法 與實(shí)驗(yàn)值相近第51頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二例22：計(jì)算混合物相平衡常數(shù)（甲醇-水） 實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381 K2=0.428 T=71.29 P=0.1013MPa 已知：1.B11、B22、B12、BM （第二維里系數(shù)） 2. 、 3. 4.NRTL方程參數(shù)解1：按汽液均為非理想溶液計(jì)算第52頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二A.求 （采用維里方程計(jì)算） iVf第53頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二B.求 （采用維里方程計(jì)算

14、） iSf第54頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二C.求 LiSiLifRTPPV及)(exp-第55頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二D.求液相活度系數(shù)（采用NRTL方程）E.求相平衡常數(shù) 實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381 K2=0.428第56頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二解2：按理想氣體、非理想溶液計(jì)算 解3：按汽液均為理想溶液計(jì)算實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381 K2=0.428第57頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第58頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二作業(yè)： P51： 2題

15、 返回第59頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第二節(jié) 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算 2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算返回第60頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二露點(diǎn)壓力露點(diǎn)溫度泡點(diǎn)壓力泡點(diǎn)溫度求解量規(guī)定量（C個(gè)）計(jì)算類型汽液平衡時(shí)：第61頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算 變量分析： 第62頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二一、泡點(diǎn)溫度的計(jì)算1.平衡常數(shù)與組成無關(guān)的情況iiiVViifb32fTP.iiiiiiKK-1iiiSbbbf-.

16、23LLifKTTTTKTKPPKTPK=+=-=.321*),(43數(shù)據(jù)回歸計(jì)算圖查得第63頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二采用泡點(diǎn)方程：第64頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二1.000.95131.3440.37910098 110 70 T（設(shè)）例23：計(jì)算塔釜溫度（完全理想系）已知：1. 2. 、 3. 常壓操作解法1：用試差法計(jì)算wix, T=100第65頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算方法： 設(shè)T=98（離泡點(diǎn)不遠(yuǎn)） T=99.7 解法2：用 計(jì)算（不試差，實(shí)用于完全理想系） 隨T變化不大，取某溫度范

17、圍內(nèi)的均值iKaiKa第66頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二解法3：電算（Newtow迭代法）設(shè)T=70（初值）， 5次完成。T=99.812 第67頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二例24：計(jì)算烴類混合物的泡點(diǎn)已知：1. 2. 壓力解：用PTK圖計(jì)算 方法： 設(shè)T（已知P） KixK圖查YesNo學(xué)了三種方法喲！第68頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二作業(yè)： P51： 4題 注意： 增加牛頓迭代法。第69頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況采用試差法第70頁，共100頁

18、，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算框圖：開始輸入P、x及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令 作第一次迭代 計(jì)算計(jì)算計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算Y調(diào)整T 有無變化NYN輸出T、y結(jié)束NY圖22第71頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二判別收斂條件： （235）用于低壓時(shí)近似看成：第72頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二 與泡點(diǎn)溫度相同，比較與分析如下：項(xiàng)目求泡點(diǎn)溫度（已知P，x）求泡點(diǎn)壓力（已知T，x）計(jì)算相同變量與函數(shù)關(guān)系相同框圖圖（22）圖（23）二、泡點(diǎn)壓力的計(jì)算iK第73頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二求泡點(diǎn)溫度求泡點(diǎn)壓力

19、泡點(diǎn)方程比較：第74頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算框圖：計(jì)算計(jì)算Y開始輸入T、x及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P并令 作第一次迭代 計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整P 有無變化NYN輸出P、y結(jié)束NY圖23第75頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二例26：計(jì)算泡點(diǎn)壓力及汽相組成氯仿（1）乙醇（2）已知：1. 2. 不計(jì)Poynting因子解：第76頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二混合物的逸度系數(shù)：第77頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第78頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算方法；

20、 將（C）、（D）、（E）代入（B）求P，y返回第79頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二已知：P（或T） T（或P）1.平衡常數(shù)與組成無關(guān)的情況 露點(diǎn)方程：2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算計(jì)算方法同于泡點(diǎn)計(jì)算： 1.試差；2.用 計(jì)算；3.電算；4.查K圖 iKa第80頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況計(jì)算框圖：計(jì)算NNY計(jì)算Y輸出T、y開始輸入P、y及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令 作第一次迭代 計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整T 有無變化NY結(jié)束第81頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二例27：計(jì)算50時(shí)蒸汽

21、混合物露點(diǎn)壓力已知：1. 2. 汽相組成解：汽相假定為理想氣體，液相為非理想溶液 計(jì)算式： 結(jié)果：P=85.101kPa第82頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二計(jì)算過程：計(jì)算Y開始輸入T、y及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P，X值 計(jì)算調(diào)整P圓整 有無變化N輸出P、x結(jié)束NY例題圖第83頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二作業(yè)： P51： 6題 返回第84頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第三節(jié) 閃蒸過程的計(jì)算第85頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二流程示意圖：液體混合物的汽化氣體混合物的冷凝LiHxL,ViHyV,液

22、體ZF,FFFHPT,T，PLiHxL,ZF,FFFHPT,氣體ViHyV,T，P第86頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二變量分析：系統(tǒng)方程方程數(shù)2C+3一般計(jì)算后得2C+3個(gè)解：第87頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二第三節(jié) 閃蒸過程的計(jì)算2.3.1 等溫閃蒸和部分冷凝過程2.3.2 絕熱閃蒸過程（略）第88頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.3.1 等溫閃蒸和部分冷凝過程,ixL,iyV,T，P液體ZFPT,iQi,ixL,iyV,T，P氣體ZFPFTF,Q變量數(shù)：3C+8方程數(shù)：2C+3指定變量數(shù):(3C+8)-(2C+3)=C+5及：F、Zi、TF、PF、P、L(或汽化率)變量數(shù)：3C+6方程數(shù)： 2C+3 指定變量數(shù):(3C+6)-(2C+3)=C+3 及：F、Zi、T、P第89頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二一、汽液平衡常數(shù)與組成無關(guān) 1.聯(lián)立求解2C+3個(gè)方程對(duì)i組分物料衡算： 有：第90頁，共100頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)27分，星期二2.RachfordRice方程 用于電算由(268)