21分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定課件

1、葉慶國課件2葉慶國課件2本章要求 多組分物系的泡點和露點計算1）熟練掌握多組分物系的泡點和露點計算； 2）理解平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡、露點計算,計 算機計算方法。3）識記多組分物系的泡點和露點計算過程中溫度 的調(diào)整方法,泡點和露點壓力的簡化計算方法單級平衡分離過程計算1）掌握混合物的相態(tài)的確定和閃蒸計算類型2）理解絕熱閃蒸過程的序貫迭代法,正割收斂法3）識記等溫閃蒸過程的計算,等溫閃蒸過程和絕 熱閃蒸過程的區(qū)別。 本章要求 本章要求 多組分物系的泡點和露點計算本 2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable determi

2、nation of separation process 一、設(shè)計變量 Design variable二、單元的設(shè)計變量 Design variable of element三、裝置的設(shè)計變量 Design variable of unit 2.1分離系統(tǒng)的變量分析了解了解掌握2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variabl 在進行一個分離單元、設(shè)備或分離流程的設(shè)計之前，設(shè)計者必須給定一些必要的設(shè)計條件(即給定一些物理量),包括規(guī)定這些物理量的數(shù)目和數(shù)值。其中首先要解決的問題是到底需要規(guī)定多少個物理量以及規(guī)定哪些物理量？分離過程計算類型包括設(shè)計型問題操作型問題2.1分離過程的變量分析及

3、設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable determination of separation process 2.1分離系統(tǒng)的變量分析 在進行一個分離單元、設(shè)備或分離流程的分離過程計算類型Fxi兩組分精餾塔qPRxi,D (ori,D)xj,W（orj,W）適宜的進料位置計算：精餾段NR提餾段NS冷凝器Q再沸器Q等2.1分離系統(tǒng)的變量分析2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable determination of separation process 舉例說明Fxi兩

4、組分精餾塔qPRxi,D (ori,D)xj,W（1 雙組分普通精餾塔一般容易指定： 與進料相關(guān)的變量： 流率、溫度(進料熱狀況)、組成、塔壓 再指定餾出液(或釜液)濃度、回收率、回 流比、 適宜進料位置2 復(fù)雜分離系統(tǒng)不容易指定精餾段塔板數(shù);提餾段塔板數(shù);冷凝器負荷;再沸器負荷共8個變量,可計算出舉例說明2.1分離系統(tǒng)的變量分析2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable determination of separation process 1 雙組分普通精餾塔一般容易指定：2 復(fù)雜分離系統(tǒng)不容易指定萃取精餾塔補充溶劑

5、新鮮進料萃取劑回收塔循環(huán)溶劑重組分輕組分2.1分離系統(tǒng)的變量分析2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable determination of separation process 萃取精餾塔補充溶劑新鮮進料萃取劑回收塔循環(huán)溶劑重組分輕組分2 在設(shè)計時所需要指定的獨立變量（物理量）的數(shù)目稱之為設(shè)計變量。 如果設(shè)計過程中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目少于設(shè)計變量的數(shù)目，設(shè)計不會有唯一的結(jié)果；反之，給定數(shù)值的物理量數(shù)目過多，設(shè)計結(jié)果一定會自相矛盾。(1) 定義2.1分離系統(tǒng)的變量分析2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Varia

6、ble analysis and design variable determination of separation process 一、設(shè)計變量（Design variable） 在設(shè)計時所需要指定的獨立變量（物理(1) 定義2 一、設(shè)計變量（Design variable） 定義描述系統(tǒng)所需的獨立變量總數(shù) 各獨立變量之間可以列出的方程式數(shù)和給定的條件，為約束關(guān)系數(shù) 郭慕孫，AIchE J（美國化學(xué)工程師學(xué)會）， 1956（2）：240-248 2.1分離系統(tǒng)的變量分析2.1分離過程的變量分析及設(shè)計變量的確定 Variable analysis and design variable d

7、etermination of separation process 一、設(shè)計變量（Design variable） 描述系統(tǒng)舉例:固定設(shè)計變量可調(diào)設(shè)計變量2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable）(1) 定義舉例:固定設(shè)計變量可調(diào)設(shè)計變量2.1一、設(shè)計變量（D固定設(shè)計變量 描述進料物流(如:進料的 組成,流量等)的變量和系 統(tǒng)的壓力可調(diào)設(shè)計變量 除 其它設(shè)計變量往往對此感興趣2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable）(1) 定義固定設(shè)計變量 描述進料物流(如:進料的往往對此感興趣2. 分離過程的變量有三種類型：強度性質(zhì)變量、容度性質(zhì)變量

8、和設(shè)備參數(shù)強度性質(zhì)變量 組成、溫度、壓力等容度性質(zhì)變量 物料的流率、傳熱速度設(shè) 備 參 數(shù) 平衡級數(shù)、進料位置等2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable） 分離過程的變量有三種類型：2.1一、設(shè)計變量（Des獨立變量數(shù)與約束數(shù) 獨立變量數(shù) 單相物流：相律 相律所指的獨立變量指強度性質(zhì)，必須加上物流的數(shù)量 獨立變量數(shù) 相平衡物流： 獨立變量數(shù) 加上各相的流率 中加入說明熱量和功的變量數(shù) 在 2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable）獨立變量數(shù)與約束數(shù) 獨立變量數(shù) 相律所指的獨立物流（C+2）N N為物流數(shù)熱和功（與外界交換等）總結(jié)：不管單相

9、物流還是互成平衡的兩 相物流都需用c+2個獨立變量來 描述。其余情況可以類推。 若系統(tǒng)與環(huán)境有能量交換時,在Nv中應(yīng)加入說明熱量和功的變量數(shù)獨立變量與約束數(shù) 2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable）物流（C+2）N N為物流數(shù)總結(jié)：不管單相物流還是互 獨立變量數(shù)物流熱和功（與外界交換等）強度性質(zhì)的變量-自由度（f）如容度性質(zhì)的變量（R）,如Nv2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable） 獨立變量與約束數(shù) 獨立變量數(shù)物流熱和功（與外界交換等）強度性質(zhì)的變量- 約束數(shù) 1）物料平衡式：c個組分有c個 2）能量平衡式：一個系統(tǒng)一個 3）相平衡

10、關(guān)系式： 相數(shù) 4）內(nèi)在關(guān)系：約定的關(guān)系 如已知的等量、比例關(guān)系 2.1分離系統(tǒng)的變量分析獨立變量與約束數(shù) 一、設(shè)計變量（Design variable） 約束數(shù) 1）物料平衡式：c個組分有c個 相數(shù) 4）內(nèi) 郭氏法適用于連續(xù)穩(wěn)定流動的過程,并假定過程中無化學(xué)反應(yīng),流體的動能和位能可以忽略,與外界交換的機械能只限于軸功,而且平衡級是串聯(lián)的。 郭氏法的基本原則是將一個裝置分解為若干個進行簡單過程的單元，由每一個單元的獨立變量數(shù)Nve和約束數(shù)Nce求出每一個單元的設(shè)計變量數(shù)Nie，然后再由單元的設(shè)計變量數(shù)計算出裝置的設(shè)計變量數(shù)Niu。2.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variab

11、le） 郭氏法適用于連續(xù)穩(wěn)定流動的過程,并假 郭氏郭氏法（分三步）裝置（1）分解簡單單元有濃度變化無濃度變化求（2）（3）簡單精餾塔2MM+1M+2NFDW=L12.1分離系統(tǒng)的變量分析一、設(shè)計變量（Design variable）郭氏法（分三步）裝置（1）分解簡單單元有濃度變化無濃度變化求二、單元的設(shè)計變量（Design variable of element） 無濃度變量的單元 如分配器，泵，加熱器，冷卻器，換熱器，全凝器，全蒸發(fā)器 每一物流均可看成單相物流，如加熱器 約束數(shù)：物料平衡式 c個 能量平衡式 1個 2.1分離系統(tǒng)的變量分析為系統(tǒng)換熱量或出換熱器的溫度二、單元的設(shè)計變量（Des

12、ign variable of e有濃度變化的單元 混合器、分相器、部分蒸發(fā)器、分凝器 簡單平衡級 與 為互為平衡的物流 c個物料衡算式和一個熱量衡算式 P21表2-1各種單元的設(shè)計變量2.1分離系統(tǒng)的變量分析j平衡級有濃度變化的單元 混合器、分相器、部分蒸發(fā)器、分凝器與 三、裝置的設(shè)計變量（Design variable of unit） 依靠單元之間的物流而聯(lián)結(jié)成一個裝置，從總 變量中減去多余的相互關(guān)聯(lián)的物流變量數(shù) 用 在裝置中某一單元以串聯(lián)的形式被重復(fù)使用 ？2.1分離系統(tǒng)的變量分析三、裝置的設(shè)計變量（Design variable of u 應(yīng)用郭氏法確定任何復(fù)雜的分離裝置的獨立變量數(shù)

13、的步驟： （1）確定過程中的獨立壓力等級數(shù)。即不考慮由于摩擦阻力而引起的微小壓降時，裝置內(nèi)共有幾個不同的壓力等級。 （2）以每一進料有（C+2）個變量計算裝置進料變量總數(shù)，當(dāng)某一進料的壓力和進料單元的壓力相等時，則在進料變量總數(shù)中減1。（3）計算整個裝置的可調(diào)設(shè)計變量，等于各單元的可調(diào)設(shè)計變量與裝置中串級單元數(shù)之和三、裝置的設(shè)計變量（Design variable of unit） 2.1分離系統(tǒng)的變量分析 應(yīng)用郭氏法確定任何復(fù)雜的分離裝置的獨立變量數(shù)的步由N個絕熱操作的簡單平衡級串聯(lián)構(gòu)成的簡單吸收塔 在串級內(nèi)有中間物流2.1分離系統(tǒng)的變量分析其中：由N個絕熱操作的簡單平衡級串聯(lián)構(gòu)成的簡單吸收

14、塔 在串級內(nèi)有中求精餾塔的設(shè)計變量 2.1分離系統(tǒng)的變量分析求精餾塔的設(shè)計變量 2.1求精餾塔的設(shè)計變量 全凝器回流分配器級的平衡串級進料級級的平衡串級再沸器單元間物流數(shù)9股1234567892.1分離系統(tǒng)的變量分析求精餾塔的設(shè)計變量 全凝器回流分配器級的平衡串2.2 相平衡關(guān)系的計算Calculation of phase equilibrium 一、汽液相平衡關(guān)系 Vapor-liquid phase equilibrium 二、汽液平衡的分類與計算 Classification and calculation of vapour-liquid phase equilibrium 2.2相

15、平衡關(guān)系的計算 掌握理解2.2 相平衡關(guān)系的計算Calculation of ph相平衡：混合物所形成的若干相保持 物理平衡而共存的狀態(tài)。熱力學(xué)上看物系的自由焓最小 動力學(xué)來看相間表觀速率為零2.2相平衡關(guān)系的計算Calculation of phase equilibrium 2.2相平衡關(guān)系的計算相平衡：混合物所形成的若干相保持2.2相平衡關(guān)系的計算Ca 各相的溫度、壓力相同， i 組分各相的化學(xué)位相等。 i 組分在各相的逸度相等。相平衡條件（準則）：熱平 衡機械平衡物理化學(xué)平衡2.2相平衡關(guān)系的計算Calculation of phase equilibrium 2.2相平衡關(guān)系的計算

16、各相的溫度、壓力相同，相平衡條件（準則）：熱平 衡機yixi01 相 圖 相圖主要用來表示兩元或三元系統(tǒng)的相平衡關(guān)系，包括恒壓下的 t-x 圖和 y-x 圖,恒溫下的 p-x 圖。2.2相平衡關(guān)系的計算Calculation of phase equilibrium 2.2相平衡關(guān)系的計算一、相平衡關(guān)系yixi01 相 圖 相圖主要用來表示2.2相平衡關(guān)系的（1） 汽液相平衡關(guān)系 汽液相平衡所研究的是在一定操作條件下相變過程進行的方向和限度,它是處理氣液傳質(zhì)過程的基礎(chǔ),也是分析傳質(zhì)設(shè)備效率高低的依據(jù)。2 相平衡基本關(guān)系式為什么要研究汽液相平衡？2.2相平衡關(guān)系的計算一、相平衡關(guān)系（1） 汽液相

17、平衡關(guān)系 汽液相平衡所研究的是在一定 解決精餾計算中經(jīng)常進行的下列三類問題:1）多組分物系的泡點計算 在一定壓力(或溫度下),已知液相組成xi，確定泡點溫度TB(壓力PB)和與液相成平衡的汽相組成yi 。2）多組分物系的露點計算 在一定壓力(或溫度下),已知汽相組成yi，確定露點溫度TD(壓力PD)和與汽相成平衡的液相組成xi 。2.2相平衡關(guān)系的計算2 相平衡基本關(guān)系式一、相平衡關(guān)系 解決精餾計算中經(jīng)常進行的下列三類問題:2.22 相平衡3）多組分物系閃蒸過程的計算 已知原料液的量F 和組成zi ,計算在指定的壓力P和溫度T條件下閃蒸得到的汽相量V和組成yi以及剩余的液相量L和組成xi。2.

18、2相平衡關(guān)系的計算2 相平衡基本關(guān)系式一、相平衡關(guān)系3）多組分物系閃蒸過程的計算2.22 相平衡基本關(guān)系式一 為把逸度和實測壓力、溫度、組成等物理量聯(lián)系起來，引入逸度系數(shù)和活度系數(shù)根據(jù)相平衡條件得出汽液平衡關(guān)系（2-8）基準態(tài)下組分i 的逸度（2-9）（2-10）2.2相平衡關(guān)系的計算2 相平衡基本關(guān)系式一、相平衡關(guān)系 為把逸度和實測壓力、溫度、組成等物根據(jù)相平衡條件得出汽液2.2相平衡關(guān)系的計算Calculation of phase equilibrium 相平衡條件： 2.2相平衡關(guān)系的計算 （1） 汽液相平衡關(guān)系2 相平衡基本關(guān)系式2.2相平衡關(guān)系的計算Calculation of p

19、ha3 相平衡常數(shù) 定義的計算方法 1）狀態(tài)方程法可用同時適用于汽液兩相狀態(tài)方程來計算2）活度系數(shù)法 2.2相平衡關(guān)系的計算？求取基準態(tài)逸度、液相活度系數(shù)和氣相逸度系數(shù)3 相平衡常數(shù) 定義的計算方法 1）狀態(tài)方程法可基準態(tài)逸度 fiOL：(1)可凝組分的基準態(tài)逸度：規(guī)定不是唯一的當(dāng) xi 1， i 1 代入 得出fiOL為在系統(tǒng)T、P下液相中純組分i 的逸度。 所謂活度系數(shù)的基準態(tài)是指活度系數(shù)等于1的狀態(tài)。通常以下式作為活度系數(shù)的基準態(tài)2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 基準態(tài)逸度 fiOL：(1)可凝組分的基準態(tài)逸度：規(guī)定不是唯故式(2-10)可寫成式中 fiL 為純液體組分i在混合物T、

20、P 下的逸度? 如何求取純組分i的逸度fiL 即基準態(tài)是與系統(tǒng)具有相同T、P和同一相態(tài)的純 i 組分2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 故式(2-10)可寫成式中 fiL 為純液體組分i在混合物純組分i 的逸度計算：用于計算純組分 i 的逸度：將以 P、T 為獨立變量的狀態(tài)方程式：2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 純組分i 的逸度計算：用于計算純組分 i 的逸度：將以 P 若能提供純組分i的P-V-T數(shù)據(jù)或狀態(tài)方程，則上式對氣、液、固組分均適用。 若以fi0表示純組分i在一定溫度的飽和蒸汽壓下的逸度系數(shù)，則純液體組分i在該溫度和任意壓力下的逸度可表示為2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù)

21、 若能提供純組分i的P-V-T數(shù)據(jù)或狀2.23 相平衡常數(shù)純液體組分i的逸度：純組分i在一定溫度的飽和蒸氣壓下的逸度系數(shù)。純液體組分i在系統(tǒng)溫度下的摩爾體積，與壓力無關(guān)。2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 純液體組分i的逸度：純組分i在一定溫度的飽和蒸氣壓下的逸度系校正飽和蒸氣壓下的蒸汽對理想氣體的偏離Poynting因子，校正壓力對飽和蒸氣壓的偏離。（2-11）因此2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 校正飽和蒸氣壓下的蒸汽對理想氣體的偏離Poynting因子，(2)不凝性組分基準態(tài)逸度：（T、P一定，xi 0）亨利定律當(dāng) xi 0， i* 1 代入 得出當(dāng)組分i的摩爾分數(shù)變?yōu)闊o限小時,活

22、度系數(shù)i* 1 ,組分i的逸度等于基準態(tài)逸度乘以摩爾分數(shù)，因此或2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 即為在系統(tǒng)溫度和壓力下估算出來的亨利常數(shù)(2)不凝性組分基準態(tài)逸度：（T、P一定，xi 0）亨利定結(jié)合（2-11）和（2-19）得：活度系數(shù)法計算相平衡常數(shù)的通式2.2相平衡關(guān)系的計算3 相平衡常數(shù) 結(jié)合（2-11）和（2-19）得：活度系數(shù)法計算相平衡常數(shù)的4 與 的關(guān)系 相對揮發(fā)度的定義 i，j 兩組分的相平衡常數(shù)之比 參考文獻2.2相平衡關(guān)系的計算例2-3 4 與 的關(guān)系 相對揮發(fā)度的定義參考小結(jié)相平衡常數(shù)法相對揮發(fā)度法狀態(tài)方程法活度系數(shù)法相平衡關(guān)系表達方法相平衡關(guān)系法 小結(jié)相平衡常數(shù)法

23、相對揮發(fā)度法狀態(tài)方程法活度系數(shù)法相相平衡關(guān)系根據(jù)分子間作用力不同,汽相可分為以下三類(1) 理想氣體的混合物 此時，P-V-T關(guān)系服從理想氣體定律（2-24）二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算根據(jù)分子間作用力不同,汽相可分為以下三類(1) 理想氣體的混(2) 實際氣體的理想溶液（實際氣體的理想 混合物）（2-25）(3) 實際氣體二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(2) 實際氣體的理想溶液（實際氣體的理想（2-25）(3) 與此類似，液相也可分為理想溶液和實際溶液（與實際氣體對應(yīng)）兩類，但不存在理想氣體那樣的溶液。 對理想溶液（2-26）

24、則： 三類不同汽相和兩類不同液相可以組合成以下五類汽-液平衡系統(tǒng),它們的平衡常數(shù)計算如下：二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算48太原理工大學(xué) 與此類似，液相也可分為理想溶液和實際 對理想溶液（2-(1) 氣相為理想氣體，液相為理想溶液 稱為完全理想系化簡得：1111二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(1) 氣相為理想氣體，液相為理想溶液化簡得：1111二、(2) 氣相為理想氣體，液相為非理想溶液化簡得：111二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(2) 氣相為理想氣體，液相為非理想溶液化簡得：111二、汽(3) 氣

25、相為理想溶液，液相為理想溶液 稱為理想系化簡得：iV1即fiL二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(3) 氣相為理想溶液，液相為理想溶液 稱為理想(4)氣相為理想溶液，液相為非理想溶液化簡得：iV即fiL二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(4)氣相為理想溶液，液相為非理想溶液化簡得：iV即fiL(5) 氣相為實際氣體，液相為非理想溶液 稱為完全非理想系二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類2.2相平衡關(guān)系的計算(5) 氣相為實際氣體，液相為非理想溶液 稱為完全二、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類 2.2相平衡關(guān)系的計算P27表2-3二

26、、汽液平衡的分類與計算 汽液平衡的分類 汽液平衡常數(shù)的計算逸度系數(shù)的計算1）純組分的逸度系數(shù) 2.2相平衡關(guān)系的計算汽液平衡常數(shù)的計算逸度系數(shù)的計算 2.22）二元混合物的逸度系數(shù) A、維里方程 用混合規(guī)則求，即求 2.2相平衡關(guān)系的計算2）二元混合物的逸度系數(shù) A、維里方程 用混合規(guī)則求，即B、RK方程 2.2相平衡關(guān)系的計算B、RK方程 2.2活度系數(shù)的計算 稱對拉烏爾定律有正偏差 負偏差 無熱溶液 正規(guī)溶液 2.2相平衡關(guān)系的計算活度系數(shù)的計算 稱對拉1）二元溶液的活度系數(shù) A、Van-Laar Equation 2.2相平衡關(guān)系的計算a.b.1）二元溶液的活度系數(shù) A、Van-Laar

27、 Equatio1)二元溶液的活度系數(shù) c. 單參數(shù)的對稱方程 理想體系 負偏差非理想體系 正偏差非理想體系 A可用來判別實際溶液與理想溶液的偏離度 d.2.2相平衡關(guān)系的計算？1)二元溶液的活度系數(shù) c. 單參數(shù)的對稱方程 理想體系 負B、Margules Equ 2.2相平衡關(guān)系的計算B、Margules Equ 2.2C、Wilson Equ. 參考文獻2.2相平衡關(guān)系的計算C、Wilson Equ. 參考文獻2.22)三元溶液的活度系數(shù) A、Margules Equ 1232.2相平衡關(guān)系的計算作業(yè)p54，42)三元溶液的活度系數(shù) A、Margules Equ B、Wilson Equ

28、.參考文獻2.2相平衡關(guān)系的計算例2-5 B、Wilson Equ.參考文獻2.2例2-5 的簡化計算a.p-T-K圖 p34圖2-52.2相平衡關(guān)系的計算b.相平衡常數(shù) 經(jīng)驗式 的 p34 圖2-52.2相平衡關(guān)系的計算 圖2-52.22.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point calculation of multicomponent system 一、泡點溫度和壓力的計算 Calculation of temperature and pressure at bubble-point 二、露點溫度和壓力的計算 Calculation of tem

29、perature and pressure at dew point2.3多組分物系的泡點和露點計算 重點掌握重點掌握2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point2.3多組分物系的泡點和露點計算 2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point calculation of multicomponent system2.3 2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubb泡點溫度(壓力):在恒壓(溫)下加熱液體混合物,當(dāng)液體混合物開始氣化出現(xiàn)第一個氣泡時的溫度(壓力), 簡稱泡點。露點溫度(壓力):在恒壓(溫)下冷卻氣體混合物,當(dāng)氣體混合物開始冷凝

30、出現(xiàn)第一個液滴時的溫度(壓力), 簡稱露點。 2.3多組分物系的泡點和露點計算2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point calculation of multicomponent system泡點溫度(壓力):在恒壓(溫)下加熱液體混2.32.3 多組規(guī)定液相組成 xi 和壓力p（或溫度T），計算氣相組成 yi 和溫度T（或壓力p）。已知： xi 、P 計算： yi 、T泡點溫度計算已知： xi 、T計算： yi 、P 泡點壓力計算2.3多組分物系的泡點和露點計算2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point

31、 calculation of multicomponent system一、泡點溫度和壓力的計算 規(guī)定液相組成 xi 和壓力p（或溫度T），已知： xi 、P一、泡點溫度和壓力的計算 泡點計算與有關(guān)方程 已知 求 相平衡關(guān)系： 濃度總和式： 相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式： 計算方法 平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點計算 2.3多組分物系的泡點和露點計算 2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point calculation of multicomponent system一、泡點溫度和壓力的計算 求 相平衡關(guān)系： 濃度總和式：方程總數(shù)： 2C+2 個變量總數(shù)：3C+2 個

32、P）TKx（yiii,已知變量數(shù)：C 個未知變量數(shù)：2C+2 個唯一解計算復(fù)雜程度取決于Ki。（P or T和 C-1個xi）2.3多組分物系的泡點和露點計算2.3 多組分物系的泡點和露點計算Bubble-point and dew-point calculation of multicomponent system一、泡點溫度和壓力的計算 泡點計算與有關(guān)方程方程總數(shù)： 2C+2 個變量總數(shù)：3C+2 個P）TK已知P得到KiKixiF(T)=|Kixi-1 |yesT，yino調(diào)整T泡點方程：or假定Te 為試差的允許偏差一般取0.010.001手算 計算思路1) TB計算（1）平衡常數(shù)與組

33、成無關(guān)的泡點計算2.3多組分物系的泡點和露點計算73已知P得到KiKixiF(T)=|Kixi-1 |1 說明所設(shè) 偏高，應(yīng)降低 重設(shè)1 說明仍然依據(jù)的是泡點方程：當(dāng)氣相為理想氣體，液相為理想溶液時：當(dāng)氣相為理想氣體，液相為非理想溶液時：2) PB計算(2-62)(2-63)（1）平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點計算2.3多組分物系的泡點和露點計算仍然依據(jù)的是泡點方程：當(dāng)氣相為理想氣體，當(dāng)氣相為理想氣體，2泡點方程比較：泡點方程比較：平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點計算 a. p-T-K列線圖 b. 手算 設(shè) 思路：調(diào)整T（p） N2.3多組分物系的泡點和露點計算 平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點計算 a. p-T-

34、K列線加速收斂的方法設(shè)某一基準組分G ( 對 值影響最大的組分 )的平衡常數(shù)為KG aiG表示 i 組分對G 組分的相對揮發(fā)度，在一定的溫度范圍內(nèi)，即aiGconst加速收斂的方法設(shè)某一基準組分G ( 對 對壓力的迭代還可采用下面的方式：此式可自動調(diào)整壓力P。(2-61)對壓力的迭代還可采用下面的方式：此式可自動調(diào)整壓力P。(2-試差步驟如下：設(shè)查由T、P？YendN試差步驟如下：設(shè)查由T、P？YendN加速收斂法 調(diào)整T（p） m為試差序號 ，G表示含量最多的組分 2.3多組分物系的泡點和露點計算 自學(xué)例2-6壓力的迭代 完全理想系 汽相為理想氣體，液相為非理想溶液 作業(yè)，p55，10，13

35、加速收斂法 調(diào)整T（p） m為試差序號 ，G表示含量最計算機計算aKi的獲取 Hayden提出適合于烴類的經(jīng)驗方程 2.3多組分物系的泡點和露點計算 計算機計算aKi的獲取 Hayden提出適合于烴類的經(jīng)驗計算機計算 b、迭代方法，Newton-Raphson 目標函數(shù)： 迭代公式： 泡點方程 Richmond迭代法： 2.3多組分物系的泡點和露點計算 計算機計算 b、迭代方法，Newton-Raphson迭代平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡點計算 比較不變 調(diào)整T（p） 2.3多組分物系的泡點和露點計算 計算框圖見p40圖2-6參考文獻平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡點計算 比較不變 調(diào)整T（p） 2.1.00

36、0.95131.3440.37910098 110 70 T（設(shè)）例：計算塔釜溫度（完全理想系）已知：1. 2. 3. 常壓操作解法1：用試差法計算（or 平衡常數(shù)法）wix, T=1001.000.95131.3440.37910098 11設(shè)T=98（離泡點不遠） 解法2：用 計算（不試差，實用于完全理想系） 隨T變化不大，取某溫度范圍內(nèi)的均值iDaiDaT=99.7 計算方法：2010-3-1587設(shè)T=98（離泡點不遠） 解法3：電算（Newtow迭代法）設(shè)T=70（初值）， 5次完成。T= 99.812 解法3：電算（Newtow迭代法）設(shè)T=70（初值）， 5規(guī)定氣相組成 yi 和

37、壓力p（或溫度T），計算液相組成 xi 和溫度T（或壓力p）。已知： yi 、P 計算： xi 、T露點溫度計算已知： yi 、T計算： xi 、P 露點壓力計算二、露點溫度和壓力的計算 2.3多組分物系的泡點和露點計算規(guī)定氣相組成 yi 和壓力p（或溫度T），已知： yi 、P二、露點溫度和壓力的計算 露點計算與有關(guān)方程 已知： 求 相平衡關(guān)系： 濃度總和式： 相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式： 計算方法 平衡常數(shù)與組成無關(guān)的露點計算 2.3多組分物系的泡點和露點計算 ？二、露點溫度和壓力的計算 露點計算與有關(guān)方程 求 相平衡方程總數(shù)： 2C+2 個變量數(shù)：3C+2 個P）TKx（yiii,已知變量數(shù)：C

38、個未知變量數(shù)：2C+2 個唯一解計算復(fù)雜程度取決于Ki。（P or T和c-1個yi）二、露點溫度和壓力的計算 2.3多組分物系的泡點和露點計算方程總數(shù)： 2C+2 個變量數(shù)：3C+2 個P）TK已知P得到Kiyi/KiF(T)=|yi/Ki-1 |yesT，yino調(diào)整T露點方程：或1) TD計算(1) Ki與組成無關(guān)的露點計算：假定T手算 計算思路二、露點溫度和壓力的計算 2.3多組分物系的泡點和露點計算已知P得到Kiyi/KiF(T)=|yi/Ki-1 |1 可能為汽液兩相區(qū) 1 可能為汽液兩相區(qū) 0n = 1n 1混合物的相態(tài) 判斷混合物在指定溫度和壓力下是否處=1 混合物的相態(tài) 也可

39、分別用泡露點方程計算閃蒸壓力下的泡露點溫度，若 當(dāng)混合物處于汽液兩相區(qū) 2.4單級平衡分離過程計算 混合物處于汽液兩相區(qū)(0 n 1),可進行等溫閃蒸的計算即閃蒸問題成立混合物的相態(tài) 也可分別用泡露點方程計算閃蒸壓力當(dāng)混合物處混合物的相態(tài)判斷過冷液體兩相區(qū)過熱蒸汽Kizi1,zi/Ki1TDTTBzi/Ki1 2.4單級平衡分離過程計算混合物的過冷液體兩相區(qū)過熱蒸汽Kizi1,閃蒸過程的計算方程（MESH）（1）物料衡算M方程：C個（3）摩爾分率加和式S方程：2個（4）熱量平衡式 H方程：1個2C3（2）相平衡E方程：C個（2-75）（2-56）（2-57）（2-76）2.4單級平衡分離過程計

40、算閃蒸過程的計算方程（MESH）（1）物料衡算M方程：C個（方程總數(shù)： 2C+3 個總變量數(shù)：3C+8個其中進料變量數(shù)：C+3 個需規(guī)定變量數(shù)： C+5 個（F,TF ,pF ,T,P ,V,L,Q，zi ,yi ,xi）（F,TF ,pF ,zi ） 根據(jù)其余2 個變量的規(guī)定方法可將閃蒸計算分為如下五類：2.4單級平衡分離過程計算方程總數(shù)： 2C+3 個總變*閃蒸計算類型 2.4單級平衡分離過程計算*閃蒸計算類型 2.4等溫閃蒸過程 2.4單級平衡分離過程計算等溫閃蒸過程 2.4已知: F, zi, P,T 計算: Q, V, L, yi , xi 已知: F, zi ,P(T), n (e

41、)計算: T(P), V(L), yi , xi , Q兩類計算： 等溫閃蒸：在閃蒸罐的溫度T與閃蒸后氣體與液體的溫度是相等的，而閃蒸溫度T不一定與閃蒸前原料的溫度相等。2.4單級平衡分離過程計算等溫閃蒸過程 已知: F, zi, P,T 已知: F, zi ,P(T)等溫閃蒸過程 液化率： 汽化率： 2.4單級平衡分離過程計算等溫閃蒸過程 液化率： 汽化率： 2.4計算公式 組分的物料衡算式 相平衡關(guān)系式： 相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式 ：濃度總和式： 關(guān)系方程 ： 2.4單級平衡分離過程計算計算公式 組分的物料衡算式 相平衡關(guān)系式： 相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)計算方法 第一類計算:思路 調(diào)e或v Newton-R

42、aphson法 目標函數(shù) 2.4單級平衡分離過程計算N計算方法 第一類計算:調(diào)e或v Newton-Raphs計算方法迭代公式： 初值： 2.4單級平衡分離過程計算計算方法迭代公式： 初值： 2.4計算方法目標函數(shù) : 例題2-8，作業(yè)p56，20-212.4單級平衡分離過程計算計算方法目標函數(shù) : 例題2-8，作業(yè)p56，20等溫閃蒸過程計算框圖 開始打印 過熱蒸汽打印，結(jié)束計算露點計算泡點計算輸入 2.4單級平衡分離過程計算等溫閃蒸過程計算框圖 開始打印 第二類計算思路： 調(diào)T 估計T： d為阻尼因子 熱量衡算 設(shè)為理想溶液 2.4單級平衡分離過程計算第二類計算思路： 調(diào)T 估計T： d為阻尼因子 熱量衡算 汽液平衡常數(shù)與組成有關(guān)的閃蒸計算設(shè)： 結(jié)束 調(diào)v N調(diào)v N參考文獻 2.4單級平衡分離過程計算汽液平衡常數(shù)與組成有關(guān)的閃蒸計算設(shè)： 結(jié)束 調(diào)v N調(diào)v 二、絕熱閃蒸（Adiabatic flash）2.4單級平衡分離過程計算 二、絕熱閃蒸（Adiabatic flash）2.等焓節(jié)流過程及其計算內(nèi)容 二、絕熱閃蒸（Adiabatic flash）2.4單級平衡分離過程計算 該過程是在絕熱情況下進行的，因而節(jié)流前后的焓相等，又稱為等焓節(jié)流過程。節(jié)流后