化工分離第二章課件1

1、第二章單級平衡過程2.1 相平衡2.2 多組分物系的 泡、露點計算 2.3 閃蒸過程的 計算2022/10/11第二章單級平衡過程2.1 相平衡2.2 多組分物系的2.1 相平衡一、相平衡條件 相平衡：指混合物或溶液形成若干相，這些相保持著物 理平衡而共存的狀態(tài)。熱力學角度： 動力學角度： 相間表觀傳遞速率相平衡條件： 1、各相的 相等整個體系的熵 達到最大值，自由焓 達到最小值為零溫度T、壓力 p及每一組分 i 的化學位2022/10/112.1 相平衡一、相平衡條件 相平衡：指混合物或溶液形成若由lewis 引入了等價于化學位的物理量逸度 f各相的溫度T、壓力p及每一組分 i 的逸度相等二

2、、相平衡表示 1. 相圖： （1） p-x-y 圖（恒T）2. 2022/10/11由lewis 引入了等價于化學位的物理量逸度 f各相的溫度T（2） T-x-y 圖（恒P）（3） x-y 圖2022/10/11（2） T-x-y 圖（恒P）（3） x-y 圖2022/12. 相平衡常數(shù) K 對組分 i 的相平衡常數(shù)Ki，有 i 組分在平衡的汽相中的摩爾分率 i 組分在平衡的液相中的摩爾分率 3. 分離因子 理想溶液拉烏爾定律三、相平衡常數(shù)的計算 精餾：2022/10/112. 相平衡常數(shù) K 對組分 i 的相平衡常數(shù)Ki，有 i由 狀態(tài)方程法活度系數(shù)法很少應用2022/10/11由 狀態(tài)方程

3、法活度系數(shù)法很少應用2022/1. 狀態(tài)方程法 對混合物中組分 i，有 ( 1 )( 2 )計算步驟： ( 1 )選擇一個既適用于汽相，又適用于液相的方程； 較常使用的為： 范德華方程RK 方程 2022/10/111. 狀態(tài)方程法 對混合物中組分 i，有 ( 1 )( 2維里方程能否適用 ？( 2 )由相應的混合規(guī)則計算混合物的參數(shù)； 、 ( 3 )由狀態(tài)方程求取混合物的體積及壓縮因子2022/10/11維里方程能否適用 ？( 2 )由相應的混合規(guī)則計算混合物的參( 4 )由狀態(tài)方程及逸度系數(shù)計算公式 (1) 求取逸度系數(shù)表達式； ( 5 )、 將代入逸度系數(shù)表達式求各組分汽相逸度系數(shù) (

4、6 )用 代替 ，重復 (3)、(4)、(5)步驟求出各組分液相逸度系數(shù) ( 7 )由 求取 2022/10/11( 4 )由狀態(tài)方程及逸度系數(shù)計算公式 (1) 求取逸度系數(shù)2. 活度系數(shù)法 （xi1） ( 1 )基準態(tài)逸度 H （xi 0） ( 2 )液相活度系數(shù) a、 以正規(guī)溶液為基礎的 Margules 方程、 Van Laar 方程等； b、 以無熱溶液為基礎的 Wilson 方程、 NRTL 方程等。 2022/10/112. 活度系數(shù)法 （xi1） ( 1 )基準態(tài)逸度 H為的偏摩爾性質(zhì)正規(guī)溶液：無熱溶液：2022/10/11為的偏摩爾性質(zhì)正規(guī)溶液：無熱溶液：2022/10/102

5、022/10/112022/10/102022/10/112022/10/10以Wilson方程為例其中：2022/10/11以Wilson方程為例其中：2022/10/10同理，對二組分溶液：2022/10/11同理，對二組分溶液：2022/10/10對三組分溶液：123可求。 2022/10/11對三組分溶液：123可求。 2022/10/10要求大家掌握的內(nèi)容：（1）相平衡的判據(jù)；（2）相平衡的表示方法；（3）相平衡常數(shù)的兩種計算方法；（4）標準態(tài)逸度的選取。2022/10/11要求大家掌握的內(nèi)容：（1）相平衡的判據(jù)；（2）相平衡的表示方( 3 )汽相逸度系數(shù) 以維里方程為例：1 1 1

6、 由 及 or，由 2022/10/11( 3 )汽相逸度系數(shù) 以維里方程為例：1 1 1 由及 3. 活度系數(shù)法計算相平衡常數(shù)的簡化形式 汽相為理想氣體i.g.，液相為理想溶液i.s.1111 2022/10/11及 3. 活度系數(shù)法計算相平衡常數(shù)的簡化形式 汽相為理想 f (T, P) 適用于壓力低于200kPa、分子結(jié)構(gòu)十分相似的組分構(gòu)成的溶液， 如苯一甲苯二元混合物。 汽相為理想氣體i.g.，液相為非理想溶液r.s.1=11 f (T, P, 組成) 適用于低壓下大部分物系， 如醇、醛、酮與水形成的溶液。 2022/10/11 f (T, P) 適用于壓力低于200kPa、分子結(jié)構(gòu) 汽

7、相為理想溶液i.s. （實際氣體的理想混合物）， 液相為理想溶液i.s. 實際氣體的理想混合物： 相同分子間作用力與相異分子間作用力相同，分子大小一樣， 氣體混和時體積具有加和性。 此混合氣體符合路易斯蘭德爾規(guī)則 純組分 i 的氣體在系統(tǒng)壓力 P 和溫度 T 下的逸度 類似于 f (T, P) 為純組分 i 在壓力 P 和溫度 T 下的液相逸度與汽相逸度之比 即 適用于中壓下的烴類混合物 2022/10/11 汽相為理想溶液i.s. （實際氣體的理想混合物）， 液相 汽相為理想溶液i.s.，液相為非理想溶液r.s. 液相 f (T, P, xi) 所以，汽液兩相平衡系統(tǒng)分類 汽相理想氣體 理想溶液 實際溶液 實際氣體理想溶液 實際氣體實際不存在 2022/10/11 汽相為理想溶液i.s.，液相為非理想溶液r.s. 液相 4、烴類系統(tǒng)相平衡常數(shù)的近似估計 P-T-K列線圖 烴類系統(tǒng)的汽液兩相均較接近于理想溶液， f (T, P) P-T-K 列線圖是 Deprister 以 BWR 狀態(tài)方程為基準繪制而成 見圖21 (a) 、圖21 (b) 四、兩種計算方法的比較P26 表 23 例： 乙烯乙烷精餾塔，某塔板溫度為16，P21atm，求該板 Ki 及汽液組成（P-T-K 圖） 適用于0.8 1MPa（絕壓）以下的較低壓區(qū)域注意 T、P 對Ki 的影響 2