化工分离工程

1、化工分离工程第1页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二内容： 内容： 各组分物系汽液平衡 单级平衡过程的计算第2页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二第二章 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3页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二第一节 相平衡返回 相平衡条件2.1.2 相平衡常数的计算返回第4页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.1.1 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

2、看相间表观传递速率为零第5页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二相平衡条件：第6页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二引入逸度系数 ： if引入活度系数 ：ig 1.汽液平衡第7页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二汽液平衡关系式：第8页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.液液平衡由（2-7）： 第9页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二二、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）第10页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二三、用

3、 表示平衡关系ijiKa,返回第11页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.1.2 相平衡常数的计算一、状态方程法二、活度系数法 第12页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二一、状态方程法由（28）： 由PVT关系计算LiViff,第13页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二推导略以V为自变量：以P为自变量：第14页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二（215）、（216）适用于气、液、固相，是 计算的普遍化方法。 注意：只要知道状态方程就可代入求第15页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二1.用Van

4、 der waals方程计算Van der waals方程：a、b为Van der waals常数第16页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二将（215）积分后代入以上结果：第17页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二步骤： i=1i=1i=i+1YesNo第18页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二 i=1时求汽相逸度系数；i=2时求液相逸度系数。 汽相：用y求a、b 液相：用x求a、b (1)式有三个根第19页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.用维里方程计算维里方程的截断式：恢复恢复汽相哟！第20页，共85页，2

5、022年，5月20日，0点26分，星期二 的计算：第21页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二 为简单流体 的对比第二维里系数，计算： 为校正函数，计算： 为二元相互作用参数，计算：用于烷烃相当成功第22页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二 二元常数 的平均值 ij水醇醚酮烃烃00.130酮0.150.050.130醚0.350.130醇0.10水0ijk第23页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二由（216）：第24页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二由（216）：P为自变量同样由（215）：V为

6、自变量第25页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二用（231）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（230）求取。 2.由（231）求注意：维里方程的适宜范围：第26页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二3.采用RK方程计算特点： 1.比多参数状态方程简单 2.适宜于气、液态第27页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二RK方程：第28页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二RK方程的另一种形式：推出：第29页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二计算方法：

7、1.由6计算ZM 三个根：求气体（ ）取 求液体（ ）取 2.由7求注意：求汽相逸度时组成用求液相逸度时组成用第30页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二作业： P51：3题（只求 ） Vif3题改错： 去掉“%”第31页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二二、活度系数法由（29）： 已解决 对 ， 分别讨论 igiVfiOLf恢复第32页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二1.基准态逸度 液相活度系数：OLif讨论：可凝性组分基准态 不凝性组分基准态 溶液基准态第33页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二（1）可凝性组分

8、基准态 取基准态：第34页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二的计算：第35页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二（221）有二个校正系数：第36页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二（2）不凝性组分基准态 取基准态：H化工计算解决第37页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二（3）溶液基准态 取基准态： 溶质：属不凝性组分，定义基准态 溶液：属可凝性组分，定义基准态 不对称性标准化方法第38页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.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第39页，共85页，2

9、022年，5月20日，0点26分，星期二到目前有20多种经验、半经验公式。第40页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二发展阶段： 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.Van Laar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van der Waals力的提出，1占优势、2被埋没，出现了：Van Laar；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、NR

10、TL方程、UNQAC方程。第41页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二1.Wohl型经验关系式Margules方程Van Laar方程 SH方程 特点：简便，由于缺乏多元数据，因 此不能应用于多元。第42页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.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。第43页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二NRTL方程： 适用于部分

11、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（ =0.20.4）。 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。第44页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二三、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）第45页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二各种简化形式： 1.汽相是理想气体，液相是理想溶液。 完全理想系适用物系：P1,为正偏差溶液 1 ,为负偏差溶液第47页，共85页

12、，2022年，5月20日，0点26分，星期二 3.汽液相均为理想溶液。适用物系: 中压下烃类混合物.第48页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二 4.汽相为理想溶液,液相为非理想溶液。第49页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二例21：计算乙烯的相平衡常数 实验值：已知：T=311K P=344.2kPa Tc=282.4K Pc=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 与实验值相近第50页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二作业： P51： 2题 返回第51页，共85页

13、，2022年，5月20日，0点26分，星期二第二节 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第52页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二露点压力露点温度泡点压力泡点温度求解量规定量（C个）计算类型汽液平衡时：第53页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.2.1 泡点温度和压力的计算 变量分析： 第54页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二一、泡点温度的计算1.平衡常数与组成无关的情况iiiVViifb32fTP.iiiiiiKK-1iiiSbbbf-.23LLifKTTTTKTKPP

14、KTPK=+=-=.321*),(43数据回归计算图查得第55页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二采用泡点方程：第56页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二作业： P51： 4题 注意： 增加牛顿迭代法。第57页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.平衡常数与组成有关的情况采用试差法第58页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二计算框图：开始输入P、x及有关参数设T并令 作第一次迭代 计算计算计算是否第一次迭代圆整计算Y调整T 有无变化NYN输出T、y结束NY图22第59页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，

15、星期二判别收敛条件： （235）用于低压时近似看成：第60页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二 与泡点温度相同，比较与分析如下：项目求泡点温度（已知P，x）求泡点压力（已知T，x）计算相同变量与函数关系相同框图图（22）图（23）二、泡点压力的计算iK第61页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二求泡点温度求泡点压力泡点方程比较：第62页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二计算框图：计算计算Y开始输入T、x及有关参数估计P并令 作第一次迭代 计算是否第一次迭代圆整计算调整P 有无变化NYN输出P、y结束NY图23第63页，共85页，2022

16、年，5月20日，0点26分，星期二例26：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：第64页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二混合物的逸度系数：第65页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二第66页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二计算方法； 将（C）、（D）、（E）代入（B）求P，y返回第67页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二已知：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计算方法同于泡点计算： 1.试差；2.用 计算

17、；3.电算；4.查K图 iKa第68页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.平衡常数与组成有关的情况计算框图：计算NNY计算Y输出T、y开始输入P、y及有关参数设T并令 作第一次迭代 计算是否第一次迭代圆整计算调整T 有无变化NY结束第69页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二例27：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第70页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二计算过程：计算Y开始输入T、y及有关参数估计P，X值 计算调整P圆整 有无变化N

18、输出P、x结束NY例题图第71页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二作业： P51： 6题 返回第72页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二第三节 闪蒸过程的计算第73页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二流程示意图：液体混合物的汽化气体混合物的冷凝LiHxL,ViHyV,液体ZF,FFFHPT,T，PLiHxL,ZF,FFFHPT,气体ViHyV,T，P第74页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二变量分析：系统方程方程数2C+3一般计算后得2C+3个解：第75页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二第三节 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）第76页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程,ixL,iyV,T，P液体ZFPT,iQi,ixL,iyV,T，P气体ZFPFTF,Q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第77页，共85页，2022年，5月20日，0点26分，星期二一、汽液平衡常数与组成无关