气液平衡基础

气液平衡基础第一页，共三十四页，2022年，8月28日利用AspenPlus完成精馏的设计与控制1.fundamentalsofvapor-liquidphaseequilibrium(VLE)2.analysisofdistillationcolumns3.settingupssteady-statesimulation4.distillationeconomicoptimization5.morecomplexdistillationsystems6.steady-statecalculationsforcontrolstructureselection7.convertingfromsteadystatetodynamicsimualtion9.reactivedistillation第二页，共三十四页，2022年，8月28日前言第三页，共三十四页，2022年，8月28日前言化工工艺设计的步骤：概念设计初步设计详细设计简单粗略算法得到初步流程利用严格的模拟方法评估概念设计中的初步流程的稳态及动态性能给出设备的详细规格，如塔板类型、进料管、回流管定径、泵的规格、换热器面积及阀规格等第四页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.1蒸气压1.2二元VLE相图1.3物性方法1.4相对挥发度1.5泡点计算1.6三元图1.7VLE中的非理想性1.8三元物系的残余曲线1.9小结第五页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.1蒸气压蒸气压是纯化学组分的一种物理属性。即某特定温度下，当气液两相均存在时该纯化学组分所具有的压力。蒸气压仅仅与温度有关，而与组成无关，因为蒸气压是纯组分的属性。这种相关性很强，当温度增长时，蒸气压呈指数式增长。图1.1苯、甲苯的蒸气压曲线温度升高课堂练习：完成图1.1的绘制提示：利用物性分析工具Tools/analysis/property/pure

第六页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.2二元VLE相图课堂练习：完成图1.2，1.4，1.7，1.8的绘制T-x-y图x-y曲线图第七页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.2二元VLE相图相图的读解图1.2苯、甲苯T-xy图饱和液体饱和气体（0.375）（0.586）（353.0K）（384.7K）第八页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.2二元VLE相图相图的读解图1.8丙烯/丙烷的xy图第九页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.3物性方法图1.3T-xy二元图设置第十页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.3物性方法对于精馏计算而言最重要的问题是选择一种合适的物性方法以精确的描述所选化学组分的相平衡。其中，最常用的物性方法为：Aspen中，物性方法可分为：理想物性方法状态方程物性方法逸度系数物性方法专用系统物性方法Chao-Seader法vanLaar法SRK法Peng-Rob法Wilson法Unifac法NRTL法第十一页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.3物性方法第十二页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.4相对挥发度相对挥发度：两种组分的y/x（气相摩尔含量/液相摩尔含量）的比值组分L相对于组分H的相对挥发度α可定义为：相对挥发度越大，分离越容易课堂练习：利用Excel，完成图1.9的绘制图1.9相对挥发度分别为1.3、2、5的xy曲线第十三页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.4相对挥发度二元体系中：α为轻重组分的相对挥发度多元体系（NC种组分）中：假定组分1最轻，组分2次轻，如此直至最终的组分，标记为H。将组分j相对组分H的相对挥发度定义为，则：经过推导，最终可得：α恒定，则该式可关联气液相组成α不恒定，则需泡点计算第十四页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点泡点：液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度，称为混合物在这压力下的泡点温度露点：气体混合物处于某压力下开始凝结的温度，称为混合物在这压力下的露点温度最常见的VLE问题就是已知系统总压P和液相组成(即各个xj的数值)，计算气液相平衡时的温度和气相的组成yj；或者已知系统总压P和气相组成(即各个yj的数值)，计算气液相平衡时的温度和液相的组成xj第十五页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点【例题】利用闪蒸单元操作，完成以下例题物系：苯，甲苯，其中苯的摩尔分率为0.2P=106.7kPa下，求：

1）溶液的泡点温度及平衡气相组成

2）溶液的露点温度及平衡液相组成第十六页，共三十四页，2022年，8月28日Aspen中的单元操作模型混合器/分流器（Mixers/Splitters）分离器(Separators)换热器(HeatExchangers)塔(Columns)反应器(Reactors)压力变换器(PressureChangers)操作器(Manipulators)固体(Solids)用户模型(Users)概念设计(ConceptualDesign)第十七页，共三十四页，2022年，8月28日Aspen中的单元操作模型--Separators第十八页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点1）添加组分2）选择热力学模型（Peng-Rob）第十九页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点3）绘制模拟流程图（Separators/Flash2）第二十页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点4）定义进料流股第二十一页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点5）定义单元操作第二十二页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点6）运行模拟计算，查看结果第二十三页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.5泡点露点【例题】利用闪蒸单元操作，完成以下例题物系：苯，甲苯，其中苯的摩尔分率为0.2P=106.7kPa下，求：

1）溶液的泡点温度及平衡气相组成

2）溶液的露点温度及平衡液相组成第二十四页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.6三元图C4C5C60101图1.10三元体系图Feedcomposition：ZC4=0.2ZC5=0.50.20.5第二十五页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.6三元图C4C5C6图1.11三元混合规则D，xD,C5=0.05xD,C6≈0三元混合规则：若两股三元物流彼此混合，则混合物的组成（坐标为z1和z2）在以x1-x2表示的三元体系图上，必然处于两股物流对应坐标点的连线上。B,xB,C4=0.05xB,C6=?组成平衡线FC4C5C660psiaC4C5C6第二十六页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.7VLE中的非理想性甲醇-水物系的非理想行为课堂练习：完成图1.13的绘制第二十七页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.7VLE中的非理想性乙醇-水物系的非理想行为课堂练习：完成图1.14的绘制6.75第二十八页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.7VLE中的非理想性AspenSplit计算共沸混合物课堂练习：完成图1.14的绘制第二十九页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.8三元物系的残余曲线残余曲线：假设容器中有一初始组成为的x1(0)和x2(0)三元混合物，维持系统压力恒定，将气相物流连续自容器中移除，容器中残余液相的组成连续标于三元组成图上，即得残余曲线图。固定相对挥发度：

αA=4；αB=2；αC=1初始组成：

xA=0.5；xB=0.25；不同初始组成的轨迹图，即体系的残余曲线图第三十页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.8三元物系的残余曲线Aspen绘制三元体系残余曲线–1）调用界面第三十一页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液平衡基础1.8三元物系的残余曲线Aspen绘制三元体系残余曲线–2）设置面板第三十二页，共三十四页，2022年，8月28日1.气液