闪蒸计算原理

任务6闪蒸闪蒸是单级平衡分离过程。高于泡点压力的液体混合物，如果压力降低到泡点压力与露点压力之间，就会部分汽化，也叫闪蒸。工业生产中，利用闪蒸可进行能量的回收利用，例如，高压锅炉的高压污水的排放，利用闪蒸可产生部分中低压蒸汽。蒸发操作过程中，利用闪蒸可回收蒸汽冷凝液及高温浓溶液的能量等。一、闪蒸计算原理闪蒸过程的示意图如图5-6-1所示。在给定的温度与压力条件下，进料流量为Fmol，总组成为zi的汽液混合物进入闪蒸罐分离为平衡的汽、液两相，汽相的量为Vmol，组成为yi，液相的量为Lmol，组成为xi，汽化分率为e。图5-6-1闪蒸过程示意图闪蒸的计算需同时满足相平衡、物料平衡和热量平衡三个平衡方程，此外尚有汽化分率定义式和归一方程，计算中需联立求解以下几个方程。相平衡：yi=Kixi （5-6-1）物料平衡：Fzi=Vyi+Lxi （5-6-2）热量平衡：VhV+LhL－FhF=Q损 （5-6-3）汽化分率定义式：e=V/L （5-6-4）归一方程：åyi=1或åxi=1 （5-6-5）若体系中同时还存在结晶平衡，则需增加固液结晶平衡方程。此外汽液平衡方程也可通过汽液平衡通式得出。从上述方程可看出，联立求解存在相当的难度，故通常必须借助计算机才能完成。二、采用Delphi自编软件进行单级分离过程计算（1）软件的主要内容和作用闪蒸是常用的单级分离过程，常用于稀溶液的浓缩、压力较高的冷凝液的显热的回收等。本软件主要针对氯碱工业中稀碱液的浓缩的蔗糖工业中糖液的浓缩闪蒸计算。联立求物料平衡方程、热量平衡方程、汽液相平衡方程、液固液平衡（结晶平衡）方程进行闪蒸计算（2）软件的使用方法步骤1：双击该软件的文件图标，弹出本软件的操作界面，如图7-2所示；步骤2：在软件操作界面左边已知条件栏输入闪蒸前的溶液参数，并选择稀溶液的种类，然后按“确定”按钮或“Enter”键；步骤3：按“计算”铵钮即可得计算结果。若需再次计算，按“清除”按钮，重复上述步骤。（3）使用软件计算举例碱液的单级闪蒸工艺参数的计算，具体数据见图5-6-2中软件界面。图5-6-2单级闪蒸计算软件三、采用ChemCAD进行单级分离过程计算例5-6-1已知混合液的组成（摩尔分数）：CH40.05，C2H60.10，C3H80.30，i-C4H100.55，试计算混合液在27℃时的平衡汽相组成。解题思路：软件CHEMCAD提供了闪蒸操作单元，名为“flash”，可完成各种各样的闪蒸计算。（1）建新文件名为“闪蒸例题1”；（2）建立流程图如图5-6-3所示：图5-6-3例题5-6-1的流程图（3）点击菜单按纽“mode／Simulation”；并选择流程的单位：点击菜单“format／EngineeringUnits”，选择符合题意的单位（kmol，℃，MPa）。（4）点击菜单按纽“thermophysical／componentlist”，依次将组分甲烷（Methane或CH4）选中加入，将组分乙烷（Ethane或C2H6）选中加入，将组分丙烷（Propane和C3H8）选中加入，将组分异丁烷（I-butane或I-C4H10）。“OK”，弹出软件建议的K值与H值的方法（K=SRK，H=SRK），就采用系统提示的K值方法；（5）双击“stream1”，将物料1看作是饱和液体，温度文本框中填入27，汽相分率文本框填入1E-5（选用一个接近零的一个值，可以在保证饱和液相组成基本不变的情况下算出饱和汽相的组成），各组分摩尔分率按题意填入即可，点击该窗口左上方的按钮“Flash”，得到压力值1.66MPa；（6）双击“Flash”图标或设备号①，弹出“-MultipurposeFlash(FLAS)-”窗口，采用默认的“FlashMode”，即采用物料1的温度、压力，计算汽化分率和蒸发热；“OK”；（7）点击“R”按钮，运行流程的模拟计算。（8）双击“stream2”，点击“Compunit”文本框，选择“molefrac”，四个组分的摩尔分率分别为：0.425，0.200，0.204，0.171。例5-6-2含摩尔分数为CH40.1，C2H60.2，C3H80.30，i-C4H100.15，n-C4H100.2及n-C5H120.05的混合物从高压条件下放入分离器中，分离器的操作压力为0.1013MPa，要求混合物分离成50％的液体及50％的气体，求分离器应保持的温度和汽液相的各自组成。解题步骤：（1）建新文件名为“例5-6-2”；（2）建立流程图如图5-6-4所示：图5-6-4例5-6-2的流程图（3）点击菜单按纽“mode／Simulation”；并选择流程的单位：点击菜单“format／EngineeringUnits”，选择符合题意的单位（kmol，℃，MPa）。（4）点击菜单按纽“thermophysical／componentlist”，依次将组分甲烷（Methane或CH4）选中加入，将组分乙烷（Ethane或C2H6）选中加入，将组分丙烷（Propane和C3H8）选中加入，将组分异丁烷（i-butane或i-C4H10），将组分正丁烷（n-butane或n-C4H10），将组分正戊烷（n-pentane或n-C5H12）。“OK”，弹出软件建议的K值与H值的方法（K=SRK，H=SRK），就采用系统提示的K值方法；（5）双击“stream1”，如图5-6-5所示，在“PresMPa”文本框中填入压力值0.1013，在“VaporFraction”文本框中填入0.5（混合物分离后，含有50％的液体及50％的气体，即汽相分率为0.5），各组分摩尔分率按题意填入即可，点击该窗口左上方的按钮“Flash”，得到温度值-39.14℃；（6）双击“Flash”图标，弹出“-MultipurposeFlash(FLAS)-”窗口，采用默认的“FlashMode”，即采用物料1的温度压力，计算汽化分率和蒸发热；“OK”；（7）点击“R”按钮，运行流程的模拟计算。（8）双击“stream2”，点击“Compunit”文本框，选择“molefrac”，六个组分的摩尔分率分别为：0.199，0.