五 简单平衡级计算

Chongqinguniversityoftechnology2.4单级平衡分离过程计算一、等温闪蒸IsothermalFlash二、绝热闪蒸Adiabaticflash2.4单级平衡分离过程计算掌握了解Chongqinguniversityoftechnology2.4单级平衡分离过程计算2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology单级平衡：原料经过分离设备后，假设物系在出口处汽、液两相达到了平衡,由于平衡的两相组成不同而实现分离的过程，其分离效果相当于一块理论级。2.4单级平衡分离过程计算2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology闪蒸过程：闪蒸过程是连续单级蒸馏过程。该过程使进料混合物部分气化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。闪蒸过程的计算极为重要，该计算方法推广用于塔设备的计算。如:精馏塔中的平衡级就是一个简单绝热闪蒸级。Chongqinguniversityoftechnology液体混合物的部分汽化汽体混合物的部分冷凝液体混合物的绝热闪蒸手段：加热、冷却和降压特点：平衡蒸馏——一个平衡级分离一、等温闪蒸(IsothermalFlash)⑴混合物的相态2.4单级平衡分离过程计算2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology⑴混合物的相态判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区iizK=1BTT进料处于泡点1BTT可能为汽液两相区1BTT进料为过冷液体iiKz=1DTT进料处于露点1DTT可能为汽液两相区1DTT进料为过热蒸汽2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology⑴混合物的相态也可分别用泡露点方程计算闪蒸压力下的泡露点温度，若1)(iiKz当BDTTT混合物处于汽液两相区1iizK2.4单级平衡分离过程计算混合物处于汽液两相区(0n1),可进行等温闪蒸的计算即闪蒸问题成立TTbXi,YiT--XTdPTbTTdChongqinguniversityoftechnology混合物的相态判断过冷液体两相区过热蒸汽∑Kizi1∑Kizi1,∑zi/Ki1TDTTB∑zi/Ki12.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology(1)物料衡算式对每一组分i列出物料衡算式：.......1,2,iiiFzLxVyicF、V、L分别表示进料、气相出料和液相出料的流率zi、yi和xi为相应的组成FLVC-11方程数总物料衡算式：闪蒸过程的计算方程（MESH）Chongqinguniversityoftechnology3、计算方程(2)焓平衡关系式：FVLFHQVHLHHF、HV和HL分别为进料、气相出料和液相出料的平均摩尔热焓，是温度、压力和组成的函数。Q为加入平衡级的能量。-对于绝热闪蒸：Q=0；-对于等温闪蒸，Q应取达到规定分离或闪蒸温度所需要的热量。1iiixKyCci......3,2,1),,,(yxPTKKii(3)汽液平衡关系式Chongqinguniversityoftechnology3、计算方程(4)求和方程11ciix11ciiy112C+3独立方程V，L，yi，xi，T或Q2C+3未知数Chongqinguniversityoftechnology方程总数：2C+3个总变量数：3C+8个其中固定变量数：C+3个需规定变量数：C+5个（F,TF,pF,T,P,V,L,Q，zi,yi,xi）（F,TF,pF,zi）根据其余2个变量的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology规定变量闪蒸形式输出变量P,T等温Q,V,L,yi,xiP,Q=0绝热T,V,L,yi,xiP,Q≠0非绝热T,V,L,yi,xiP,L(或e)部分冷凝Q,T,V,yi,xiP(或T),V(或v)部分汽化Q,T(或P),L,yi,xi√*√√闪蒸计算类型2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology⑵等温闪蒸过程2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology已知:F,zi,P,T计算:Q,V,L,yi,xi已知:F,zi,P(T),n(e)计算:T(P),V(L),yi,xi,Q两类计算：等温闪蒸：在闪蒸罐的温度T与闪蒸后气体与液体的温度是相等的，而闪蒸温度T不一定与闪蒸前原料的温度相等。2.4单级平衡分离过程计算⑵等温闪蒸过程Chongqinguniversityoftechnology⑵等温闪蒸过程液化率：FLe总加入量液化的量汽化率：FVv总加入量汽化的量1ve2.4单级平衡分离过程计算ChongqinguniversityoftechnologycixVKLxFziiii,2,1..............ciVKLFzxiii,2,1....................LFV..................1,2,iiiFzxicFVVK⑶计算公式Chongqinguniversityoftechnology..................1,2,iiiFzxicFVVK/eVF.........1,2,(1)1(1)iiiiizzxiceKvKv.........1,2,(1)1(1)iiiiiiiKzKzyiceKvKv(0,1.0)e求xi，yi汽相分率⑶计算公式Chongqinguniversityoftechnology⑷计算方法①第一类计算:思路),(pTfKi结束或设已知YiiiiiTpyyxxKve11,调e或v2.4单级平衡分离过程计算N已知:F,zi,P,T计算:Q,V,L,yi,xi汽液平衡常数与组成无关Chongqinguniversityoftechnology闪蒸方程将式（2-80）和（2-81）分别代入式（2-57）和（2-58）得：11(1)iizvK11(1)iiiKzvK该两方程均能用于求解气相分率，它们是C级多项式，当C3时可用数值法求根，但收敛性不佳。两式相减得到更通用的闪蒸方程式：(1)()0..............(286)1(1)iiiKzFvvKChongqinguniversityoftechnology当C3，由闪蒸方程式（2-86）计算时，要试差和数值解xi，yi。Rachford-Rice方程：有很好的收敛性，可选择多种算法，如弦位法和牛顿法，其中牛顿法收敛较快。v迭代方程1()'()kkkkFvvvFv导数方程22(1)'()1(1)iiizKFvvK闪蒸方程Chongqinguniversityoftechnology迭代计算框图开始打印zFpT,,,),(pTFKiBT打印过冷液体YBTTDTYDTT过热蒸汽打印，结束计算露点计算泡点计算输入BDBTTTTv)1(1)1()(2iiiKvKzvFYvF)(22)1(1)1()(iiiKvKzvF)()(1vFvFvvkk2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology②第二类计算思路：结束设已知已知yiiiivipyyxxKT11调T估计T：)(1)()(1kkGkGTFdTKTKd为阻尼因子0.1d热量衡算LVFLHVHFHQ设为理想溶液iiFzHHiiVHyHiiLhxH2.4单级平衡分离过程计算已知:F,zi,P,v计算:Q,V,L,yi,xiChongqinguniversityoftechnology③汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算),,,(yxpTfKi设：结束调vN调vNyiiiyxpTfKv0101),(0101),,,(iiiyxyxpTfK2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology2.3小结1.闪蒸计算问题：已知F，Zi，P，T，Hi→V，L，yi，xi，Q已知:F,zi,P,v（e）,Hi→V,L,yi,xi,Q.........1,2,1(1)iiizxicvK........1,2,1(1)iiiiKZyicvK(1)()01(1)iiiKzFvvK2.闪蒸方程/vVF汽相分率Chongqinguniversityoftechnology2.3小结（1）汽液平衡常数与组成无关（例2-8）①核实闪蒸温度②由闪蒸方程求v（可以令v1=0.5）③计算xi，yi④求V，L⑤计算HL,HV—理想溶液—非理想溶液—需要有混合热数据3.闪蒸计算（2）汽液平衡常数与组成有关⑥计算Q—过程所需热量ChongqinguniversityoftechnologyChongqinguniversityoftechnology在给定温度下进行等温闪蒸计算时，须核实闪蒸问题是否成立：TBTTD01)(1iciiBzKTf01)/()(1ciiiDKzTf闪蒸问题成立!计算结果可用于确定气相分率的初值BDBTTTT分别用泡点方程和露点方程计算在闪蒸压力下，进料混合物的泡点温度和露点温度，然后核实闪蒸温度是否处于泡露点温度之间。若该条件成立，则闪蒸问题成立。TBTTDChongqinguniversityoftechnology作业P5617，21Chongqinguniversityoftechnology二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）⑴等焓节流过程及其计算内容2.4单级平衡分离过程计算该过程是在绝热情况下进行的，因而节流前后的焓相等，又称为等焓节流过程。节流后生成的气液两相在分离器内达到平衡状态。如下图示：Chongqinguniversityoftechnology特点：①DQ=0→DH=0,H1=H2②温度降低（汽化部分热量由液体降温提供）二、绝热闪蒸（Adiabaticflash）2.4单级平衡分离过程计算211,,,,pTpZFi求：iiyxLVT,,,,2计算内容：已知Chongqinguniversityoftechnology等焓节流和部分汽化异同点：相同点:①都是汽化（说明可按汽化公式计算）②汽化后汽液两相达到平衡。不同点:①产生汽化的原因不同②已知条件不同(等焓少个条件多个未知数)2.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology⑵计算公式组分的物料衡算式：iiiLxVyFzLVF,相平衡关系式：iiixKy相平衡常数关联式：),,,(yxpTfKi浓度总和式：1,1iiyx焓平衡方程：21HHiiHzH1iiVHyHiiLhxHLVLVHvvHHLHVHFH)1(,22LVLLVLHHHHHHHHv122.4单级平衡分离过程计算Chongqinguniversityoftechnology⑶计算方法①作图法⑴闪蒸曲线（T~v曲线）试差求p2下的TD、TB，在TD、TB之间设T2…，试差求v1、v2⑵等焓平衡线由求出的iiyx,22,TpiLiVHH,LVHH,LVL