第七章 相平衡7[1].2_2012.ppt
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1、第七章第七章 相平衡相平衡7.1相平衡判据与相律相平衡判据与相律7.2汽液平衡的相图汽液平衡的相图7.3汽液平衡计算汽液平衡计算7.3 7.3 汽液平衡计算汽液平衡计算7.3.1 7.3.1 活度系数活度系数法法7.3.2 7.3.2 状态方程状态方程法法7.3.3 7.3.3 闪蒸计算闪蒸计算7.3.4 7.3.4 汽液平衡数据的热力学汽液平衡数据的热力学一致性检验一致性检验 高高温温低低压压下下,构构成成物物系系的的组组份份,其其分分子子结结构构差差异异较较大大。低低压压下下的的非非轻轻烃烃类类,如如水水与与醇醇、醛醛、酮酮.所所组组成的物系就属于这一类。成的物系就属于这一类。一一.概述概
2、述1.VLE1.VLE的分类的分类(五种(五种类型)类型)(1 1)完全理想体系完全理想体系V相是理想气体相是理想气体L相是理想溶液相是理想溶液Pi=yiPPi=xiPis 高温低压高温低压下,构成物系的组份,其下,构成物系的组份,其分子结构相似分子结构相似,如如0.2MPa下的轻烃混合物系。下的轻烃混合物系。(2 2)化学体系化学体系V相是理想气体相是理想气体L相是非理想溶液相是非理想溶液7.3 7.3 汽液平衡计算汽液平衡计算 高高压压下下,构构成成物物系系的的组组份份,其其分分子子结结构构差差异异较较大大,皆属于这类体系。,皆属于这类体系。(3 3)理想体系理想体系 V V、L L两相都
3、符合两相都符合L-RL-R定则。定则。石油化工,石油化工,中压中压(1.53.5MPa)下)下轻烃物系轻烃物系或裂解气或裂解气都视为理想体系都视为理想体系 (4 4)非理想体系非理想体系V相是非理想溶液相是非理想溶液 L相符合相符合L-R定则定则如压力较高的烃类物系。如压力较高的烃类物系。第三类和第四类都是碳氢化合物的混合物所组成的物系,第三类和第四类都是碳氢化合物的混合物所组成的物系,所不同的是第四类的压力比第三类的高。所不同的是第四类的压力比第三类的高。(5 5)完全非理想体系完全非理想体系V、L两相都是非理想溶液。两相都是非理想溶液。二、工程上需解决的二、工程上需解决的VLEVLE计算类
4、型计算类型汽液平衡的准则:汽液平衡的准则:三、三、VLE的两种计算方法的两种计算方法两相的两相的T,P相等时相等时状态方程法状态方程法活度系数活度系数法法-VLE计算基本公式计算基本公式 VLE的计算的计算四、四、互溶系统的汽液平衡计算通式互溶系统的汽液平衡计算通式逸度逸度即可即可用用逸度系数逸度系数,也可用,也可用活度系数活度系数表示表示汽相汽相液相液相状态方程法状态方程法多元系统的相平衡计算通式多元系统的相平衡计算通式当溶液达到汽液平衡时当溶液达到汽液平衡时EOS混合规则混合规则活度系数活度系数法法液相液相逸度逸度用用活度系数活度系数计算计算;汽相汽相逸度逸度用用EOS计算计算标准态标准态
5、逸度。逸度。取以取以Lewis-Randall定则为基础的标定则为基础的标准态,即准态,即纯液体纯液体i在体系温度,压力在体系温度,压力下的逸度。下的逸度。该式是用于汽液平衡计算的通式该式是用于汽液平衡计算的通式。简化:简化:(1)压力远离临界区和近临界区)压力远离临界区和近临界区中低压范围中低压范围Poynting因子均可近似为因子均可近似为1(2)低压下,汽相可假定为理想气体)低压下,汽相可假定为理想气体(3)系统中各组分性质相似)系统中各组分性质相似汽液两相均可视为理想混合物汽液两相均可视为理想混合物1 1、活度系数、活度系数法用于法用于中压汽液平衡计算中压汽液平衡计算中低压(中低压(1
6、.52MPa)的)的Poynting校正因子可认为是校正因子可认为是1汽相汽相混合物中组混合物中组分分i i在体系在体系T T、P P时的逸度系数时的逸度系数纯组分纯组分i i在在体系体系T T与其与其饱和蒸气饱和蒸气压压P Pi iS S 时的时的逸度系数逸度系数液相液相混合物中组分混合物中组分i i在体在体系系T T、P P时的活度系数时的活度系数五、五、互溶系统的汽液平衡计算互溶系统的汽液平衡计算式中:常数、因物而异,可查附录。式中:常数、因物而异,可查附录。计算混合物的组分逸度系数的计算混合物的组分逸度系数的基本式基本式Wilson方程方程NRTL方程方程Margules方程方程Van
7、Laar方程方程计算纯组分逸度系数的基计算纯组分逸度系数的基本式本式4.8 4.8 活度系数与组成的关联活度系数与组成的关联说明:工程设计中,有时可查手册。说明:工程设计中,有时可查手册。(i=1,2N)或或、活度系数、活度系数法用于法用于低压汽液平衡计算低压汽液平衡计算开始开始输入已知的输入已知的P,xi数据,数据,假设假设T,令,令计算计算Psi,Si,i i第一次迭代第一次迭代?计算计算计算计算调整调整T变化变化?=1?打印结果打印结果T和和yi结束结束否否是是是是否否已知已知P,xi求泡点求泡点T,yi否否是是计算所有计算所有yi1,T降低降低1,T提高提高开始开始输入已知的输入已知的
8、P,xi数据,数据,假设假设T,计算计算Psi,i i计算计算调整调整T=1?打印结果打印结果T和和yi结束结束低压下低压下已知已知P,xi求泡点求泡点T,yi否否是是计算所有计算所有yi开始开始输入已知的输入已知的T,xi数据,数据,假设假设p,令,令计算计算Psi,Si,i i第一次迭代第一次迭代?计算计算计算计算调整调整p变化变化?=1?打印结果打印结果p和和yi结束结束否否是是是是否否已知已知T,xi求泡点求泡点p,yi否否是是计算所有计算所有yi低压下,不必试差低压下,不必试差1,p提高提高开始开始输入已知的输入已知的T,yi等所有等所有参数,假设参数,假设P,令,令计算计算PSi,
9、Si第一次迭代第一次迭代?计算所有计算所有计算计算计算计算调整调整P=1?打印结果打印结果P和和xi结束结束否否是是是是否否已知已知T,yi求露点求露点P,xi否否计算所有的计算所有的xi变化变化?已知已知p,yi求露点求露点T,xiVLE计算计算注意:注意:1、多元汽液平衡、多元汽液平衡,工程设计中常采用汽液平衡比,工程设计中常采用汽液平衡比Ki或或组分相对挥发度组分相对挥发度 ij表示表示。汽液平衡比汽液平衡比相对挥发度相对挥发度用用 ij表示汽液平衡组分的关系式。表示汽液平衡组分的关系式。汽相是理想气体,液相是非理想溶液的体系:汽相是理想气体,液相是非理想溶液的体系:y yi i与与x
10、xi i间的关系间的关系 由由 对二元体系对二元体系相对挥发相对挥发度度理论塔板理论塔板数数N2.53.11.69.21.08660.81.064644.92、VLE计算精度的意义计算精度的意义平衡曲线上汽相组成平均平衡曲线上汽相组成平均误差误差y y为为1%1%(molmol)引)引起的理论塔板数的变化:起的理论塔板数的变化:图图1-2不同不同时,因时,因VLE数据的误引起理论板数的变化数据的误引起理论板数的变化解解:由表的数据知:两个纯组分的饱和蒸汽压由表的数据知:两个纯组分的饱和蒸汽压共沸点:共沸点:例例1:根根据据汽汽液液平平衡衡原原理理,填填充充右右下下表表中中缺缺少少的的数数据据。
11、假假设设汽汽相相为为理理想想气气体体,液液相相是是非非理理想想溶溶液液并并符符合合vanLaar方程方程。由由P93VanLaar方程求活度系数方程求活度系数返回汽液两相的汽液两相的逸度用逸度用EOS计算计算五、五、状态方程状态方程法法说明:说明:适用于高压下汽液平衡;适用于高压下汽液平衡;要选择一个能适用于汽、液相的状态方程及相应的要选择一个能适用于汽、液相的状态方程及相应的混合规则。混合规则。计算混合物的组分逸度系数的基计算混合物的组分逸度系数的基本式本式或或返回六六 闪蒸计算闪蒸计算n闪蒸闪蒸:液体混合物的液体混合物的压力降低至泡点与露压力降低至泡点与露点压力之间,会出现点压力之间,会出
12、现部分部分气气化的现象。化的现象。n闪蒸是一种单级平衡闪蒸是一种单级平衡分离过程分离过程。n闪蒸计算闪蒸计算既要满足既要满足物物料平衡料平衡,又要满足,又要满足相相平衡平衡。进料进料F,zi汽相汽相V,yi液相液相L,xi汽化分率汽化分率e=V/Fe=V/F(3)代入代入(4)得得n1)组分的物料平衡组分的物料平衡n2)组分组分i的相平衡的相平衡而组分归一而组分归一 (2)代入代入(1)得得闪蒸方程闪蒸方程e=V/FF=V+L解:这是一个近似的完全理想体系解:这是一个近似的完全理想体系查附录二得查附录二得Antoine方程常数,计算得各组分的饱和蒸汽压为:方程常数,计算得各组分的饱和蒸汽压为:
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