化工分離工程

化工分離工程[]第1頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)容：

內(nèi)容：

各組分物系汽液平衡單級(jí)平衡過程的計(jì)算第2頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第二章單級(jí)平衡過程第一節(jié)相平衡第二節(jié)多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算第三節(jié)閃蒸過程的計(jì)算第3頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)相平衡返回2.1.1相平衡條件2.1.2相平衡常數(shù)的計(jì)算返回第4頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1相平衡條件一、相平衡條件相平衡：由混合物或溶液形成若干相，這些相保持物理平衡而共存狀態(tài)。

熱力學(xué)上看—物系的自由焓最小

動(dòng)力學(xué)上看—相間表觀傳遞速率為零第5頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一相平衡條件：第6頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一引入逸度系數(shù)：

if引入活度系數(shù)：ig

1.汽液平衡

第7頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一汽液平衡關(guān)系式：第8頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.液液平衡

由（2-7）：第9頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一二、相平衡常數(shù)和分離因子

定義：精餾、吸收：稱汽液相平衡常數(shù)液液萃?。阂阂合嗥胶獬?shù)（或分配系數(shù)）—第10頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一三、用表示平衡關(guān)系ijiKa,返回第11頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2相平衡常數(shù)的計(jì)算一、狀態(tài)方程法二、活度系數(shù)法

第12頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一一、狀態(tài)方程法由（2—8）：

由P—V—T關(guān)系計(jì)算LiViff,第13頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一推導(dǎo)略以V為自變量：以P為自變量：第14頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一（2—15）、（2—16）適用于氣、液、固相，是計(jì)算的普遍化方法。注意：只要知道狀態(tài)方程就可代入求第15頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一1.用Vanderwaals方程計(jì)算Vanderwaals方程：——a、b為Vanderwaals常數(shù)第16頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一將（2—15）積分后代入以上結(jié)果：第17頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一步驟：

i=1i=1i=i+1YesNo第18頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

●i=1時(shí)求汽相逸度系數(shù)；i=2時(shí)求液相逸度系數(shù)。

汽相：用y求a、b液相：用x求a、b

●(1)式有三個(gè)根第19頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.用維里方程計(jì)算維里方程的截?cái)嗍剑夯謴?fù)恢復(fù)汽相喲！第20頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

的計(jì)算：第21頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一●

為簡單流體的對(duì)比第二維里系數(shù)，計(jì)算：●

為校正函數(shù)，計(jì)算：●為二元相互作用參數(shù)，計(jì)算：——用于烷烴相當(dāng)成功第22頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

二元常數(shù)的平均值ij水醇醚酮烴烴00.130酮0.150.050.130醚0.350.130醇0.10水0ijk第23頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一由（2—16）：第24頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一∴由（2—16）：P為自變量同樣由（2—15）：V為自變量第25頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一用（2—31）解的步驟：

1.用狀態(tài)方程〈4〉求Vt(兩個(gè)根返回)、檢驗(yàn)：〈4〉式有實(shí)根，取大根，否則用（2—30）求取。2.由（2—31）求注意：維里方程的適宜范圍：第26頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一3.采用R—K方程計(jì)算特點(diǎn)：1.比多參數(shù)狀態(tài)方程簡單2.適宜于氣、液態(tài)第27頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一R—K方程：第28頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一RK方程的另一種形式：推出：第29頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算方法：

1.由〈6〉計(jì)算ZM三個(gè)根：求氣體（）取求液體（）取

2.由〈7〉求注意：求汽相逸度時(shí)組成用求液相逸度時(shí)組成用第30頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)：P51：3題（只求）

Vif3題改錯(cuò)：

去掉“%”第31頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一二、活度系數(shù)法由（2—9）：

已解決

對(duì)，分別討論igiVfiOLf恢復(fù)第32頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一1.基準(zhǔn)態(tài)逸度液相活度系數(shù)：OLif討論：◆可凝性組分基準(zhǔn)態(tài)

◆不凝性組分基準(zhǔn)態(tài)

◆溶液基準(zhǔn)態(tài)第33頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一（1）可凝性組分基準(zhǔn)態(tài)取基準(zhǔn)態(tài)：第34頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一的計(jì)算：第35頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一（2—21）有二個(gè)校正系數(shù)：第36頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一（2）不凝性組分基準(zhǔn)態(tài)取基準(zhǔn)態(tài)：H—化工計(jì)算解決第37頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一（3）溶液基準(zhǔn)態(tài)

取基準(zhǔn)態(tài)：

溶質(zhì)：屬不凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài)

溶液：屬可凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài)

————不對(duì)稱性標(biāo)準(zhǔn)化方法第38頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.液相活度系數(shù)化工熱力學(xué)提出：—1摩爾混合物的過剩自由焓第39頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一到目前有20多種經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式。第40頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)展階段：

★20世紀(jì)初：問題集中于溶液的非理想性從何而來？二種觀點(diǎn)：1.VanLaar認(rèn)為分子的吸引與排斥

2.Dolezalek認(rèn)為分子間相互作用能，如締合

爭論了五年之久，由于vanderWaals力的提出，1占優(yōu)勢、2被埋沒，出現(xiàn)了：VanLaar；Margules方程?！?964年：化學(xué)熱力學(xué)的發(fā)展由提出，Wohl對(duì)歷年公式加以總結(jié)，并推廣到多元?！?964年：Wilson提出局部組成新概念，并得到發(fā)展。出現(xiàn)了Wilson方程、NRTL方程、UNQAC方程…。第41頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一1>.Wohl型經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式Margules方程VanLaar方程

S—H方程

特點(diǎn)：簡便，由于缺乏多元數(shù)據(jù)，因此不能應(yīng)用于多元。第42頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2>.由局部組成概念建立的半經(jīng)驗(yàn)方程Wilson方程：

三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.推算精度高。

2.對(duì)理想系偏離很大的物系也適宜。

3.無須多元實(shí)驗(yàn)值。

二個(gè)主要缺點(diǎn)；

1.不適用于部分互溶系與液液平衡系。

——修正后可用

2.曲線呈極值點(diǎn)時(shí)不適用。第43頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一NRTL方程：

適用于部分互溶體系，液液平衡體系。

缺點(diǎn)：引入第三參數(shù)，其計(jì)算由組分化學(xué)性質(zhì)估計(jì)（=0.2～0.4）。UNIQUAC方程：

復(fù)雜

優(yōu)點(diǎn)：1.僅用二個(gè)調(diào)整數(shù)，后即可用于液液體系。

2.參數(shù)隨T變化很小。

3.主要濃度變量為，并非，因此還可用于大分子（聚合物）溶液。第44頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一三、活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡化形式——計(jì)算Ki的普遍化形式（用于嚴(yán)格計(jì)算）第45頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一各種簡化形式：

1.汽相是理想氣體，液相是理想溶液。

——完全理想系適用物系：P<200kPa，分子結(jié)構(gòu)十分相近的組分溶液第46頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

2.汽相是理想氣體，液相是非理想溶液。適用物系：低壓下，分子結(jié)構(gòu)相差不大的組分溶液。>1,為正偏差溶液<1,為負(fù)偏差溶液第47頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

3.汽液相均為理想溶液。適用物系:中壓下烴類混合物.第48頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一

4.汽相為理想溶液,液相為非理想溶液。第49頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一例2—1：計(jì)算乙烯的相平衡常數(shù)

實(shí)驗(yàn)值：已知：T=311KP=344.2kPaTc=282.4KPc=5034.6kPa

解：1.按理想氣體、理想溶液計(jì)算

2.汽液均按理想溶液計(jì)算

A.逸度系數(shù)法

B.列線圖法

與實(shí)驗(yàn)值相近第50頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)：P51：2題

返回第51頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算2.2.2露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算返回第52頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一露點(diǎn)壓力露點(diǎn)溫度泡點(diǎn)壓力泡點(diǎn)溫度求解量規(guī)定量（C個(gè)）計(jì)算類型汽液平衡時(shí)：第53頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

變量分析：

第54頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一一、泡點(diǎn)溫度的計(jì)算1.平衡常數(shù)與組成無關(guān)的情況iiiVViifb32fTP.iiiiiiKK-1iiiSbbbf-.23LLifKTTTTKTKPPKTPK==+++==-=.321**),(43數(shù)據(jù)回歸計(jì)算圖查得第55頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一采用泡點(diǎn)方程：第56頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)：P51：4題

注意：增加牛頓迭代法。第57頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況∴采用試差法第58頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算框圖：開始輸入P、x及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令作第一次迭代

計(jì)算計(jì)算計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算Y調(diào)整T有無變化NYN輸出T、y結(jié)束NY圖2—2第59頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一判別收斂條件：

（2—35）用于低壓時(shí)近似看成：第60頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一與泡點(diǎn)溫度相同，比較與分析如下：項(xiàng)目求泡點(diǎn)溫度（已知P，x）求泡點(diǎn)壓力（已知T，x）計(jì)算相同變量與函數(shù)關(guān)系相同框圖圖（2—2）圖（2—3）二、泡點(diǎn)壓力的計(jì)算iK第61頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一求泡點(diǎn)溫度求泡點(diǎn)壓力泡點(diǎn)方程比較：第62頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算框圖：計(jì)算計(jì)算Y開始輸入T、x及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P并令作第一次迭代

計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整P有無變化NYN輸出P、y結(jié)束NY圖2—3第63頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一例2—6：計(jì)算泡點(diǎn)壓力及汽相組成[氯仿（1）—乙醇（2）]已知：1.

2.不計(jì)Poynting因子解：第64頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一混合物的逸度系數(shù)：第65頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第66頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算方法；將（C）、（D）、（E）代入（B）求P，y返回第67頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一已知：P（或T）T（或P）1.平衡常數(shù)與組成無關(guān)的情況

露點(diǎn)方程：2.2.2露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算計(jì)算方法同于泡點(diǎn)計(jì)算：

1.試差；2.用計(jì)算；3.電算；4.查K圖

iKa第68頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況計(jì)算框圖：計(jì)算NNY計(jì)算Y輸出T、y開始輸入P、y及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令作第一次迭代

計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整T

有無變化NY結(jié)束第69頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一例2—7：計(jì)算50℃時(shí)蒸汽混合物露點(diǎn)壓力已知：1.

2.汽相組成解：汽相假定為理想氣體，液相為非理想溶液計(jì)算式：

結(jié)果：P=85.101kPa第70頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算過程：計(jì)算Y開始輸入T、y及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P，X值

計(jì)算調(diào)整P圓整有無變化N輸出P、x結(jié)束NY例題圖第71頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)：P51：6題

返回第72頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)閃蒸過程的計(jì)算第73頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一流程示意圖：液體混合物的汽化氣體混合物的冷凝LiHxL,,ViHyV,,液體ZF,FFFHPT,,T，PLiHxL,,ZF,FFFHPT,,氣體ViHyV,,T，P第74頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一變量分析：系統(tǒng)方程方程數(shù)2C+3∴一般計(jì)算后得2C+3個(gè)解：第75頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)閃蒸過程的計(jì)算2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過程2.3.2絕熱閃蒸過程（略）第76頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過程,ixL,iyV,T，P液體ZFPT,iQi,ixL,iyV,T，P氣體ZFPFTF,Q變量數(shù)：3C+8方程數(shù)：2C+3指定變量數(shù):(3C+8)-(2C+3)=C+5及：F、Zi、TF、PF、P、L(或汽化率)變量數(shù)：3C+6方程數(shù)：2C+3指定變量數(shù):(3C+6)-(2C+3)=C+3及：F、Zi、T、P第77頁，共85頁，2023年，2月20日，星期一一、汽液平