第六章多组分精馏-1.ppt
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精馏操作在混合物分离中的位置 双组分精馏与多组分精馏 §1 汽液平衡 汽液平衡关系是研究在一定操作条件下相变过程进行的方向和限度,是处理汽液传质过程的基础,也是分析传质设备效率高低的依据。 精馏过程的设计计算对汽液平衡关系有两种情况: 1. 计算在已知操作压力和操作温度时汽液两相的平衡组成; 2. 计算达到一定平衡组成时所需的温度和压力。 一、与汽液平衡相关热力学关系 1. 通过热力学分析,汽液平衡的条件是组分 i 在汽液两相中的化学位相等。 (1) 2. 在汽液平衡时,任一组分在汽液两相的逸度相等。 (2) 相关概念 逸度f:在系统状态下分子逃逸的趋势,也就是物质迁移时的推动力或逸散能力,单位与压力单位相同。 代表混合物中i组分的逸度, 代表纯组分i的逸度, 代表i组分的标准态逸度(通常取纯组分i液体在系统温度和压力下的逸度)。 逸度系数 :是某组分逸度与系统压力的比值。 活度系数 :活度系数是真实溶液偏离理想溶液的程度的量度,与体系温度、压力、组成等有关,是状态函数。 3. 汽相逸度fiV与汽相组成yi和压力P之间关系 4. 液相逸度fiL与液相组成xi在一定压力和温度下关系 5. 根据平衡条件 (3,4) 汽液平衡常数Ki的定义:一定温度和压力下,汽液两相达平衡时任意组分i在汽相中的摩尔分率yi与在液相中摩尔分率xi的比值。 (5) 汽液平衡常数的简化计算 3. 汽相为真实气体的理想混合物,液相为理想溶液 4. 汽相为真实气体混合物,液相为理想溶液 5. 完全非理想系 由于精馏塔内各板操作压力基本相同,为了使用(特别是电算)方便,一般将物系在某恒压下的相平衡常数Ki写成温度t的多项式,即: 逸度、逸度系数的基本方程 (1)以p和T为独立变量的基本方程 逸度和逸度系数的基本方程为: 式中的zi为i组分的摩尔分率,计算汽相逸度时,用yi代替;计算液相逸度时,用xi代替。 为i组分在混合物中的偏摩尔体积: Vi=f(p,T,n),为气体状态方程的V显式方程。 逸度、逸度系数基本方程 (2)以V和T为独立变量的基本方程 逸度和逸度系数的基本方程为: 式中的Z为混合物的压缩因子, 活度系数模型 大多数状态方程对烃类可同时应用于气、液相逸度计算,但对于常见的极性溶液和电解质,其液相的非理想性强,一般状态方程不适用。常通过 活度系数模型来计算。 活度系数模型的建立与溶液理论密不可分,大多数活度系数模型均以一定的溶液理论为基础。 Raoult定律、Magules模型、Wilson模型、NRTL模型、UNIQUAC模型等等。 请复习《化工热力学》,搞清楚以下几点: 1. 威尔逊(Wilson)方程及其特点和适用范围; 2. NRTL方程及其特点和适用范围; The Non-Random Two Liquids (有规双液) 3. UNIQUAC方程及其特点和适用范围; Universal Quasichemical Activity Coefficient (通用拟化学活度系数) 相平衡常数计算方法的选择 (1)根据相对挥发度选择计算模型 α直接与K相关,α对精馏计算的影响如图2-4所示。因此,建议: ① α2.0时,必须使用基于实验数据的模型来计算相平衡数据(包括K); ② 若α1.2,则模型还应是经过工业实践证明的; ③ α2.0时,可采用符合体系规律和特征的理论模型计算。 相平衡常数计算方法的选择 (2)根据物系性质和操作压力选择计算模型 对于中低压下的非理想物系,宜选用状态方程计算汽相逸度系数,用活度系数方程计算液相活度系数。 建议方程:威尔逊方程、UNIQUAC方程(分子大小差异大)、NRTL方程(含水物系); 若缺乏实测数据,可选用UNIFAC或ASOG模型估算。 相平衡常数计算方法的选择 (3)根据物系极性选择计算模型 对于各种压力下的非极性物系,建议: 混合烃类:SRK、PR或BWRS状态方程; 含氢量较少的物系:SRK或PR状态方程; 烃水混合物系: SRK或PR状态方程; 临界点附近物系:多参数状态方程。 高压下的极性物系:只能通过实测数据处理。 相对挥发度α与平衡常数K的关系 纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。 溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示: 摩尔焓的计算 三、计算方法简介——方程求根 在工程问题中,常需要解函
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