2.5多相平衡过程

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1、2单级平衡过程2.5多相平衡过程2.5多相平衡过程室温下7个相处于平衡状态：空气XH2O=0.0001富正己烷液相富苯胺液相XC6=0.1XH2O=0.2富水相磷液相镓液相汞液相图2-147相平衡最上面的气相是空气．6个液相按密度增加的顺序排列。每一相都含有系统中的全部组分。每一相都与所有其他相处于平衡状态，满足平衡条件：TTT''=''=''=⋅⋅⋅(2-1)P''===PP''''⋅⋅⋅(2-2)ˆˆˆ''''''fff===⋅⋅⋅(2-3)iii在实际分离过程中，汽—液—固、汽—液—液三相系统。例如环氧丙烷脱水精馏塔中的某些部位，就会出现汽相、富环氧丙烷相和富水相的汽—液—液三相共存的

2、三相精馏过程。2.5-12单级平衡过程2.5多相平衡过程上海宝钢焦化厂焦油蒸馏流程多相平衡计算在原理上与两相系统是相同的，物料平衡、能量平衡和相平衡，但计算可能很复杂。计算方法:近似计算和严格计算两类。2.5.1汽—液—液系统近似计算法近似计算法适用于含水和烃类的系统，有一个汽相、富烃相和富水相共存。2.5-22单级平衡过程2.5多相平衡过程气相烃相水相水在烃相和烃在水相中的溶解度(摩尔分数)都小于0.001。如果烃相服从拉乌尔定律，则系统的总压为两液相所显示压力的总和：SSΙpp=+HO∑pxii(2-109)2CH⋅在低压下汽相是理想气体而烃液相是非理想溶液，则SSΙΙpp=+⋅HO22

3、∑∑pypi=HO+pKxii(2-110)CH⋅⋅CH重排为：SpHO2p=Ι1−∑Kxii(2-111)CH⋅当规定温度时，式(2—l09)和式(2－111)可直接用于估计压力和液相组成；当规定压力时，通过迭代估计系统温度。计算中的一个重要内容是判断平衡体系属哪一类相平衡问题。2.5-32单级平衡过程2.5多相平衡过程共有6种可能的相态，即：V,过热气体IV-L,汽液平衡IIIV-L–L,三相平衡IIV-L,汽液平衡IIIL-L低于泡点L过冷液体有多少相共存，以及具体是存在哪些相不总是明显的。IIIIII实际上如果V-L–L三相平衡有解，则V-L和V-L，两相平衡总会有解。解：2.5-4

4、2单级平衡过程2.5多相平衡过程一次露点二次露点=泡点2.5-52单级平衡过程2.5多相平衡过程2.5-62单级平衡过程2.5多相平衡过程图2-15恒压下，烃/水不混溶液体的闪蒸曲线(a)单－烃组分；(b)多于一种烃组分如果需要的话，可在露点和二次露点之间的条件下附加闪蒸计算。闪蒸曲线如图2—15(a)所示。如果系统中不只一个烃组分，则液相烃不可能在恒定组成下汽化。在该情况下二次露点温度比泡点温度高。闪蒸曲线见图2—15(b)。2.5-72单级平衡过程2.5多相平衡过程2.5.2汽—液—液平衡的严格计算在温度和压力恒定的条件下，所能形成的最大相数等于组分数，但该极端情况是少见的。VLL平衡计

5、算问题为在规定T或p(或H或S)的条件下求解对应于某总组成的全部相的各组分组成。可分为以下若干情况：(1)规定T或p下的泡点计算；(2)规定T或p下的露点计算；(3)规定T或p下的闪蒸计算；(4)规定H和T(或p)下的闪蒸计算；(5)规定S和T(或p)下的闪蒸计算。与液液平衡或汽液平衡计算相似，可以用两种截然不同的方法求解VLL平衡问题：(1)直接解物料平衡和相平衡方程；(2)搜寻整个混合物的最小自由焓，变量为所有相的量和组成。本节仅介绍用解物料平衡和相平衡方程计算规定T或p下的闪蒸问题。2.5-82单级平衡过程2.5多相平衡过程在规定温度和压力下单级VLL系统的严格计算法称之为三相等温闪蒸

6、计算。由Henlev和Rosen首先提出的算法类似于本章2.2节的两相等温闪蒸计算方法。三相等温闪蒸示意图如图所示。V，yi汽相规定T，p，F，zIIiL，xi液相I液相IIIIIIL，xi图2-16三相等温闪蒸对每个组分的物料衔算和相平衡关系如下：ΙΙΠΠFzi=Vyi+Lxi+Lxi(2－112)ΙΙK=yxiii(2－113)ΠΠK=yxiii(2－114)2.5-92单级平衡过程2.5多相平衡过程式(2—113)或式(2—114)可用下列关系代替：ΙΙΠK=xxD,iii(2－115)根据每相组成总和方程可写出：Ι∑xi−∑yi=0(2－116)ΙΠ∑xi−∑xi=0(2－117)采

7、用修正的Rachford—Rice程序可求解上述方程组。V设:ψ=，(0≤ψ≤1)FΙLξ=ΙΠ，(0≤ξ≤l)LL+结合式(2—112)~式(2—117)，III消去yi、xi和xi，得到包含ψ和ξ的两个联立方程：Ιz(1−K)ii∑ΙΠΙ=0(2-118)iξ(1−ψ)+(1−ξ)(1−ψ)(KiKi)+ψKiΙΠz(1−KK)iii和：∑ΙΠΙ=0(2-119)iξ(1−ψ)+(1−ξ)(1−ψ)(Ki