分离工程-朱家文-第二章精馏.ppt

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1、第七节复杂精馏塔的计算分离工程华东理工大学化工学院分离工程教学组2007年11月分离工程第二章精馏目录2.1概述2.2汽液相平衡2.3精馏计算2.4特殊精馏2.5板效率2.1概述精馏原理:精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。不适宜用普通精馏进行分离的物系：1.2.3.热敏性物料4.难挥发组分的稀溶液2.1.1理论板、板效率精馏过程的开发方法：理论板=f(相平衡,分离要求,操作参数)效率=f(传质速率,返混,相平衡,设备等因素)理论板实际板(E0)塔高精馏操作的开发目的：将A+B混合物→分离成A、B两股物料，要求：确定适宜的操作条件

2、和参数P，R，NT，q…工艺参数确定适宜的设备结构和尺寸D，H，结构…设备参数2.1.2精馏操作开发的内容和步骤①精馏塔分离序列的安排；②精馏塔类型的选择；③单座精馏塔的设计计算，包括：1.确定塔的直径和高度；2.确定适宜的操作条件和参数；3.进行再沸器和冷凝器的设计计算;4.进行塔的结构的设计计算。开发内容①确定操作压力；P②确定相平衡关系；PTXY③建立精馏操作的数学模型；④解数学模型，求出操作参数(R、q)、和设备参数(NT、NF)；⑤板式塔：确定板效率,将理论板数转化为实际板数；填料塔：选定填料型式和尺寸后，求取理论板当量高度，从而算得填料层高度；⑥板式塔：确定塔板型式，求算塔径、塔

3、高以及塔板的结构尺寸；填料塔：计算塔径，进行液体和汽体分布器的设计。开发步骤（单座精馏塔的设计计算）精馏操作的开发步骤：相平衡，操作压力（P）建立数学模型（MESH）模型求解板效率塔板设计等板高度液体分布器设计2.2汽液相平衡相平衡计算的三类问题:泡点计算露点计算等温闪蒸计算相平衡常数相对挥发度2.2.1相平衡关系的表达式相平衡时:汽相逸度液相逸度一.状态方程法由公式（2-6）和（2-8）得:此法适用于中压下，液相非理想性不是很强的烃类系统。2.2.2相平衡常数求取途径可凝性组分：不凝性组分：二.活度系数法由式（2-6）和式（2-9）得：此法对压力不高，液相非理想性强的系统更为合适。理想气体

4、汽相理想溶液实际气体理想溶液液相实际溶液2.2.3汽液相平衡系统的分类气相液相理想溶液实际溶液理想气体实际气体理想溶液实际气体实际不存在Ki计算的关键在于解决以下各热力学变量的计算：混合物:纯组分:偏摩尔体积:(2-16)(2-18)2.2.4逸度的基本公式(以P,T为变量)例:理想气体PV=nRT代入（2-16）式，得：混合物:纯组分:气相:液相:纯物质液体的逸度有时称标准态逸度2.2.5理想溶液的逸度气液两相均为理想溶液时:烃类系统的汽液两相均较接近理想溶液，根据BWR状态方程计算不同T、P下的相平衡常数K并绘制成图表，即P.20-P.22页的P-T-K列线图。只要知道系统的T、P，就能

5、从图上查得相平衡常数。由于忽略了组成对K的影响，查得的数值仅是Ki的概略值，其平均误差为8-15％，适用于0.8-1Mpa（绝对压）以下的较低压区域。2.2.6P-T-K列线图维里方程：混合物逸度：纯组分逸度：计算步骤：2.2.7维里方程计算逸度状态方程计算方法与步骤：1．方法SRK方程令则（2-39）变为2.2.8SRK方程计算逸度、逸度系数和焓对纯i组分用于混合物时，则saov原先的混合规则将SRK方程代入计算逸度的基本公式(2-20)，得：Saov改进的混合规则：逸度和逸度系数的计算式混合物摩尔焓的计算式含H2混合物2．步骤1）已知2）用公式（2-44～48）计算3）用公式（2-41～

6、43）计算4）将代入（2-49）计算5）用代替，按步骤2-4求出6）计算将纯物质在系统T、P下的液体视为标准态，则则系统T、P下纯液体逸度的计算公式为：2.2.9纯液体逸度计算若有适当的过剩自由焓的数学模型，由(2-58)式可得γ。常用的活度系数方程有：Wohl型方程：包括：VanLaar方程，Margules方程等。局部组成概念：Wilson方程、NRTL方程、Uniquac方程等。基团贡献法基础上的方程：UNIFAC方法、ASOG方法。2.2.10活度系数与过剩自由焓VanLaar方程、Margules方程有悠久的历史，仍有实用价值，特别是定性分析方面。优点：数学表达式简单；容易从活度系

7、数数据估计参数；非理想性强的二元混合物包括部分互溶物系，也经常能得到满意的结果。缺点：不能用二元数据正确推断三元系的活度系数。不能用于多元系相平衡计算。2.11沃尔型方程二元系Vanlarr方程：三元系Margules方程：二元系Margules方程：123Wilson、NRTL和Uniquac方程是根据不同的局部组成含义和不同的溶液模型得到的活度系数方程。它们的优点是：仅用二元参数即可很好的表示二元和多元的