绝热闪蒸的快速计算和应用.docxVIP

绝热闪蒸的快速计算和应用谷里鹏Ξ(上海工程技术大学)谷雨(武汉理工大学)摘要通过热分析简化了绝热闪蒸的算法。将等温闪蒸的热量等于零作为目标值,用计算机求目标值的功能进行计算;以绝热闪蒸的汽化潜热来源于液体的显热为依据简化了热量计算。编制了快速计算绝热闪蒸的EXCEL电子表格,该表还可用于闪蒸的多种用途的计算,并给出了应用范例。关键词绝热闪蒸节流中图分类号TQ02614节能化工计算机应用文献标识码文章编号025426094(2004)0420208205A符Ai———Antione常数;Bi———Antione常数;号说明绝热闪蒸(即节流闪蒸或等焓节流)是石油化工和合成氨等生产流程中常见的单元过程。凡是液体混合物从高压设备进入低压设备,或液体混合物通过阀门后压力发生变化都有绝热闪蒸发生。绝热闪蒸还是一些绝热反应的基础1,2,应用过程函数理论可以把有汽化现象的绝热反应分解成为先反应再汽化(绝热闪蒸)的过程。实际生产中绝热闪蒸比等温闪蒸多得多,只要是瞬间发生的部分汽化过程或在保温设备中发生的部分汽化过程都可以用绝热闪蒸来计算。但是,绝热闪蒸的计算十分复杂3,4。其中的多个步骤都要进行试差计算。因此一般的设计中对绝热闪蒸均未进行计算。随着化工技术的发展,中、高压生产装置越来越多,企业要降低生产成本和节能环保,需要精打细算,绝热闪蒸的计算就显得非常必要。但是有关绝热闪蒸计算的范例很少,而且范例中的热焓数据应是一些加压下的数据,从一般手册中查不到。因而在解决实际问题时,按照范例难以进行计算。为此,有必要研究绝热闪蒸过程及其计算方法,建立一套既严密又快速实用的绝热闪蒸计算方法。1简化算法以乙烯、乙烷和丙烯的混合物5为例,将等温B———节流后的液体摩尔流量,kmol/h;Cpl———液体的等压热容,kJ/(K·kmol);Cpv———气体的等压热容,kJ/(K·kmol);Ci———Antione常数;D———节流后的气体摩尔流量,kmol/h;F———原料的摩尔流量,kmol/h;hB———液相混合物的摩尔热焓,kmol/h;HD———气相混合物的摩尔热焓,kmol/h;Hi———气相中各组分的摩尔热焓,kJ/kmol;Hv———摩尔汽化热,kJ/kmol;K———平衡常数;pi0———饱和蒸汽压,MPa;p1———节流前的压力,MPa;p2———节流后的压力,MPa;t1———节流前温度,℃;tb———液体升温到沸点,℃;t2———节流后温度,℃;v———汽化分率;xi———液体的摩尔含量;yi———液体的摩尔含量;zi———原料的摩尔含量。Ξ谷里鹏,男,1954年生,副教授。上海市,200065。第31卷第4期化工机械209闪蒸的热量与温度的关系作曲线,如图1所示。可以看出热量有一个质的变化,在高温区(-10～-27℃)是吸热过程;在低温区(-27～-30℃)是放热过程。转折点就是绝热闪蒸,即绝热闪蒸是等温闪蒸在热量交换量等于零时的特例。这样就可以将绝热闪蒸简化成为等温闪蒸的热量等于零作为目标值,利用计算机直接求目标值。另外,还需要迭代试差,采用Newton(牛顿)迭代法3:Σxi-1ννk+1=k-(4)zi(Ki-1)Σ[νKi+(1-ν)]2迭代试差完成后,再分别计算气相的摩尔含量、气相摩尔流量和液相摩尔流量:(5)(6)(7)yi=KixiD=FνB=F(1-ν)11213热量计算文献范例[4,5]计算热量时,用焓图查取焓值。但是,实际应用中焓图一般难以查到,并且焓图也不方便用计算机计算。故笔者采用热力学函数来计算焓值。取进料的温度t1为计算基准,设hi为液相中i组分的摩尔热焓。则:图1等温闪蒸的热量与温度的关系热量计算一般是由进料、闪蒸后气相和液相的焓来计算。但笔者发现还可以简化。因为绝热闪蒸的汽化潜热来源于液体的显热。只要判断汽化的潜热等于液体的显热,就是绝热闪蒸的计算结果。这样可以省略原料热量的计算。使热量计算简化了三分之一。根据以上两条简化方法建立数学模型。111已知数据物料的状态数据有:节流前的压力p1、温度t1;节流后的压力p2;原料的摩尔流量F、摩尔含量zi。物性数据由化学化工手册查找。分别是计算饱和蒸汽压pi0的Antione常数Ai、Bi、Ci;液体hi=Cpl(t2-t1)(8)由于是工程计算,温度的变化又不是很大,故热容Cpl、Cpv取为常数。液相混合物的摩尔热焓用迭加原理求得:hB=Σ(xihi)(9)气体中组分的焓用状态函数计算,假设液体从基准温度t1升温到沸点tb,在沸点下汽化,再从沸点升温到t2。具体算式为:Hi=Cpν(tb=t1)+Hν+Cpν(t2-tb)(10)气相混合物的摩尔热焓为:的等压热容Cpl、气体的等压热容热Hv。Cpv和摩尔汽化HD=Σ(yiHi)(11)112计算绝热闪蒸时应满