第六章多组分精馏-1.pptVIP

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