1、第二章 传质分离过程的热力学基础2.3 闪蒸过程的计算课内作业(1)计算给定温度下的闪蒸时，需要核实闪蒸问题是否成立。如何判断闪蒸是否成立？(2)推导Rachford-Rice方程。(3)总结列出等温闪蒸的待求变量、计算步骤及其用到的方程。课外作业p52,习题7。下次上课时交上节内容总结 泡点方程 泡点温度计算过程 露点方程 露点温度计算本节内容p闪蒸及部分冷凝概念p闪蒸设计变量及分类p等温闪蒸和部分冷凝p绝热闪蒸和部分冷凝一、闪蒸及部分冷凝概念p闪蒸是连续单级蒸馏过程p该过程使进料混合物部分气化或冷凝得到含易挥发组分角度的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。p闪蒸特点：分离程度很低。p但是，用于闪
2、蒸过程的计算方法极为重要！普通精馏塔中的平衡级就是一个简单绝热闪蒸级，可把闪蒸过程的计算方法推广应用于塔的设计计算。二、闪蒸设计变量及分类（1）闪蒸 总变量（2）闪蒸 独立约束方程（3）闪蒸 设计变量三、等温闪蒸和部分冷凝（一）（一）Ki与组成无关（与组成无关（理想溶液理想溶液）1.核实闪蒸问题是否成立核实闪蒸问题是否成立计算给定温度下的闪蒸时，需要核实闪蒸问题是否成立。闪蒸成立的条件：TBTTD1.核实闪蒸问题是否成立核实闪蒸问题是否成立 TBT T TB 假设闪蒸温度为进料的泡点假设闪蒸温度为进料的泡点温度，则温度，则 K Ki iz zi i=1=1 若若 K Ki iz zi i 1
3、1,说明说明T TB。第二步：确定是否第二步：确定是否T 1 1,说明说明T TD。1.核实闪蒸问题是否成立核实闪蒸问题是否成立反之，若反之，若 K Ki iz zi i 1 1,则为过冷液体；则为过冷液体；若若(z zi iK Ki i)1111DciiiTTKz1/1DciiiTTKz1/1核实闪蒸问题是否成立过冷液体泡点液体两相混合物部分气化 or部分冷凝露点气体过热气体例1 进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其摩尔组成为：丙烯(1)30%，丙烷(2)35%，异丁烷(3)35%。在900kPa和40下闪蒸问题是否成立？过热蒸气，闪蒸不成立!练习1 进料流率为1000kmol/h
4、的轻烃混合物，其摩尔组成为：丙烯(1)30%，丙烷(2)35%，异丁烷(3)35%。在1000kPa和40下闪蒸问题是否成立？2.计算待求变量L,V,Q,xi,yi推导Rachford-Rice方程等温闪蒸p规定 T,p,F,TF,pF,zip求解 L,V,xi,yi,Q (2C+3个变量)p独立约束方程Rachford-Rice方程推导过程小结（1）用相平衡方程，消去物料衡算方程中的yi（减少未知数C个）（2）根据归一化方程，得出F=L+V，进一步消去L（又减少未知数1个）（3）引入气相分率（其实，不引入也不影响计算），得出xi表达式（又减少C个未知数）（4）用归一化方程求解（5）根据前人计
5、算经验，最终得出Rachford-Rice方程未知数：剩2个Q和V（或）Rachford-Rice方程 0)1(1)1(1CiiiiKzKf求解方法：p直接计算（1个方程，1个未知数）迭代求解画图求解（得出结果精度不高）例2-7p核实闪蒸问题是否成立p求（用Rachford-Rice方程）p计算xi,yi,L,Vp核实归一化方程等温闪蒸计算小结待求变量有哪些？计算步骤？（1）核实闪蒸问题是否成立；（2）求气相分率（解Rachford-Rice方程）；（3）计算xi,yi,V,L；（4）归一化方程校核xi,yi计算结果（5）计算QSpecified variables:F,TF,PF,z1,z2
6、,zC,TV,PVSteps:summaryRachford-Rice procedure for Isothermal flash Calculation(1)Solve0)1(1)1()(1CiiiiKzKf(2)FV(3)1(1iiiKzx(4)1(1iiiiiiKzKxKy(5)L=F-V(6)Q=HVV+HLL-HFFciiLiLHxH1,ciiViVHxH1,理想溶液理想溶液HmixNonideal solution（5）Q的计算的计算LVFHLHVQHF练习2进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其摩尔组成为戊烷（1）0.1，己烷（2）0.3，庚烷（3）0.45，辛烷（4）
7、0.15。求在150kPa，110条件下的气液组成及流率。提示：计算步骤为（1）核实闪蒸问题是否成立；（2）求气相分率（迭代一次）；（3）计算xi,yi,V,L；（4）归一化方程校核计算结果三、等温闪蒸三、等温闪蒸根据根据x x，y y与与 是分步迭代还是同时迭代，是分步迭代还是同时迭代，给出了两种普遍化算法。给出了两种普遍化算法。（二）汽液平衡常数与组成有关（二）汽液平衡常数与组成有关yxPTfKi,难点：Ki值的计算Calculate 四、绝热闪蒸四、绝热闪蒸 Adiabatic flash 规定：规定：p p、Q Q0 0 计算：计算：T,V,L,T,V,L,y yi i,x,xi i
8、计算方程：独立约束方程计算方程：独立约束方程迭代变量：迭代变量：T T、迭代收敛判据：闪蒸方程或热量衡算方程迭代收敛判据：闪蒸方程或热量衡算方程 将将T T 和和 分步迭代分步迭代-序贯迭代法序贯迭代法 序贯迭代法序贯迭代法（1 1）宽沸程物系：）宽沸程物系：（2 2）窄沸程物系：）窄沸程物系：用热量衡算方程迭代用热量衡算方程迭代T T；用闪蒸方程迭代；用闪蒸方程迭代：外层循环外层循环 内层循环内层循环 用热量衡算方程迭代用热量衡算方程迭代 ；用闪蒸方程迭代；用闪蒸方程迭代T T ：外层循环外层循环 内层循环内层循环 对对T T 不敏感不敏感 对对T T 敏感敏感 图图2-7 2-7 宽沸程宽
9、沸程绝热闪蒸的计算框图绝热闪蒸的计算框图图图2-8 2-8 窄沸程窄沸程绝热闪蒸的计算框图绝热闪蒸的计算框图将将E方程：方程：,.C,iVyLxFziii21 CixKyiii,.2,1 代入代入M-方程：方程：消去消去y yi i ,得到：得到：CixVKLxFziiii,.2,1 将将 代入上式：代入上式：VFL CiVKVFFzxiii,.2,1 (2-56)Rachford-Rice方程推导过程令令：代入代入FV/汽化率汽化率)1(1iiiKzx（2-57）（2-58）)1(1iiiiiiKzKxKyCiVKVFFzxiii,.2,1 (2-56)将上述两式代入将上述两式代入S方程，得
10、到：方程，得到：1)1(11CiiiKz（2-59）（2-60）1)1(11CiiiiKzK（2-60）式减去（）式减去（2-59）式，）式，得到：得到：0)1(1)1()(1CiiiiKzKf（2-61）闪蒸方程闪蒸方程Rachford-Rice eq.通过闪蒸方程（通过闪蒸方程（2-61）求出汽化率）求出汽化率 后，由后，由（2-57）和（）和（2-58）式可分别求出）式可分别求出xi 和和yi，进而由总物料衡算式（进而由总物料衡算式（2-53）可求出）可求出V 和和 L，由热量衡算式（由热量衡算式（2-54）可求出）可求出Q。)1(1iiiKzx（2-57）0)1(1)1()(1CiiiiKzKf（2-61）（2-58）)1(1iiiiiiKzKxKyLVF（2-53）LVFLHVHQFH（2-54）汽化率汽化率 的迭代：的迭代：0)1(1)1()(1CiiiiKzKf（2-61）设设 初值，计算初值，计算f()：可采用可采用Newton-Raphson法迭代法迭代 ：)()()()1(kkkkff（2-62）CiikiikKzKf12)(2)()1(1)1()(P32 例例2-7Iteration equationBDBTTTT)0(
