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1、第四节 闪蒸过程计算,主要内容,闪蒸过程简介 闪蒸过程类型 闪蒸过程计算方程等温闪蒸过程计算绝热闪蒸过程计算,闪蒸（Flash Vaporization）,闪蒸过程实质是一种连续单级蒸馏：液体进料流过阀门等装置，由于压力的突然降低而引起急剧蒸发，产生部分汽化，形成互成平衡的汽液两相，（也可以通过汽相部分冷凝或液相的部分汽化产生平衡的两相）。在混合物的T-X相图上，闪蒸的状态位于混合物的泡点线和露点线之间。,通过闪蒸过程可以使易挥发组分在汽相中的浓度提高、难挥发组分在液相中的浓度相应提高，从而达到分离提浓的目的。除非混合物的相对挥发度很大，闪蒸过程获得的分离程度不高，因此，在工业生产实践中，闪蒸
2、通常是作为进一步分离的辅助操作。闪蒸计算的目的就是确定汽、液相的组成和气相分率。闪蒸过程计算方法是许多精馏过程计算的基础，因此、掌握闪蒸过程的计算方法对化学工艺的学生是很重要的。,闪蒸计算与泡点及露点计算的关系,在泡点时，液相组成等于原料组成，汽化分率等于零；在露点时，汽相组成等于原料组成，汽化分率等于1；闪蒸时，汽液相的组成与总组成不等，汽相分率在0-1之间。对于一个给定闪蒸罐压力和进料组成的体系，泡点和露点温度确定了平衡闪蒸的温度范围。这是用来核实闪蒸问题是否可以成立的依据。,闪蒸过程的计算方程（MESH）,（1）物料衡算M方程：,C个,（3）摩尔分率加和式S方程：,2个,（4）热量平衡式
3、 H方程：,1个,2C3,（2）相平衡E方程：,C个,对应解的未知数也应该是2+3个（，或）,表2-4 闪蒸计算类型,闪蒸计算有多种规定方法，下表列出了一些常用的类型。,闪蒸计算类型的异同点,相同点：都是气化过程，说明可按气化公式计算 气液两相平衡 相当于一块理论板,可调设计变量不同,不同点：,产生气化的原因不同,部分气化或部分冷凝：外界交换热绝热闪蒸：不与外界换热，焓变为零,气化：除P外还要已知一个条件绝热闪蒸：给定P，体系就固定了,第4周第1次课2007年10月8日,2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程,规定：、T 计算：Q,V,L,yi,xi,汽液相混合物焓值的计算：对于理想溶液，汽液相的
4、焓值分别由纯物质的焓加和求的，对非理想溶液，可以利用物质的偏摩尔焓加和求得。,可以利用以上计算结果确定汽相分率的初值。,当相平衡常数不仅是温度和压力的函数，而且还是组成的函数时，求解Rachord-Rice方程就复杂得多，此时一般需要利用计算机编程计算,下面介绍的是两种普遍化算法。,由乙烷(1)、丙烷(2)、正丁烷(3)和正戊烷(4)组成的料液以500kmol/h的流率加入闪蒸室。闪蒸室的压力为1.38MPa(13.6atm)，温度为82.5。料液的组成为：试计算汽、液相产品的流率和组成。,闪蒸计算举例,该物系为轻烃混合物，可按理想溶液处理。利用P-T-K图查得：K1=4.80，K2=1.96
5、，K3=0.80，K4=0.33 验证料液的泡点和露点：泡点验证：露点验证：可见两者都大于1，说明料液的泡点Tb82.5，因此在给定温度和压力下，料液将分成汽、液两相，属于闪蒸计算问题。,迭代计算料液的汽化率：先设定一个值，代入下式分别计算出和 若()偏离0，用牛顿迭代法的计算迭代式迭代修正 本例取的初值为0.1，迭代到=0.405时，()接近0，故汽化率为0.405。,计算汽、液相产量V和L：V=F=202.5kmol/h，L=(1-)F=297.5kmol/h 利用下式计算汽、液相组成y和x：,绝热闪蒸过程计算,已知流率、组成、压力、温度（或焓）的液体进料节流膨胀到较低压力便产生部分汽化。
6、绝热闪蒸计算的目的是确定闪蒸温度、汽液相组成及流率。绝热闪蒸问题的计算问题，原则上还是利用物料平衡、相平衡和热量衡算和组成总和方程联立求解。目前工程计算中均选择温度和汽化率为迭代变量。根据物性的差别，又分三种具体的算法。,宽沸程绝热闪蒸过程计算,所谓宽沸程混合物指的是构成混合物各组分的挥发度相差悬殊，其中一些很容易挥发，而另一些很难挥发，它的特点就是离开闪蒸罐时各相的量几乎完全决定于相平衡常数。对这类体系，在很宽的温度范围内，易挥发组分主要集中在汽相中，而液相中则主要集中了难挥发组分。进料焓值的增加将使温度提高，但是对汽液两相的流率的影响不大，因此，宽沸程闪蒸的热衡算主要取决与T，而不是。,对
7、绝热闪蒸过程，用牛顿法迭代法求闪蒸温度,需要构造一个迭代方程。该方程可以利用对热衡算方程，,式中各项分别为节流前后物料的摩尔焓,由于节流为绝热过程,故利用该式可以计算汽化率,在压力为已知的条件下,该式中的焓值为温度的函数,因此,假设温度后可以计算出相应的汽化率,利用牛顿迭代公式有:其中:,选择T初值,计算 函数 f(),计算G(T),ABS(G(T),重新估算T,ABS(f(),选择初值,重新估计,宽沸程绝热闪蒸过程计算框图,N,Y,Y,N,结束,窄沸程绝热闪蒸过程计算,窄沸点闪蒸过程特点是混合物中各组分的沸点很接近，因而热量衡算主要受汽化潜热的影响，既主要受汽相分率的影响，改变进料的热焓值会使汽液相流率发生变化，而平衡温度变化不明显。显然，在这时应该内循环温度，外循环迭代汽化率。,对窄沸程绝热闪蒸过程，与等温闪蒸一样采用Rachord-Rice 方程，迭代T:其中,窄沸程绝热闪蒸的序贯迭代法,采用热量平衡方程构造迭代函数迭代汽液分率，迭代方程为方程为根据牛顿迭代公式有,直接迭代法可能产生振荡，这时需引进阻尼因子d加以控制。通常d取值约为0.5。,窄沸程绝热闪蒸过程计算框图,选择初值,选择T初值,计算f(T),ABS(f(T),计算G(),ABS(G(),重新估计,重新估计T,Y,Y,N,N,输出,
