2.3 闪蒸过程的计算

2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程2.3.2 绝热闪蒸过程

底部产物 L ， x

顶部产物 V ， y

加热器 节流阀

冷凝器

闪蒸过程描述

闪蒸是连续单级蒸馏过程。

它使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。

普通精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。

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— H 方程： 1 个

2C＋ 3

（ 2 ）相平衡— E 方程： C 个

方程总数： 2C+3个

变量数： 3C+8个

其中进料变量数： C+3个

需规定变量数： C ＋ 5 个

（ F,TF ,pF ,T,p ,V,L,Q， zi ,yi ,xi ）

（ F,TF ,pF ,zi ）

根据其余 2 个变量的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：

Q,T( 或 p),L,yi,xi部分汽化p( 或 T),V( 或ψ)

Q, T, V, yi, xi部分冷凝p,L( 或 ψ)

T, V, L, yi, xi非绝热p,Q≠0

T, V, L, yi, xi绝热p,Q=0

Q, V, L, yi, xi等温p,T

输出变量闪蒸形式规定变量

表 2-4 闪蒸计算类型

√*

√

进行闪蒸计算之前，需要核实闪蒸问题是否成立！

核实方法：

第一步：假设闪蒸温度为进料的泡点温度，则 Kizi=1,若 Kizi>1, 说明

第二步：假设闪蒸温度为进料的露点温度，则 (zi／Ki)=1,若 (zi／ Ki)>1, 说明

只有当 TB<T<TD 时，才构成闪蒸问题。

反之，若 Kizi<1, 则为过冷液体； 若 (zi／ Ki)<1, 则为过热蒸汽。

T>TB ；

T<TD ；

2.3.1 等温闪蒸规定： p 、 T

计算： Q, V, L, yi, xi

一、汽液平衡常数与组成无关

已知闪蒸温度和压力， Ki值容易确定，所以联立求解上述（ 2C+3）个方程比较简单。

具体步骤如下：

将 E －方程：

代入 M-方程：

消去 yi ,得到：

将 代入上式：VFL=

= -

令：

代入 (2-66)式，得到：

汽化率

将（ 2-67）和（ 2-68）式代入 S －方程，得到：

（ 2-69） （ 2-70）（ 2-70）式减去（ 2-69）式，得到：

（ 2-71）

闪蒸方程

（ 2-67 ）

（ 2-71）

（ 2-68 ）

（ 2-64） （ 2-65）

通过闪蒸方程（ 2-71）求出汽化率后，由（ 2-67）和（ 2-68）式可分别求出 xi 和 yi ，进而由总物料衡算式（ 2-64）可求出 V 和 L ，由热量衡算式（ 2-65）可求出 Q 。

汽化率的迭代：

（ 2-71）

设初值，计算 f() ：

可采用 Newton-Raphson法迭代 ：

（ 2-72）

P60例［ 2-8］

2.3.1 等温闪蒸

根据 x ， y 与是分步迭代还是同时迭代，给出了两种普遍化算法。

（自学： p63图 2-9 ）

二、汽液平衡常数与组成有关

2.3.2 绝热闪蒸规定： p 、 Q ＝ 0

计算： T, V, L, yi, xi

计算方程： MESH方程迭代变量： T 、

迭代收敛判据：闪蒸方程或热量衡算方程

按 T 和 是分步迭代还是同时迭代，分为序贯迭代法和同时收敛法。

一、序贯迭代法（ 1 ）宽沸程物系：

（ 2 ）窄沸程物系：

用热量衡算方程迭代 T ；用闪蒸方程迭代：

外层循环 内层循环

用热量衡算方程迭代；用闪蒸方程迭代 T ：

外层循环 内层循环

对 T 不敏感

对 T 敏感

二、同时收敛法

和 T 同时迭代（自学）

二元混合物的逸度系数

A 、维里方程

用混合规则求，即求

汽液相平衡及其计算

B 、 RK方程汽液相平衡及其计算

活度系数的计算

称对拉乌尔定律有正偏差

负偏差

汽液相平衡及其计算

无热溶液

正规溶液

二元溶液的活度系数

A 、 Van-Laar Equ 汽液相平衡及其计算

1 ）

2 ）

二元溶液的活度系数

A 、 Van-Laar Equ

3 ）

汽液相平衡及其计算

单参数的对称方程

理想体系

负偏差非理想体系

正偏差非理想体系

A 可用来判别实际溶液与理想溶液的偏离度

4 ）

B 、 Margules Equ 汽液相平衡及其计算

C 、 Wilson Equ.汽液相平衡及其计算

三元溶液的活度系数

A 、 Margules Equ.汽液相平衡及其计算

1

2 3

B 、 Wilson Equation汽液相平衡及其计算

自学例题 2-1,2-2

1 、李海明 , 褚福云 , 孙景威，相平衡常数在精馏过程中的应用，锦州师范学院学报 ( 自然科学版 ) ， 2000年 04期

2 、汪文川 . 汽液相平衡计算中活度系数法简评，化学工程， 1988 ， (01)

3 、屈强 , 罗金生 , 于广锁 , 于遵宏，人工神经网络在汽液相平衡常数预测中的应用， 计算机与应用化学， 2001年 04期

参考文献

4 、白润生，精馏过程计算中相对挥发度的平均值近似，石油化工， 1999年 04期 5 、张珏成，纯物质逸度定义的讨论 . 上海工程技术大学学报 , 2004年 02期 6 、耿晓云，刘乐， 杨贵荣，关于逸度和逸度参比态的讨论 . 河北工业大学成人教育学院学报 , 2004年 03期 7 、牛家治，郭乔峰，从气态方程讨论逸度的计算 . 淮北煤师院学报 ( 自然科学版 ),2002年 03期

参考文献

8 、陈必清，普遍化方法计算混合气体逸度 .吉林化工学院学报 , 2000年 03期 9 、傅杨武，王裕玲，陈书鸿，活度系数模型预测汽 - 液相平衡的发展概况 . 重庆三峡学院学报 ,2006年 03期 10、李小斌， 任万能， 刘桂华， NaOH-NaAl(OH)4-H2O体系活度系数的计算模型 .中南大学学报 , 2006年 03期

参考文献

11、李娴，高温高压碱土金属溶液活度系数新模型的研究 . 南京工业大学硕士论文 ;2005，陆小华12、景孔华，康惠宝，王利生，改进 PSRK模型预测高分子溶液的活度系数 . 计算机与应用化学 , 2005年 11期 13、极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工， 1991（ 3 ）， 208

参考文献

14、曾健，胡文励，一种新的泡点计算方法，天然气化工， 1995，（ 1 ）： 52

15、曾健，胡文励，露点计算的一种改进[J].天然气化工 (C1化学与化工 ),1999,(5)

16、汪萍，项曙光，一种改进的泡露点计算方法 . 化工时刊 , 2004年 05期17、李谦 , 魏奇业 , 华贲，基于神经网络的多组分混合物泡露点 . 计算机及应用 . 化学工程 ,2004,

参考文献

18、 王双成，理想混合物泡点温度和露点温度的快速计算方法 . 河南广播电视大学学报 , 2002年 01期19、马志杰，改进的中低压下泡点、露点和等温闪蒸编程计算方法 . 广州化工 , 2002年 01期20、极性物系多组分分离泡点计算，齐鲁石油化工， 91（ 3 ）， 208

21、三组分平衡闪蒸中的关联式，石油化工，1993，（ 3 ）： 170

参考文献

22、多元平衡闪蒸计算的新方法，石油化工， 1988， 17（ 4 ）： 217

23、杜英生 , 李鑫钢 , 赵汝文 , 郑陵 , 余国琮 . 多组元多级绝热闪蒸过程的研究（Ⅲ） - 闪蒸过程的工业应用 . 化学工程 , 1994年 01期24、谷里鹏，谷雨 . 绝热闪蒸的快速计算和应用 . 化工机械 , 2004年 04期

参考文献

1 、相平衡关系可用几种方法来表达。 2 、就活度系数法计算汽液平衡常数的通式，分以下几种情况进行讨论： 1 ）汽相为理想气体，液相为理想溶液； 2 ）汽相为理想气体，液相为非理想溶液； 3 ）汽相为理想溶液，液相为理想溶液； 4 ）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液。

思考题

3 、什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？

4 、怎样判断混合物在 T ， P 下的相态，若为两相区其组成怎样计算？

5 、简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。

思考题

由正辛烷（ 1 ），乙苯（ 2 ）和 2-乙氧基乙醇（ 3 ）所组成的溶液，其组成为：

补充习题

试求总压为 760mmHg达到平衡时该溶液中各组分的活度系数。

已知： 760mmHg时有关各端值常数如下。

作业：第 2 、 6 、 11、 12、 13题，选作： 7 、 14

相平衡常数法

相对挥发度法

状态方程法状态方程法

活度系数法活度系数法

相平衡关系表达方法

相平衡关系法

小结

学习本章要熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；掌握汽液相平衡关系常用的两种形式；会用相平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求算活度系数和逸度系数；泡点和露点计算学生要会查阅 P-T-K列线图，求算烃类物质的 K 值，了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。了解等温闪蒸和部分冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。

本章小结

重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。 难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的泡点温度和泡点压力、露点温度和露点压力的计算。等温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。

第 2 章 结束