化工原理2.3(闪蒸)
第二章 2.3 闪蒸
(0) T TB
TD TB
（2-61）
可采用Newton-Raphson法迭代 ：
(k1) (k ) f (k) f (k)
（2-62）
f
(
(k)
)
C i1
(Ki 1)2
[1 (k) (Ki
zi 1)]2
Iteration equation
Specified variables: F, TF, PF, z1, z2,……, zC, TV,PV Steps:
(1) Solve
C
f ( )
(Ki 1)zi 0
i1 1 (Ki 1)
(2) V F
(3)
xi
zi
1 (Ki
1)
(4)
yi
Ki xi
Ki zi
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？
下次上课时交上节内容总结露点温度计算已知p结束输出ty调整t结束输出tx调整t本节内容闪蒸及部分冷凝概念闪蒸设计变量及分类等温闪蒸和部分冷凝绝热闪蒸和部分冷凝一闪蒸及部分冷凝概念闪蒸是连续单级蒸馏过程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
化工原理蒸馏方式讲解
F
W
D
F
B
2个方程
F,xF
y
x
D, xD
W,XW 3个未知数
加热
A
XW
xF
xD
x或 y
二、简单蒸馏
（2）微分物料衡算式：
设某一时刻釜液量为L，kmol，组 成为x，与之平衡的汽相组成为y。
设经微分时间段d 后，蒸出的釜液 量为dL。在d 时间内对易挥发组分A 作物料衡算，（参考课本）有：
dW y
Wx
加热x
x
对理想物系 y
1 ( 1)x
ln F W
1 1
ln
x1 x2
ln
1 1
x2 x1
二、简单蒸馏
若平衡关系不符合上述公式，则； 1）若平衡曲线用曲线或表格表示时，用图解积分或数值 积分法； 2）若平衡曲线为直线y=mx+b时，则可得：
ln F 1 ln (m 1)x1 b W m 1 (m 1)x2 b
二、简单蒸馏
流程及特点：
特点： ①间歇、不稳定 ②分离程度不高
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏
t B
y2 WWx 21xx21
加热
WD, xD
x2
x1
x或y
A
yx2 yD1
二、简单蒸馏
2．物料衡算
(1)宏观物料衡算：
F W D
Fx F
Wx w
Dx D
杠杆原理：
t W x x D x x
饱和液相
x0 t0 L
y V t
y y0
B
t-y
T0
t t-x
t0
x
y0 x0 y
B
接触级
化工原理23闪蒸
0.405。
④ 计算汽、液相产量V和L： V=eF=202.5kmol/h，L=(1-e)F=297.5kmol/h
⑤ 计算汽、液相组成y和x：(2-97)和(2-98)
成分 汽相组成yi 液相组成xi 乙烷(1) 0.1512 0.0315 丙烷(2) 0.3105 0.1584 丁烷(3) 0.4613 0.5768 戊烷(4) 0.0770 0.2333
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
精品课件！
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作业
P52
12,
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宽沸程绝热闪蒸的计算框图 窄沸程绝热闪蒸的计算框图
ChemCAD模拟闪蒸过程
ChemCAD的Flash单元是一个用来模拟各 种闪蒸过程的模块。提供有绝热、等温、 等熵等操作模式。
绝热闪蒸 闪蒸进料组成为摩尔分数：甲烷20%，正 戊烷45%，正己烷35%；进料流率为 1500kmol/h，进料温度为42℃，液体进料。 闪蒸罐的操作压力为206.84kPa，求闪蒸温 度、气相分率、汽液相组成和流率。
可见两者都大于1，说明料液的泡点Tb<82.5℃，露点Td>82.5 ℃，因 此在给定温度和压力下，料液将分成汽、液两相。
③ 迭代计算料液的汽化率e：
先设定一个e值，代入式(2-99)和(2-101)分别计算出G和G’。
若G偏离0，用式(2-100)迭代修正e。 本例取e的初值为0.1，迭代到e=0.405时，G接近0，故汽化率为
① 从图2-3(b)查得：
K1=4.80，K2=1.96，K3=0.80，K4=0.33
② 验证料液的泡点和露点： 泡点验证：
K z
等温闪蒸和部分冷凝过程(课堂PPT)
该两方程均能用于求 解气相分率，它们是 C级多项式，当C>3时 可用数值法求根，但 收敛性不佳。
i c11K (iK zii 1)1.0......2 . (.7 ..)0
式（2-70）减去（2-69）得到更通用的闪蒸方程式：
f()i c11 (K i( K 1 i) zi1 )0.......2 .. .(7 .).1 .
气体进料在分凝器中部分冷凝， 进闪蒸罐进行相分离，得到难
挥发组分较多的液体。
2020/8/8
3
第 二 章
（2）闪蒸计算的类型
2.3 闪蒸过程的计算
闪蒸计算： 已知 F，Zi，PF，TF，HF→V，L，yi，xi，T或Q
闪蒸计算类型：
规定变量
闪蒸形式 输出变量
1 P,T
等温
Q,V, yi, L, xi
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第 二 章
2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程
（1）闪蒸方程
2.3 闪蒸过程的计算
F i L z i V x ix i.K ...i .. . 1 .,2 , .. .c ...
xi L FV iziK ........i. .1 .,2 .,. .c
LFV
x iF V F iV zi.K .....i .1 .,2 ., .c ......2 . 6 ( ..)6 ..
2.3 闪蒸过程的计算
1）等温闪蒸过程计算步骤
①确定 —由闪蒸方程式（2-71）计算
②③计计算算xVi，，yLi
④计算HL, HV
c
H V yiH V(iT,P)........2 .. .(.7.)4
—理想溶液
ic 1
HL xiHL(iT,P)........2 .. .(.7.)5
化工原理习题第231
第2311．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。
苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为24.22035.1206032.6lg *A +-=t p 58.21994.1343078.6lg *B +-=t p式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。
苯—甲苯混合液可视为理想溶液。
（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa 对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃） 解：本题需试差计算（1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则191.224.2206.9435.1206032.6lg *A =+-=p 得 37.155*A =p kPa同理80.158.2196.9494.1343078.6lg *B =+-=p 15.63*B =p kPa4.03996.015.6337.15515.63100A ≈=--=x或 ()k P a04.100kPa 15.636.037.1554.0=⨯+⨯＝总p 则 46.215.6337.155*B*A ===p p α6212.04.046.114.046.2)1(1=⨯+⨯=-+=xxy αα（2）总压为p 总＝10 kPa通过试差，泡点为31.5℃，*A p =17.02kPa ，*B p ＝5.313kPa203.3313.502.17==α681.04.0203.214.0203.3=⨯+⨯=y随压力降低，α增大，气相组成提高。
3．在100 kPa 压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。
原料液处理量为100 kmol ，汽化率为0.44。
操作范围内的平衡关系可表示为549.046.0+=x y 。
试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。
解：（1）平衡蒸馏（闪蒸） 依题给条件56.044.01=-=q则 xx q x x q q y 273.125.1156.055.0156.056.011F -=---=---=由平衡方程 0.460.54y x =+ 联立两方程，得y = 0.735， x = 0.4045D F 0.440.44100n n ==⨯kmol = 44kmol%8.58%10055.0100735.044%100FF D =⨯⨯⨯=⨯=x n y n η（2）简单蒸馏44D =n kmol 56W =n kmolW0.55F W100d ln ln56x n x n y x==-⎰即0.5490.5410.5798l n0.540.5490.540.55W x -=-⨯解得 x W = 0.3785()()7683.03785.055.0445655.0W F DW F =-+=-+=x x n n x y%46.61%10055.01007683.044A =⨯⨯⨯=η简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）4．在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h 。
化工原理下册答案
化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为 kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa 气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。
气膜吸收系数k G =×10-6kmol/(m 2skPa)，液膜吸收系数k L =×10-4m/s 。
假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝ kmol/(m 3kPa)。
（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。
解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2skPa)以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程
f()i c11 (K i( K 1 i) zi1 )0.......2 .. .(7 .).1 .
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第
二 章
例2-8
2.3 闪蒸过程的计算
因f (0.1)＞0，应增大Ψ值。因为每一项的分母中仅有一 项变化，所以可以写出仅含未知数Ψ的一个方程。
f()1 1 .6 8 1 0 1 .1 .4 4 1 0 0 ..0 2 3 1 0 0 .3 .7 15
2.3 闪蒸过程的计算
核实闪蒸问题是否成立
T
Tb < T < Td ➢假设闪蒸温度为进料组成的泡点温度
Kizi 1
过冷液 体
Td
P
Tb T--X
➢假设K闪izi蒸温1 度为进T料B 组T 成的露点温度
Xi, Yi
闪蒸问
TB T题TD
zi /Ki 1 zi /Ki 1
T D 过 T热蒸 汽
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2 P,Q=0
绝热
T,V, yi, L, xi
3 P,Q≠0
非绝热 T,V, yi, L, xi
4 P,L（或ψ）
部分冷凝 Q,T,V, yi, xi
5 P（或T）,V（或ψ ） 部分汽化 Q,T（或P）,yi, L, xi
求2C+3变量
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第 二 章
（3）计算方程
1) 物料衡算式
对每一组分i列出物料衡算式 ：
计算R-R方程导数的公式为：
迭代方程 (k 1)(k)d( ff( (k)()k/))d..........2 .. ..7 ...)2 (
导数方程
d(f(k)) c
(K i1)2zi ....(2 . .7 ..)3 ..
多级闪蒸原理及过程
多级闪蒸原理及过程多级闪蒸是多级闪急蒸馏法的简称.多级闪蒸过程的原理如下:将原料水加热到一定温度后引入闪蒸室,由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下,故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化,从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水.多级闪蒸就是以此原理为基础，使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直到基温度接近（但高于）原水温度。
石家庄博特环保张工181****0367制药工业污染防治技术政策中关于高盐废水处理及蒸发的内容清洁生产第三条：鼓励采用动态提取、微波提取、超声提取、双水相萃取、超临界萃取、液膜法、膜分离、大孔树脂吸附、多效浓缩、真空带式干燥、微波干燥、喷雾干燥等提取、分离、纯化、浓缩和干燥技术.清洁生产第七条：鼓励回收利用废水中有用物质、采用膜分离或多效蒸发等技术回收生产中使用的铵盐等盐类物质,减少废水中的氨氮及硫酸盐等盐类物质。
水污染防治第四条：高含盐废水宜进行除盐处理后，再进入污水处理系统。
MVR蒸发器、TVR蒸发器特点在传统的蒸发器中，产生的蒸汽被冷凝，这意味着其内能有很大程度的损失.相比之下,机械蒸汽再压缩可将蒸汽压缩到较高压力，因而内能得以提高，从而实现这股能量的持续循环。
机械蒸汽再压缩降低了一次能源的消耗，所以也降低了环境负载。
目前它主要的应用领域是食品和饮料工业（牛奶、乳清、糖溶液的蒸发）、化学工业（水溶液的蒸发）、制盐工业(盐溶液的蒸发）、环保技术（废水的浓缩）等。
无论怎样,是否应该安装蒸汽压缩系统都必须在效率研究的基础上做决定。
TVR热力蒸汽再压缩热力蒸汽再压缩时，根据热泵原理，来自沸腾室的蒸汽被压缩到加热室的较高压力;即能量被加到蒸汽上。
由于与加热室压力相对应的饱和蒸汽温度更高,使得蒸汽能够再用于加热.为此采用蒸汽喷射压缩器。
它们是根据喷射泵原理来操作,没有活动件,设计简单而有效,并能确保最高的工作可靠性.使用一台热力蒸汽压缩器与增加一效蒸发器具有相同的节省蒸汽节能效果.热力蒸汽压缩器的操作需要一定数量的新蒸汽,即所谓的动力蒸汽。
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① 从图2-3(b)查得：
K1=4.80，K2=1.96，K3=0.80，K4=0.33
② 验证料液的泡点和露点： 泡点验证：
K z
i 1
4
i i
4.8 0.08 1.96 0.22 0.8 0.53 0.33 0.17 1.295
露点验证：
i 1
4
zi 0.08 0.22 0.53 0.17 1.307 Ki 4.8 1.96 0.8 0.33
例题 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：
z1 0.08
z 2 0.22
z3 0.53
z 4 0.17
试计算汽、液相产品的流率和组成。
可见两者都大于1，说明料液的泡点Tb<82.5℃，露点Td>82.5 ℃，因 此在给定温度和压力下，料液将分成汽、液两相。
③ 迭代计算料液的汽化率e：
先设定一个e值，代入式(2-99)和(2-101)分别计算出G和G’。
若G偏离0，用式(2-100)迭代修正e。 本例取e的初值为0.1，迭代到e=0.405时，G接近0，故汽化率为
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
例2.ChemCAD模拟闪蒸过程
作业
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Review
泡点和露点的计算 1.平衡常数与组成无关 试差法 相对挥发度法 2.平衡常数与组成有关 程 闪蒸过程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难挥发组分 较多的液体，且汽液两相处于平衡状态。
闪蒸过程仅对相对挥发度相差比较大的组 分分离有效。
汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算
(a) Ψ 和 x 、y 分层迭代 (b) Ψ 和 x 、 y 同时迭代
绝热闪蒸过程
• 绝热闪蒸：已知流率、组成、压力和温度 (或焓)的液体进料节流膨胀到较低压力产生 部分汽化。 • 绝热闪蒸计算：确定闪蒸温度和汽液相组 成和流率。 • 计算方程：物料衡算、相平衡关系、热量 衡算、 摩尔分率加和方程。
0.405。
④ 计算汽、液相产量V和L： V=eF=202.5kmol/h，L=(1-e)F=297.5kmol/h
⑤ 计算汽、液相组成y和x：(2-97)和(2-98)
成分 汽相组成yi 液相组成xi 乙烷(1) 0.1512 0.0315 丙烷(2) 0.3105 0.1584 丁烷(3) 0.4613 0.5768 戊烷(4) 0.0770 0.2333
宽沸程绝热闪蒸的计算框图 窄沸程绝热闪蒸的计算框图
ChemCAD模拟闪蒸过程
ChemCAD的Flash单元是一个用来模拟各 种闪蒸过程的模块。提供有绝热、等温、 等熵等操作模式。
绝热闪蒸 闪蒸进料组成为摩尔分数：甲烷20%，正 戊烷45%，正己烷35%；进料流率为 1500kmol/h，进料温度为42℃，液体进料。 闪蒸罐的操作压力为206.84kPa，求闪蒸温 度、气相分率、汽液相组成和流率。