由于已知闪蒸温度和压力
闪蒸罐的原理及异常处理
闪蒸罐的原理及异常处理闪蒸罐是一种用于进行爆炸性物质处理的设备。
它采用了闪蒸技术，通过将液体喷入低压环境中，快速蒸发产生闪蒸汽体，以此来加热、分离和处理物质。
它的主要原理是利用液体在低压环境下的快速蒸发，使液体迅速变成气体，产生的巨大体积膨胀和瞬时运动，达到处理物质的目的。
闪蒸罐主要包括加热系统、容器、喷嘴和控制系统等。
闪蒸罐的工作原理如下：首先，通过加热系统将液体加热到蒸发温度，并将其注入闪蒸罐中。
然后，通过控制系统调节罐内的压力，使其保持在一个较低的值，一般为大气压以下。
在这样的低压环境下，液体迅速蒸发，产生巨大的体积膨胀和瞬时运动，从而达到分离和处理物质的效果。
最后，通过喷嘴将产生的闪蒸汽体排出系统，进行后续处理。
闪蒸罐的异常处理主要包括以下几个方面：1. 压力异常处理：当闪蒸罐内部的压力异常升高时，应及时采取措施降低罐内压力，以防止爆炸事故的发生。
可以通过调节闪蒸罐控制系统中的压力控制装置，或者通过增加闪蒸罐泄漏装置的排放量来实现压力的调节。
2. 温度异常处理：闪蒸罐加热系统中的温度异常升高会导致操作不稳定甚至起火。
因此，在使用闪蒸罐过程中，必须严格控制加热系统的温度，以保证系统稳定运行。
一旦发现温度异常升高，应立即停止加热，并检查是否存在设备故障，如热交换器堵塞、加热元件短路等，及时排除故障。
3. 液体泄漏处理：当闪蒸罐发生液体泄漏时，首先要切断液体供给，以避免泄漏的液体进一步扩散和造成更严重的后果。
同时，要启动闪蒸罐的泄漏控制装置，及时将泄漏的液体排出系统，并确保闪蒸罐周围的环境安全。
4. 爆炸事故处理：在极端情况下，闪蒸罐可能发生爆炸事故，造成严重的人员伤亡和财产损失。
在处理此类事故时，首先应立即报警，并采取紧急撤离措施，确保人员的生命安全。
同时，要切断闪蒸罐与其他设备的联系，防止事故扩大蔓延，并通知相关专业人员进行事故处理和调查。
总之，闪蒸罐通过闪蒸技术实现快速蒸发和分离物质，具有高效、安全的优点。
天然气液化流程中的闪蒸计算
N
E
N
∑y [ ( Λ )
i i i= 1
-
( Λi ) 0 ]
( 3)
式中 E =
∑Ε
i= 1 i
y i ——组分 i 在相
中的摩尔分数
Λi —— i 组分的化学势 如果对相 所有可能的组成 ∃G 均≥0, 则表明 仅有一相存在。 化学势 Λi 可表示为: Λi = Λ0 i + R T ln f i = 0 ( 4) Λi + R T ( ln z i + ln 5 i + ln P ) 0 式中 Λi ——标准态逸度 5 ——逸度系数 则可得混合物为单相的判断条件为:
Y i 可视为 i 组分的摩尔数, 那么相应的摩尔分数应
∑ (y
i= 1
i
- x i) =
∑z
i= 1
i
( K i - 1) ( 11)
1 + Β ( K i - 1)
式中 x i ——液相的摩尔分数 y i ——气相的摩尔分数
z i ——总混合物的摩尔分数
Β——气化率 L 5 i ——组分 i 液相逸度系数
∑Y 。迭代求解式 ( 7) , 可得函数 F (y ) 稳 定点的解。 当稳定点 L ≥ 0, 即对应于∑Y ≤ 1
闪蒸过程的计算
第三节 闪蒸过程的计算2.3 等温闪蒸和部分冷凝过程流程示意图：闪蒸过程的计算方程（MESH ） ⑴物料衡算----M 方程： C 个⑵相平衡--------E 方程： C 个⑶摩尔分率加和式---S 方程： 2个⑷热量平衡式-------H 方程： 1个变量数：3C+8个 (F, F T ,F P ,T,P,V ,L,Q,i i i x y z ,,)方程总数：2C+3个 需规定变量数：C+5个其中进料变量数：C+3个（F, F T ,F P ,i z ）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：11=∑=Ci ix11=∑=Ci iy,...C,i Vy Lx Fz i i i 21 =+=Ci x K y i i i ,...2,1 ==LV F LH VH Q FH +=+表2-4闪蒸计算类型2.3.1 等温闪蒸规定：p 、T计算：Q, V , L,i i x y ,一、汽液平衡常数与组成无关 ()P T f K i ,=已知闪蒸温度和压力，i K 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： 1. 输出变量求解将E---方程：代入M —方程： 消去i y ，得到： 将L=F-V 代入上式：汽化率代入（2-66）式，得到：Ci VK V F Fz x iii ,...2,1 =+-=(2-66))1(1-+=i ii K z x ψ（2-67） Ci x K y i i i ,...2,1 ==,...C ,i Vy Lx Fz i i i 21 =+=C i x VK Lx Fz i i i i ,...2,1 =+=FV /=ψ将（2-67）和（2-68）式代入S---方程，得到：两式相减，得：0)1(1)1()(=-+-=∑i ii K z K f ψψ--------------------------闪蒸方程0)1(1)1()(=-+-=∑i ii K z K f ψψ （2-71）)1(1-+=i ii K z x ψ i i i x K y = F=V+L L V F LH VH Q FH +=+通过闪蒸方程（2-71）求出汽化率ψ后，由（2-67）和（2-68）式可分别求出i i y x 和，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ψ的迭代： 设ψ初值，计算:)(ψf可采用Newton-Raphson 法迭代ψ：（2-68）)1(1-+==i ii i i i K z K x K y ψ1)1(11=-+∑=Ci i iK z ψ（2-69）（2-70）1)1(11=-+∑=Ci i ii K z K ψ0)1(1)1()(1=-+-=∑=Ci i ii K z K f ψψ（2-71）2. Q 的计算L V F LH VH Q FH +=+Q-----吸热为正，移热为负H-----混合物的摩尔焓对于理想混合：3. 判断闪蒸过程是否可行的方法 方法一：已知T 、P对i Z 进行泡点计算：∑==-=Ci i i B Z K T f 101)( 试差泡点B T对i Z 进行露点计算：∑=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-=Ci i i D K Z T f 101)( 试差露点D T 判断：若D B T T T 闪蒸问题成立方法二：对i Z 在T 、P 下进行露点计算：对i Z 在T 、P 下进行泡点计算：—i Ci P T Li iL Ci P T Vi iV H Hx H Hy H ∑∑====1),(1),(纯组分摩尔焓判断：若 同时成立，闪蒸问题有解闪蒸过程计算框图：开始打印 BD BT T T T --=ψ输入T,P,F,Z ()()∑-+-=)1(11i i i k k Z f ψψ计算计算泡点B T []打印，结束−→−<YF εψ)(计算露点D T []22)1(1)1()('-+-∑-=i i i k k Z f ψψ)(')(1ψψψψf f k k -=+汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算 对i i y x ,,ψ分层迭代：开始给定F,Z,P,T估计初值x,y ψ计算()i i i i y x P T k K ,,,=),(p T F k i =打印过冷液体−→−>YB T T 过热蒸汽−→−<YD T T 由（2-67），（2-68）计算x,y 归一化i i y x ,比较：估计和归一化值 比较：k k ψψ和)1(+如果不直接迭代，重新估计x,y 值 由Rachford-Rice 方程迭代()1+k ψ思考题1、相平衡关系可用几种方法来表达。
闪蒸阀工作原理
闪蒸阀工作原理
闪蒸阀是一种用于控制流体压力和流量的自动控制阀，它在石油、化工、食品、制药、纺织等工业领域中有着广泛的应用。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1.压力降低：当高压流体通过闪蒸阀时，流体从高压
区流向低压区，其压力迅速降低。
此时，流体中的
一部分会由液态迅速转变为气态，产生闪蒸现象。
2.流量控制：闪蒸阀的开度可以通过外部控制系统进
行调节，从而实现对流体流量的精确控制。
阀门开
度越大，流过阀门的流体流量越大；阀门开度越
小，流量越小。
3.温度控制：由于流体在经过闪蒸阀时会发生压力降
低和相变，其温度也会发生变化。
通过调节闪蒸阀
的开度，可以间接地对流体的温度进行控制。
4.自动调节：闪蒸阀通常与控制器和传感器配套使
用，形成一个闭环控制系统。
当流体的压力、流量
或温度发生变化时，传感器会将这些变化信息传送
到控制器，控制器根据预设的控制策略对闪蒸阀进
行调节，以保持流体的压力、流量或温度在设定的
范围内。
通过上述机制，闪蒸阀能够实现对流体的压力、流量和温度的精确控制，确保工艺流程的稳定运行，提高产品质量和生产效率。
期末复习题答案——化工系统工程
课程编号：中国石油大学（北京）远程教育学院《化工系统工程》复习题一、选择题1)过程是对原料进行某些物理或化学变换，使其性质发生预期变化，以下哪个不属于过程的范畴A.烃类分离,B.烃类裂解,C.不锈钢棒加工成螺栓,D.海水晒盐,E.颗粒筛选2)化学工程是过程系统工程的A.研究工具,B.服务和研究对象,C.优化手段,D.实施方法,E.重要构成3)由乙醇-水组成的混合物，可用以下哪种方程来预测其汽液性质A.PR,B.SRK,C.SHBWR,D.NRTL,E.CS4)在一个绝热封闭体系中，投入了5种化合物，在其中发生了3个化学反应，产生了2种新化合物。
当系统稳定下来后，生成了2个液相层、1个固相，其自由度是多少？A.9,B.11,C.7,D.10,E.85)某车间有5股流量固定的物料同时进入一个保温良好的密闭容器中，容器底部有一台泵将混合物料输送到其它车间。
如果要维持容器内液面稳定，该泵有哪些参数可自由调节？A.出口压力,B.出口流量,C.泵输入功率,D.什么都不能自由调整E.出口温度,6)一股有8个组分的物流，被分割成5股，可写出的独立物料平衡方程数量是几个？A.4,B.5,C.6,D.7,E.87)液相混合物中有5mol/h的A与10mol/h的B，温度为40℃，压力为1MPa。
进入反应器后发生液相化学反应生成产物C，要控制产物C的收率，你能调节哪些变量？A.反应温度,B.反应压力,C.出口物料冷却温度,D.什么都控制不了,E.有多个可控参数8)一股有8个组分的物流，其自由度等于A.8,B.9,C.10,D.11,E.无法确定9)一股有8个组分的物流，进入闪蒸罐进行闪蒸分离。
其温度、压力和组成均已知，闪蒸罐自由的自由变量是多少？A.2,B.4,C.8,D.10,E.1410)某车间有一常规精馏塔，进料有8个组分。
当原料条件一定时，在日常生产中能够用来控制产物质量的变量有几个？A.2,B.3,C.15,D.5,E.1011)一块无进料、无侧线抽出、无外取热的平衡级单元，已知气液相进料条件，其自由度是多少？A.1,B.2,C.3,D.4,E. 512)从平衡级分离过程的角度来看，闪蒸分离相当于几块理论板A.1,B.2,C.3,D.4,E. 513)用公式法分析单元自由度时，下面哪个单元不适用A.分割器,B.两相闪蒸,C.3相闪蒸,D.精馏塔,E.再沸精馏塔14)在进行闪蒸计算前，必须先确认体系处于两相区。
船运LNG危险性分析及LNG热物性方程
0 引言液化天然气（LNG ）是一种液态流体，主要由甲烷组成，含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮等，是通过制冷和液化等技术，将天然气冷却成常压下温度-163℃左右的液态，体积约为同压下气态的1/625[1]。
船运天热气采取液态形式，可极大地提高天然气的存储和运输量，降低船舶营运成本。
船运LNG 是未来的重要发展方向，但超低温LNG 在装卸和储运时，存在很大的危险性，全面准确地认识船运LNG 的危险性，确保LNG 装卸和储运的安全成为相当紧迫的问题。
1 船运LNG 的危险性分析船运LNG 的危险性主要体现在泄漏引起的火灾和快速相变、超低温对船舶设备的脆性破坏及人员的冻伤、LNG 蒸汽聚集引起人员的窒息及LNG 在储罐内存在的危险等方面（比如LNG 翻滚、自由液面晃荡）。
1.1 泄漏引发火灾危险泄漏的LNG 引起的主要危险是火灾，LNG 一旦从储罐、卸料臂、管道或其它设备泄漏出来，吸热后气化与周围空气混合成蒸气雾，呈白烟状，受热稀释后形成可燃性气云。
如果可燃蒸气云的任何一处达到可燃浓度并被点燃时，将发生闪火燃烧。
闪火的总辐射量通常较低，基本不会复燃或烧伤燃烧区域外的人；但其形成的包笼火有较大的危险。
池火是研究泄漏引发火灾危险性的主要方面，其燃烧相对猛烈，火焰具有很大的危险性，且池火的热辐射较强，可引起周围温度的升高，使燃烧加剧，严重时可引起更大的泄漏甚至爆炸。
喷射火一般装置压力释放时，具有较大的危险性。
其后果与泄露孔径相关，泄露孔径较大，后果相对严重，可能导致人船运LNG 危险性分析及LNG 热物性方程孙树海（中海油能源发展股份有限公司销售服务分公司，天津 300457）摘 要 ：大型液化天然气船在装卸和储运天然气的过程中，具有极大的危险性，因此系统分析船运LNG 危险性具有现实意义。
深入研究船运LNG 危险性所需的热物性数据很少，为了更加安全地管理LNG ，选择合适的方程对LNG 物性参数进行计算很有必要。
冷却水闪蒸的过程及原理
冷却水闪蒸的过程及原理冷却水闪蒸是指在高温条件下的液体水突然蒸发成气体的过程。
这个过程是由于液体水在一定的压力下加热到一定温度时，水中的分子能量增大，分子活动剧烈，有些水分子能够克服表面张力和压力之间的力，从液态蒸发成气体。
下面，我将详细讨论冷却水闪蒸的原理、过程和相关应用。
首先，冷却水闪蒸的原理是基于饱和蒸汽压力和液体水的关系。
饱和蒸汽压力是指在一定温度下，液体和气体之间达到平衡时的压力。
当液体水的温度和压力超过饱和蒸汽压力时，液体中的部分分子能够变为气体，从而闪蒸发生。
饱和蒸汽压力与温度呈正相关关系，也就是说，随着温度的升高，饱和蒸汽压力也会增加。
接下来，我将介绍冷却水闪蒸的过程。
首先，在低温低压条件下，水分子之间具有较强的相互作用力，水以液态存在。
当温度和/或压力增加到一定程度时，液体水的分子能量增大，分子活动剧烈，有些水分子能够克服表面张力和压力之间的力，从液态蒸发成气态。
这些突然蒸发的水分子形成了所谓的闪蒸。
闪蒸过程中，水分子从液态状态转变为气态状态有多种途径。
一方面，液体水中含有不稳定气泡，当压力下降时，这些气泡会突然膨胀并迅速蒸发，导致大量的闪蒸现象发生。
另一方面，温度升高会增加水分子的热能，使得水分子具有足够的动能脱离液面，并从液态变为气态。
在冷却系统中，闪蒸通常会发生在冷却水进入热表面的地方。
当冷却水进入热表面，表面温度高于冷却水的饱和温度，冷却水的温度和压力都会增加，从而达到闪蒸的条件。
这时，闪蒸现象会带走大量的热量，并产生气泡和蒸汽。
这种闪蒸现象能够有效地降低热表面的温度，提高冷却效果。
冷却水闪蒸在许多工程和科学领域都有广泛应用。
例如，汽车发动机冷却系统中的冷却水闪蒸可以提高散热效果，防止发动机过热。
火电厂中的冷却塔利用冷却水闪蒸来降低煤烟排放的温度。
此外，冷却水闪蒸还可以用于热交换器、空调系统和化学工艺等领域，以提高热量的传递效率和降低温度。
综上所述，冷却水闪蒸是指在高温条件下，液体水突然蒸发成气体的过程。
闪蒸现象的原理
闪蒸现象：闪蒸就是高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。
形成原因：当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。
再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。
水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或者叫饱和水显热。
在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。
然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。
压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。
压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。
实际情况：闪蒸在管道系统中出现，容易对阀门产生汽蚀损坏，可以选择反汽蚀高压阀，其特点是多次节流分摊压差，也可以选用耐汽蚀冲刷材料。
闪蒸也可以作为能源，被利用在热力发电厂中锅炉排水的回收和地热发电中。
调节阀气蚀与闪蒸控制作者：李红梅庞秀伟刘慧峰摘要：分析了气蚀和闪蒸给调节阀带来的影响和危害，介绍了有效防止气蚀与闪蒸破坏的阀门结构。
关键字：气蚀闪蒸饱和压力气蚀系数压力恢复系数1 概述气蚀和闪蒸是一种水力流动现象，这种现象既能引起调节阀流通能力Kv减小，又能产生噪声、振动及对材料的损害。
因此控制和降低调节阀受气蚀和闪蒸的影响是阀门设计时要考虑的问题之一。
2 气蚀和闪蒸气蚀和闪蒸产生的条件不同。
闪蒸是一种非常快速的转变过程，当流动液体的下游压力低于它的饱和压力时就会出现闪蒸，因此它是一种系统现象。
调节阀能够避免闪蒸的产生，除非系统条件改变。
而当阀门中液体的下游压力又升回来，且高于饱和压力时，就会产生气蚀现象。
在气蚀过程中饱和气泡不再存在，而是迅速爆破变回液态。
由于气泡的体积大多比相同形式的液体大。
所以说，气泡的爆破是从大体积向小体积的转变。
气蚀是一种从液态→饱和→液态的转变过程，它不同于闪蒸现象。
正确合理地设计调节阀能够避免气蚀的产生。
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相平衡常数（Phase equilibrium constant）
相平衡常数通式：
x Ki x
I i II i
对于汽液平衡：
yi Ki xi
2019/2/1 9
分离因子 （seperation factor）
表示特定分离过程可达到的分离程度，用以分析分离方法 的可行性
i j
xi1 / x j1 xi 2 / x j 2
（1）露点计算：在一定P（或T）下，已知yi，确 定Td（或Pd）和xi 3.等温闪蒸和绝热闪蒸计算： 给定物料的量与组成，计算在一定P和T下闪蒸得 到的气相量与组成，以及剩余的液相量与组成
2019/2/1 3
2.1相平衡基础
在化工生产中，常见的单元操作， 如精馏、吸收、萃取、结晶等都是有相 变化的平衡分离过程。研究和设计这些 过程的基础关系主要包括相平衡、物料 平衡和传递速率。 其中相平衡是用于阐述混合物分离 原理，计算传质推动力、能耗以及设备 尺寸等的重要基础。
2019/2/1
13
相平衡常数的计算
对 于 汽 液 平 衡
V L ˆ ˆ fi fi
V ˆ i V ˆ fi Pyi L ˆ fi Pxi
V L ˆ ˆ y P x P i i i i
L ˆ i
状态方程法的关键 选择一个既适用于气相，又适用 于液相的状态方程
L ˆ yi i Ki V ˆ xi i
第二章单级平衡过程
2019/2/12
1
第二章单级平衡过程
教学内容
第一节 相平衡
第二节 多组分物系的泡点和露点计算
第三节 闪蒸过程的计算
பைடு நூலகம்
2019/2/12
2
知识点
1 相平衡常数计算： 状态方程法、活度系数法 2 泡点、露点计算 （1）泡点计算：在一定P（或T）下，已知xi，确 定Tb（或Pb）和yi
2019/2/12
15
(一)状态方程法
L ˆ yi i Ki V ˆ xi i
以V、T为独立变量的状态方程表达式
P 1 RT ˆ ( )T ,V ,n j ( ln V )dV ln Z i RT ni m V t t
以P、T为独立变量的状态方程表达式
11
分离因子
对于液液体系 相对选择性
K Di i j K Dj
分离因子与1的偏离程度表示组分之间分离的难 易程度 （分离因子接近于1或等于1的物系主要有：同 位素、异构体、共沸物或近沸物）
2019/2/1 12
K值的求法
Ki f (T , P , x, y)
通过实验确定相平衡常数 图解法或数值方法确定相平衡常数
（3）半经验半理论型方程
方程参数大多有相应物理意义，但参数数值需通 过实验数据拟合确定，不能从理论推算。 沃尔型方程（Wohl）
2019/2/1 4
2.1相平衡基础
教学重点 多组分物系的相平衡条件 相平衡常数的计算方法特别是活度系数 法
难点 多组分非理想物系的相平衡常数的计算
2019/2/12
5
2.1 相平衡
2.1.1相平衡条件
2.1.2 相平衡常数的计算
2019/2/12
6
2.1相平衡
相平衡：由混合物或溶液形成若干相，这些相 保持物理 平衡而共存状态。 热力学上看—物系的自由焓最小 动力学上看—相间表观传递速率为零
优点：避免了活度系数基准态的确定 缺点：对状态方程要求较高，很多物系难易找到合 适的状态方程
2019/2/1
17
(一)状态方程法
2019/2/1
18
（二）活度系数法
对汽相
V V ˆ ˆ fi i yi P
对液相
L OL ˆ fi i xi fi
yi i fi Ki V ˆ P xi i
式中 i，j代表组分，1,2代表互成平衡的两相
2019/2/1
10
分离因子
对于汽液平衡
Ki i j xi / x j K j
yi / y j
在精馏中，分离因子又称相对挥发度。相对于汽液平 衡常数而言，相对挥发度对温度和压力的变化不敏感， 可近似看做常数，在许多场合下可使计算简化
2019/2/1
OL
需要分别计算液相活度系数、汽相逸度系数和基准态逸度。
2019/2/1
19
1 液相活度系数Ƴi
活度系数Ƴi由过剩自由焓GE推导得出
G f ( i ) ( ni RT ln i )
E i 1
c
G ( )T , P ,n j 1 RT ln i ni
E
如有适当的GE的数学模型，则可求活度系数Ƴi的表达式 2019/2/1 20
1 P Vt RT ˆ ln 0 ( )T , P ,n j ( ) dP i RT ni P
所开发的状态方程以V和T作为独立变量的较多，应用更为普遍
2019/2/12 16
(一)状态方程法
关键在于选择合适的状态方程。对状态方程的选择不同 以及同一状态方程的混合规则不同，逸度系数的具体表达 式多种多样 较常用的状态方程: RK方程、RKS方程、PR方程、PRS方程、BWRS方程
活度系数方程
（1）理论型方程
根据严格的液体混合物理论导出，方程参数有 明确的物理意义，利用纯物质物性数据能够确 定参数的数值。 例如： Scatchard-Hildebrand方程 Flory-Hűggins 方程
（2）经验型方程
凭经验确定，方程参数无明确物理意义，参 数数值通常由实验数据拟合得到 2019/2/1 21
2019/2/12
7
2.1.1相平衡条件
相平衡条件
各相的温度、压力相等，每个组分逸度相等
T T T P P P ˆ f ˆ f ˆ f
汽液平衡条件：
T T
V
L
P P
V
2019/2/1
L
V L ˆ ˆ fi fi
状态方程法求K值
...ɸ-ɸapproach
2019/2/1
14
对 于 汽 液 平 衡
yi Ki xi
V L ˆ ˆ fi fi
L ˆ fi i OL xi fi V ˆ fi V ˆ i Pyi
yi i fi Ki V ˆ P xi i
OL
...ɸ-Ƴ approach 活度系数法求K值