1、氣液平衡基礎第1頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四利用AspenPlus完成精餾的設計與控制 1. fundamentals of vapor-liquid phase equilibrium(VLE)2. analysis of distillation columns3. setting up s steady-state simulation4. distillation economic optimization5. more complex distillation systems6. steady-state calculations for control s

2、tructure selection7. converting from steady state to dynamic simualtion9. reactive distillation第2頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四前言第3頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四前言化工工藝設計的步驟：概念設計初步設計詳細設計簡單粗略算法得到初步流程利用嚴格的模擬方法評估概念設計中的初步流程的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能給出設備的詳細規(guī)格，如塔板類型、進料管、回流管定徑、泵的規(guī)格、換熱器面積及閥規(guī)格等第4頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1. 氣液平衡基礎

3、1.1 蒸氣壓1.2 二元VLE相圖1.3 物性方法1.4 相對揮發(fā)度1.5 泡點計算1.6 三元圖1.7 VLE中的非理想性1.8 三元物系的殘余曲線1.9 小結第5頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.1 蒸氣壓 蒸氣壓是純化學組分的一種物理屬性。即某特定溫度下，當氣液兩相均存在時該純化學組分所具有的壓力。 蒸氣壓僅僅與溫度有關，而與組成無關，因為蒸氣壓是純組分的屬性。這種相關性很強，當溫度增長時，蒸氣壓呈指數式增長。圖1.1 苯、甲苯的蒸氣壓曲線溫度升高課堂練習： 完成圖1.1的繪制提示： 利用物性分析工具Tools/analysis/propert

4、y/pure 第6頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.2 二元VLE相圖課堂練習： 完成圖1.2，1.4，1.7，1.8的繪制T-x-y圖x-y曲線圖第7頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.2 二元VLE相圖相圖的讀解圖1.2 苯、甲苯T-xy圖飽和液體飽和氣體（0.375）（0.586）（353.0K）（384.7K）第8頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.2 二元VLE相圖相圖的讀解圖1.8 丙烯/丙烷的xy圖第9頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.

5、氣液平衡基礎 1.3 物性方法圖1.3 T-xy二元圖設置第10頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.3 物性方法對于精餾計算而言最重要的問題是選擇一種合適的物性方法以精確的描述所選化學組分的相平衡。 其中，最常用的物性方法為：Aspen中，物性方法可分為：理想物性方法狀態(tài)方程物性方法逸度系數物性方法專用系統(tǒng)物性方法Chao-Seader法van Laar法SRK法Peng-Rob 法Wilson 法Unifac 法NRTL法第11頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.3 物性方法第12頁，共34頁，2022年，5月2

6、0日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.4 相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度：兩種組分的y/x（氣相摩爾含量/液相摩爾含量）的比值組分L相對于組分H的相對揮發(fā)度可定義為：相對揮發(fā)度越大，分離越容易課堂練習： 利用Excel，完成圖1.9的繪制圖1.9 相對揮發(fā)度分別為1.3、2、5的xy曲線第13頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.4 相對揮發(fā)度二元體系中：為輕重組分的相對揮發(fā)度多元體系（NC種組分）中：假定組分1最輕，組分2次輕，如此直至最終的組分，標記為H。將組分j相對組分H的相對揮發(fā)度定義為 ，則：經過推導，最終可得：恒定，則該式可關聯(lián)氣液相組成不恒定，則

7、需泡點計算第14頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點泡點：液體混合物處于某壓力下開始沸騰的溫度，稱為混合物在這壓力下的 泡點溫度 露點：氣體混合物處于某壓力下開始凝結的溫度，稱為混合物在這壓力下的 露點溫度最常見的VLE 問題就是已知系統(tǒng)總壓P 和液相組成(即各個xj 的數值)，計算氣液相平衡時的溫度和氣相的組成yj；或者已知系統(tǒng)總壓P 和氣相組成(即各個yj 的數值)，計算氣液相平衡時的溫度和液相的組成xj第15頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點【例題】利用閃蒸單元操作，完成以下例題

8、物系：苯，甲苯，其中苯的摩爾分率為0.2P=106.7kPa下，求：1）溶液的泡點溫度及平衡氣相組成2）溶液的露點溫度及平衡液相組成第16頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四Aspen中的單元操作模型混合器/分流器（Mixers/Splitters）分離器(Separators)換熱器(Heat Exchangers)塔(Columns)反應器(Reactors)壓力變換器(Pressure Changers)操作器(Manipulators)固體(Solids)用戶模型(Users)概念設計(Conceptual Design)第17頁，共34頁，2022年，5月20日，8

9、點5分，星期四Aspen中的單元操作模型 - Separators第18頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點1）添加組分2）選擇熱力學模型（Peng-Rob）第19頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點3）繪制模擬流程圖（Separators/Flash2）第20頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點4）定義進料流股第21頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點5）定義單元操作第22頁，共

10、34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點6）運行模擬計算，查看結果第23頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.5 泡點 露點【例題】利用閃蒸單元操作，完成以下例題物系：苯，甲苯，其中苯的摩爾分率為0.2P=106.7kPa下，求：1）溶液的泡點溫度及平衡氣相組成2）溶液的露點溫度及平衡液相組成第24頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.6 三元圖C4C5C60101圖1.10 三元體系圖Feed composition： ZC4=0.2 ZC5=0.50.20.5第25頁，共

11、34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.6 三元圖C4C5C6圖1.11 三元混合規(guī)則D，xD,C5=0.05 xD,C60三元混合規(guī)則： 若兩股三元物流彼此混合，則混合物的組成（坐標為z1和z2）在以x1-x2表示的三元體系圖上，必然處于兩股物流對應坐標點的連線上。B, xB,C4=0.05 xB,C6=?組成平衡線FC4C5C660 psiaC4C5C6第26頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.7 VLE中的非理想性甲醇-水物系的非理想行為課堂練習：完成圖1.13的繪制第27頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分

12、，星期四1.氣液平衡基礎 1.7 VLE中的非理想性乙醇-水物系的非理想行為課堂練習：完成圖1.14的繪制6.75第28頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.7 VLE中的非理想性Aspen Split計算共沸混合物課堂練習：完成圖1.14的繪制第29頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.8 三元物系的殘余曲線殘余曲線： 假設容器中有一初始組成為的x1(0)和x2(0)三元混合物，維持系統(tǒng)壓力恒定，將氣相物流連續(xù)自容器中移除，容器中殘余液相的組成連續(xù)標于三元組成圖上，即得殘余曲線圖。固定相對揮發(fā)度： A=4 ；B=2 ；C=1初始組成： xA=0.5 ；xB=0.25 ；不同初始組成的軌跡圖，即體系的殘余曲線圖第30頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.8 三元物系的殘余曲線Aspen繪制三元體系殘余曲線 1）調用界面第31頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.8 三元物系的殘余曲線Aspen繪制三元體系殘余曲線 2）設置面板第32頁，共34頁，2022年，5月20日，8點5分，星期四1.氣液平衡基礎 1.8