《化工热力学》过程论文
题目：气液平衡的计算方法系别：化学材料与工程系班级：13级化工卓越班
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学号：1303022014
教师：
日期：2016-1-12
气液平衡的计算方法
摘要本文综合分析了多组分相平衡理论特点，主要介绍了利用Peng Robinson ( PR) 立方型状态方程进行氧、氮、氩系统气液平衡计算的方法(泡点、露点和闪蒸计算)，对该计算方法的准确性进行分析和验证。
关键词立方型状态方程；气液平衡计算；泡点；露点；闪蒸
目录
1 前言 .................................................................................................................... - 3 -
2 状态方程的选择 ................................................................................................ - 4 -
3 混合规则 ............................................................................................................ - 5 -
4 气液平衡的计算 ................................................................................................ - 6 -
4.1 泡点计算[3] ............................................................................................. - 6 -
4.2 露点计算[3] ............................................................................................. - 7 -
4.3 等温闪蒸的计算 ..................................................................................... - 8 -
5 结论 .................................................................................................................... - 8 -
6 参考文献 ............................................................................................................ - 9 -
1前言
精馏计算是空分流程计算的关键环节，而气液平衡计算又是精馏计算中最基础的，其精确与否直接影响到流程计算的准确性。
精馏计算一般分为两类[ 1]：设计型算法和校核型算法。
前者是指逐板计算法，根据工艺要求计算理论塔板数，试算出进出料口位置；后者包括三角矩阵法、超松弛迭代法等，由已知的塔板数和进出料口位置，计算每块塔板上气液相组成、温度、压力及流率，反映精馏塔内各点参数以及变工况时参数变化。
随着计算机技术的飞速发展，已开发出数十种化工流程模拟软件，国际上比较著名的有Aspen Plus、HYSYS 流程模拟软件。
以Peng Robinson (PR)或Soave Redlich Kwong ( SRK) 状态方程为基础求解物质的焓、熵、逸度系数、Gibbs自由能和体积等热力学数值和物质的迁移性质，但目前具体介绍计算过程的文献比较少，笔者将对此做详细的叙述。
2状态方程的选择
状态方程的选择是系统物性预测计算准确的关键，目前常用的状态方程有立方
型、多参数型和理论型，SRK方程和PR方程都属于立方型状态方程，用于烃类混合物气液平衡计算都具有较高的精度，但各有特点。
在计算含氮体系泡点时, 利用SRK方程要比PR方程的精度高，而当计算含氮体系平衡气相组成时，利用PR方程比SRK方程的精度高
[ 2]。
PR方程的形式为：
式中：p为压力，Pa；V为摩尔体积，m3 /mol；T为温度，K；R为通用气体常数，J/ (mol/K) ；Tr为对比温度；Pr为对比压力；w为偏正因子；a为相对挥发度;
a、b、A、B、m 为方程参数; z 为压缩Vc 为临界体积，m3；状态方程的常数是带单位的，计算时要注意单位的统一。
计算方程常数时所用的Pc 、Vc 、Tc的单位应与状态变量p 、V、T 保持一致，而且所用的单位还决定了通用气体常数的取值。
3混合规则
人们总是首先对纯物质研究来获得状态方程，这些含有特征参数的能用于纯物质P、V、T或其他热力学计算。
研究混合物的性质时，通常将混合物看成一个虚拟的纯物质，并具有虚拟的特征参数，用这些虚拟的特征参数代入纯物质状态方程中，就可以得到混合物的性质。
4气液平衡的计算
4.1泡点计算[3]
在一定压力(或温度)下，已知液相的组成,，确定泡点温度(或压力)和与液相成平衡的组成。
等压泡点计算程序模块框图如图1所示
4.2露点计算[3]
在一定压力(或温度)下，已知液相的组成，确定露点温度(或压力)和与液相成平衡的组成，露点计算程序模块框图如图2所
4.3等温闪蒸的计算
给定料液的量和组成，计算在指定压力和温度条件下闪蒸得到的气相量和组成以及余下的液相量和组成。
5结论
利用Peng Robinson (PR)立方型状态方程对氧、氮、氩三元系统进行气液平衡计算(泡点、露点及闪蒸计算)，可以看出预测的数据与实际运行工况基本吻合。
6参考文献
[1]张延平.空分精馏过程的计算机模拟[ D].北京:北京科技大学.1999.
[2]朱洪波，公茂琼，张宇等.两种立方型状态方程相平衡推算中相互作用系数的研究进展[ J] .低温工程，2005 ( 5) : 7 12.
[3]陈钟秀，顾飞燕，胡望明等.化工热力学.化学工业出版社.。