闪蒸过程的计算-分离工程
分离工程考题(选择,填空)
重点：掌握分离过程的特征,分离因子和固有分离因子的区别,平衡分离和速率分离的原理.难点：用分离因子判断一个分离过程进行的难易程度,分离因子与级效率之间的关系。
•1、说明分离过程与分离工程的区别？•2、实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么？•3、怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度？•4、比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
•5、按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类？•6、分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型. 1、下列哪一个是机械分离过程（）（1）蒸馏(2）吸收（3）膜分离（4）离心分离2、下列哪一个是速率分离过程（）(1)蒸馏（2）吸附（3)膜分离（4)沉降3、下列哪一个是平衡分离过程（）（1）蒸馏（2)热扩散（3）膜分离（4）离心分离1、分离技术的特性表现为其（）、（)和（）.2、分离过程是（混合过程）的逆过程,因此需加入（)来达到分离目的。
3、分离过程分为（）和(）两大类4、分离剂可以是（）或()，有时也可两种同时应用.5、若分离过程使组分i及j之间并没有被分离，则（）。
6、可利用分离因子与1的偏离程度，确定不同分离过程分离的(）.7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（)作为处理手段，并把其它影响归纳于(）中.8、传质分离过程分为（）和(）两类。
9、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种(）作用下经过某种介质时的（）差异而实现分离。
10、分离过程是将一混合物转变为组成（)的两种或几种产品的哪些操作。
11、工业上常用（）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（)。
12、速率分离的机理是利用传质速率差异，其传质速率的形式为()、()和（).13、绿色分离工程是指分离过程（）实现。
14、常用于分离过程的开发方法有（)、（）.1、分离过程是一个（）a。
熵减少的过程；b.熵增加的过程；c。
熵不变化的过程；d。
基于OBE理念的课程目标达成情况评价及持续改进机制——以“化工分离工程”课程为例
收稿日期：2023-01-25基金项目：吉林省高等教育教学改革立项课题（项目编号：20213F2GPTD003E ）;东北电力大学教学研究课题（项目编号：J202051）作者简介:吕楠（1987-），副教授，研究方向：功能材料，。
安徽化工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.49，No.5Oct.2023第49卷，第5期2023年10月基于OBE 理念的课程目标达成情况评价及持续改进机制——以“化工分离工程”课程为例吕楠，郑胜，张誉腾，王帝淞，杨春华，李强（东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012）摘要：以工程教育专业认证为背景，遵循以学生为中心、成果导向和持续改进的教学理念，以能源化学工程专业开设的“化工分离工程”课程为例，介绍了课程目标达成情况评价及持续改进机制。
研究结果可为化工类工程教育专业认证相关问题提供参考。
关键词：专业认证；分离工程；课程目标；持续改进doi ：10.3969/j.issn.1008-553X.2023.05.036中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1008-553X （2023）05-0158-05工程教育专业认证是针对高等教育开设的工程类专业，其由专业机构进行专业性认证，旨在为相关工程技术人才进入工业界从业提供国际承认的预备教育质量保证。
2016年中国正式加入了“华盛顿协议”。
近年来，工程教育专业认证已成为国内工科专业的发展趋势，它不仅可以规范专业建设，而且可以提高学生工程实践能力，为学生今后就业、升学以及长期职业发展创造有利条件，同时增强了专业的核心竞争力和社会影响力，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1-2]。
工程教育专业认证旨在全面提高我国工程人才培养质量，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质工程技术人才，因此开展工程认证对专业的发展意义重大[3-4]。
工程认证标准的底线是要求建立面向产出的培养目标、毕业要求和课程质量评价机制。
3-2 闪蒸计算
3 闪蒸分离模拟
1 第1页
ASPEN Plus单元操作模型
按照用途分为
混合器/分流器（mixer/splitter） 分离器(separators) 换热器(heat exchangers） 塔(columns) 反应器(reactor) 压力变换器(pressure changers) 控制器(Manipulators） 固体(solids) 用户模型(user models)及泄压（pres relief）
闪蒸分离模拟例题2
6 进入BLOCK设置
完成Specification设置后在Entrainment中设置
第29页
第30页
5
闪蒸分离模拟例题2
7 计算结果
2014/5/30
Flash习题1
• 图中所示混合物被部分冷凝并分离为两相V和 L。分别计算V和L的量（摩尔）及摩尔组成。 (采用PENG-R方程计算热力学性质)
第31页
苯 环己烷
第32页
Flash习题2
• 图示为一精馏塔的塔顶采出系统。精馏塔总的采 出组成如图所示，其中10mol%以气相形式采出。 若回流罐的温度为100℉，试计算回流罐压力。
气态馏出物
总馏出物 组分 的摩尔分数
液态馏出物
第33页
Flash习题3
• 150kmol/h的饱和液相流股在758kPa下自精馏塔第一块
第45页
第46页
例题3 绘制闪蒸的热力学曲线
X,Y被赋值后，在PLOT下拉菜单中选择Display Plot，绘制气相分率随温度变化的曲线图。
例题3 绘制闪蒸的热力学曲线
第47页
第48页
8
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lng闪蒸量计算
lng闪蒸量计算
"LNG闪蒸量"是液化天然气（LNG）在一定条件下发生的液化气体的蒸发量，通常是在储存或输送LNG的过程中考虑的参数之一。
计算LNG闪蒸量需要考虑温度、压力等因素，可以使用一些基本的物性和热力学公式。
下面是简化的计算LNG闪蒸量的步骤：
1.计算初始液相体积：确定初始的LNG液相体积（V_initial）。
2.确定储存或输送过程中的温度和压力：确定在储存或输送LNG的过程中的温度（T）和压力（P）。
3.使用物性数据计算饱和蒸汽压：利用LNG的物性数据，如饱和蒸汽压的相关数据，计算在给定温度下LNG的饱和蒸汽压。
4.根据蒸汽压计算蒸发量：使用饱和蒸汽压等数据，可以利用相应的热力学公式计算LNG在给定条件下的闪蒸量。
请注意，具体的计算需要考虑到LNG的具体物性，以及在实际运输和储存中可能存在的各种因素。
理论上，闪蒸量的计算可能涉及到热力学方程、物性数据以及具体系统的工程参数。
在实际应用中，可能需要借助专业软件或者实验数据来进行更准确的计算。
第2章 单级平衡过程 化学分离工程讲解
如果两个组分在两相中的分离因子很大，则单级平衡
过程就可以满足预期的分离要求；否则，需要采取多
级平衡分离。
3
2.1.1 相平衡关系 （Relation of Phase Equilibrium）
一、相平衡条件 TⅠ=TⅡ=TⅢ =… =Tn PⅠ=PⅡ=PⅢ =…=Pn μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ =…=μin
P36例题2-1 P37例题2-2 24
2.1.2 汽液平衡常数的计算
四、状态方程法和活度系数法求平衡常数的比较
方法
优点
1.不需要基准态； 2.只需要P-V-T数据，原则 上不需有相平衡数据； 3.可以应用对比状态理论； 4.可以用在临界区。
缺点
1.没有一个状态方程能完全适 用于所有的密度范围； 2.受混合规则的影响很大； 3.对于极性物质、大分子化合 物和电解质系统很难应用。
c、NRTL方程
d、UNIQUAC方程 有NRTL的优点，但数学表达式最复杂； 适用于分子大小相差悬殊的混合物。 e、UNIFAC基团贡献法：以UNIQUAC方程为基础。 当汽液平衡数据较少或没有时，常采用此法。
19
2.1.2 汽液平衡常数的计算
B、三元溶液的活度系数方程 Margules、Wilson、NRTL、UNIFAC方程 其中：Wilson Equ只需查出有关三个二元溶液的威尔 逊参数，计算结果较好。虽然计算较复杂，随着计算 机的使用，目前应用较多。
活度系数法适用条件：压力不高，液相非理想性
强的系统。
状态方程法适用条件：中压、液相非理想性不是 很强的烃类系统。
20
2.1.2 汽液平衡常数的计算
三、活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式
21
2.1.2 汽液平衡常数的计算
分离工程
分离过程是混合过程的逆过程，因此需加入分离剂来达到分离目的. 分离过程分为机械分离和传质分离两大类.分离剂可以使能量或物质,有时也可以两种都应用.衡量分离过程的难易程度用分离因子表示,处于相平衡状态的分离程度为固有分离因子(理想分离因子).分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度,其定义式为…固有分离因子是根据相对挥发度来计算的,它与实际分离因子的差别用级效率来表示.传质分离过程分为平衡分离和速率分离.速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种推动力(压差,浓度差,电位差)作用下经过某种介质时的传质速率(透过率,迁移率,扩散速率)差异而实现分离的.分离过程是一个熵减少的过程,速率分离可分为膜分离和场分离两大类. 机械分离过程的分离对象是两相以上的混合物,通过简单的分相就可以分离,而相间并无物质传递发生.这类过程有过滤,沉降,离心分离,旋风分离,和静电除尘.当分离因子αi,j=1时，表示组分i和j之间并没有分离.当αi,j>1,组分i 富集于1相,而组分j富集于2相.当αi,j<1,组分i富集于2相,组分j富集于1相.分离因子与固有分离因子的关系是αsi,j>αi,j分离过程:分离工程是将以混合物转变为组分互不相同的两种或几种产品的操作.分离过程的特点:分离某种混合物成为不同产品的过程,是个熵减少的过程,不能自法进行,因此需要外界对系统做功(或输入能量和加入物质)方能进行.分离过程可以分为几类:1气液传质过程,如吸收.2汽液传质过程,如液体的精馏和蒸馏;3液液传质过程,如萃取;4,液固分离过程,如结晶,浸取;5气固传质过程,如固体干燥,吸附.分离因子:表示任一分离过程所达到的分离程度,因为分离装置的目的是为了生产不同的产品,故以产品组分之间的关系来定义.αi,j为固有分离因子，也称相对挥发度，它不受分离设备的影响.将实际分离设备所能达到的分离因子与理想分离因子的差别用级效率来表示.常用的汽液相平衡的基本关系式为PφiV yi=PφiLxi和PφiV yi=fiLγiLxi相对挥发度的定义是两组分的相平衡常数之比.相平衡条件是汽液两相中温度压力相等,且每一组分的化学位相等.完全理想系的相平衡关系是Pyi=Pi0xi.泡点温度:一定压力下加热液体混合物,当液体混合物开始汽化产生第一个汽泡时的温度.泡点压力:是指在一定温度下降低系统压力,当液体混合物开始汽化产生气泡时的压力.用于泡点计算的调整公式为……若初始温度所求得∑kixi>1,说明ki值越大，表明所设温度高于泡点温度.若初设压力所求得的∑kixi>1,说明ki值偏大,表明所设压力低于泡点压力.若初设温度所求得的∑yi/ki>1,说明ki值偏小，表明所设温度低于泡点温度.若初设压力P求得的∑yi/ki>1,说明ki值偏小,表明所设压力高于泡点压力.单级分离是指两相经一次紧密接触达到平衡状态后随即引离得过程,由于平衡两相的组分不同,因而可起到一个平衡级的分离作用.闪蒸按照体系与环境有无热量交换分为等温闪蒸和绝热闪蒸.若组分为zi的物系，∑kizi<1,时其相态为过冷液体.在进行闪蒸计算时,徐判断混合物在指定温度作用下是否处于两相态区.平衡常数计算ki=pi0,的成立条件是气相是理想气体,液相是理想溶液. 气液相平衡k值越大,说明该组分越易挥发.当气相为理想气体混合物,液相为非理想溶液时,其气液相平衡关系为Pyi=γPixi.系统温度大于露点时,体系处于过热汽相.当物系处于泡露点之间时,体系处于气液两相.进行等温闪蒸时,对满足(∑kizi>1,∑zi/ki>1,)条件时系统处于两相区.在一定温度下和压力下，由物料组成计算出的∑kixi-1>0,且∑zi/ki-1<0,该进料状态为过热汽相.纯组分的蒸发不是闪蒸过程,闪蒸过程有部分冷凝,部分汽化,气焓截流等.泡点温度(压力)是在恒温(压)下加热液体混合物,当液体混合物开始汽化出现第一个气泡时的温度(压力),简称泡点.露点压力(温度)是在恒压(温)下加热液体混合物,当气体混合物开始冷凝出现第一液滴时的压力(温度),简称露点.判断一个化工设备中的物料所处的状态.首先通过分析确定该化工设备中的物料组成zi,然后测定其温度和压力,根据Ki=f(TD)计算后,对进料作如下检验:∑kizi=1,T=Tb,进料处于泡点.>1,T>Tb,可能为气液两相区.<1,T<Tb，进料为过冷液体.∑zi/ki=1,T=Tb,进料处于露点.>1,T<Tb,可能汽液两相区.<1,T>Tb,进料为过热蒸汽.只有∑kizi>1,和∑zi/ki>1,时,混合物处于汽液两相区.多相分精馏中,关键组分是指有设计者指定浓度或提高分离要求的组分. 在塔顶和塔釜同时出现的组分为分配组分.分配组分是指在溜出液和釜液均出现的组分;非分配组分是指仅在溜出液或釜液出现的组分.清晰分割是指溜出液中除了重关键组分外,没有其他重组分,釜液中除了轻关键组分外,没有其他轻组分.非清晰分割法假设各组分在塔内的分布在全回流时分布一致.特殊精馏是既加入能量分割剂,又加入物质分离剂的精馏过程.如加入的新组分和被分离系统的一个或几个组分形成最低恒沸物从塔顶蒸出,这种特殊精馏叫恒沸精馏,加入的恒沸剂为新组分.恒沸剂与组分形成最高沸点的恒沸物时,恒沸剂从塔釜出来.最低恒沸物压力降低使恒沸组成中汽化潜热小的组分增加.恒沸剂的沸点应比原溶液沸点相差10’C以上.在一定温度和组成下,AB混合物形成最低沸点,恒沸物的条件为(p>Pa0>Pb0)由耳波和马多克恩关联图求理论级数时，要求进料状态必须是泡点进料.均相恒沸物在低压下其活度系数之比Y1,Y2应等于(P20)与（P10）之比. 若加入的新组分不与原系统中任一组分形成恒沸物,而其沸点又较原系统任一组分高.从釜液离开精馏塔.这类特殊精馏叫萃取精馏,所加入的新组分叫作萃取剂.A,B两组分的相对挥发度αab越小，AB两组分越难分离.吉利兰关联图,关联了四个物理量之间的关系,最小理论级数,最小回流比,理论级数.简捷法的描述,1,计算简便,2可为精确计算提供初值.3所需物性数据少. 多组分精馏中,回流比小于最小回流比时无论多少理论级都不能满足分离要求.全回流操作不能用于正常生产稳定过程.当精馏塔在全回流操作时,所需理论板数最少,不进料,不出产品.有关理论板数Nm，Nm与进料组成和进料状态均无关.用芬斯克公式求全塔理论板数时,式中相对挥发度应为全塔相对挥发度的平均值.全回流操作时,精馏塔进料F=0,馏出液D=0和釜液W=0的流率.如果二元物系,A12>0,A21>0,则此二元物系所形成的溶液一定是正偏差溶液.如果二元物系有最低恒沸物存在,则此二元物系所形成的溶液一定是正偏差溶液.对于气体为理想气体,液体为非理想溶液的二元物系,形成恒沸物需满足条件….对一个恒沸精馏过程,从塔内分出的最低温度的恒沸物,则有较纯组分的产品应从塔釜得到.对形成恒沸物的物系,在恒沸点其气相组成必等于液相组分.经过恒沸点轻重组分互换.在恒沸点,其露点温度和泡点温度相等.对形成恒沸物的某体系,当压力确定后,其恒沸温度和恒沸组成确定.除恒沸点外,在其余组分下,精馏仍具有分离作用.所有非均相恒沸物都具有最低恒沸点.对于最高沸点恒沸物,压力增加使恒沸组成中汽化潜热小的组分增加. 随着构成恒沸物各组分的纯组分的蒸汽压差的增大,恒沸组成变化规律为:最低恒沸物向含低沸点组分的浓度区移动,最高恒沸物向含高沸点组分多的浓度区移动.在一定温度和组分下,AB混合物的总蒸汽压力为P,若P>Pa0,且P>Pb0,则该溶液最低沸点恒沸物.容易形成恒沸物的为各组分的化学结构不相似,其沸点差较小.萃取精馏过程选择的萃取剂最好应与沸点低的组分形成正偏差溶液. 萃取精馏时若饱和液体进料,萃取剂应该从精馏段上不和进料级进料.当萃取塔塔顶产品不合格时,可采用加大萃取剂的用量的方法来调节.在萃取精馏中,当进料为饱和液体进料时,精馏段液相中溶液浓度可近似看为不变.简捷法求普通精馏过程理论级数的步骤:1,根据工艺条件要求,找出一对关键组分.2,由清晰分割估算塔顶,塔釜产物的量及组成.3,根据塔顶塔釜组成计算相应的温度,求出平均相对挥发度.4,用Fenske公式计算最少理论板数Nm.5用Umberwood法计算最小回流比Rm,并选适宜的操作回流比R.6确定适宜的进料位置.7,根据Nm,Rm和R,用Gilliland图求理论级数N.恒沸剂的选择原则;1,必须与原溶液中至少一组分形成最低恒沸物,且其沸点较低,2,恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好,汽化潜热应小,使恒沸剂的用量少.3,恒沸剂易分离和回收,即形成非均相恒沸物,则可采用冷却分层的办法回收,若为均相,需要采用萃取精馏或其他办法回收.4无毒,无腐蚀,热稳定性好,价廉易得.恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其溶液中至少一个组分形成最低(最高)恒沸物,以增大原物料组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏.萃取精馏是加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物,只改变组分间的相对挥发度,而其沸点比物系中其他组分的沸点高,从精馏塔的塔釜引出.所加入的新组分称为萃取剂.吸收过程主要由塔顶塔釜两个级完成的.相对吸收率与吸收率相等的条件是吸收剂中不含溶质.用于吸收的相平衡表达式为……当温度降低,压力升高时有利于吸收.应用平均吸收因子法进行计算时，假设各平衡级的吸收因子相等.通常多组分精馏有2个关键组分，多组分吸收有1个关键组分.吸收操作中,最小液气比下,关键组分的吸收因子和关键组分的吸收率在数值上相等.吸收过程在塔顶的限度yi,1≧Kixi,0为它决定了尾气中最低浓度.蒸出因子定义式为S=KV/L,其值可反映蒸出过程分离的难易程度.相对吸收率与吸收率相等的条件是吸收剂中不含溶质.吸收剂的再生常采用的是用蒸汽或惰性气体的蒸出塔；用再沸器的蒸出塔；用再沸器的精馏塔.吸收过程中通常气体过热蒸汽,液体为过冷液体.化学吸收按反应类型又分为为可逆反应和不可逆反应两类.多组分吸收过程采用图解梯级法的依据是贫气吸收.当体系的yi=yi*时,没有物质的净转移.在多组分吸收中，吸收主要发生于塔顶附近几个级的组分是难溶组分. 在多组分吸收中，吸收主要发生于全塔所有级的组分是关键组分.吸收塔的气、液相最大负荷处应在塔的顶部.在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔下部少数几块板被吸收在板式塔的吸收中，原料中关键组分组分主要在全部塔板被吸收.难吸收组分主要在塔的塔顶级被吸收.平均吸收因子的适用范围是贫气吸收.洗手操作中,若要提高关键组分的相对吸收率应采用最有效措施是提高压力.吸收过程各组分的吸收量主要发生在塔顶一级和塔釜一个理论级.通常对物理吸收操作最有利的操作条件是低温高压.平衡常数较少的组分是吸收剂中的溶解度大的组分.简述吸收和精馏过程的主要不同点:1,原理不同.吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的.精馏是利用组分间相对挥发度不同使组分分离.2塔式不同.3,传质形式不同.吸收是单向传质,精馏是双向传质.4,温度范围变化不同.5,物料的预分布不同.6,精馏有两个关键组分,吸收只有一个.7,组分分布不同.吸附分离是利用吸附剂选择吸附某组分的方法实现气体液体混合物的分离.透过曲线是以为时间横坐标绘制而成.吸附分离机理分别为位阻差异；动力学差异；平衡差异.固定床吸附器中，若吸附的透过曲线越陡，说明吸附剂性能越好.以下过程的需要的膜两侧静压差推动力为反渗透＞超滤＞微滤.水不适合做超临界流体.。
讲义-化工分离工程-第二章
第二章精馏Chapter 2 Distillation主要内容及要求：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x i，确定T b(或P b)和y i（2）露点计算: 在一定P(或T)下，已知y i，确定T b(或P b)和x i3.等温闪蒸计算：给定物料的量与组成，计算在一定P和T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。
4.掌握多组分精馏过程的基本原理、流程以及简捷计算方法；5.掌握萃取精馏和共沸精馏的原理、流程及其简捷计算法。
授课主要内容：2.1 概述2.2 汽液相平衡2.3 精馏计算2.4 特殊精馏2.5 板效率2.1 概述精馏原理:精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。
不适宜用普通精馏进行分离的物系：1. 1→AB α2.1=AB α3. 热敏性物料4. 难挥发组分的稀溶液2.1.1 理论板、板效率以及填料的理论板当量高度（HETP ）1. 理论板理论板= f(相平衡,分离要求,操作参数)⏹ 所谓理论塔板，如右图所示，即气、液两相在塔板上充分接触，混合进行传质、传热后，两相组成均匀且离开塔板的气、液两相呈相平衡关系。
显然，在相同条件下，理论板具有最大的分离能力，是塔分离的极限能力。
该状态可由热力学方法求解确定，离开塔板的气、液两相存在的相平衡关系由以下关系式表达： ⏹ 相平衡关系：y i =k i ·x i相平衡关系是传质过程趋向的目标，或所达到的热力学极限状态。
理论板是一个理想化了的两相间接触传质场所，也称为平衡级。
理论板符合以下三条假设：1）进入该板的不平衡物流在其间充分接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相平衡；2）在该板上发生接触的汽液两相各自完全均匀，板上各点汽相浓度和液相浓度各自都相同；3）该板上充分接触后的汽液两相实现了完全机械分离，不存在夹带、泄漏。
分离工程期末知识总结
思考题
1. 什么叫泡点，什么叫露点？ 2. 精馏塔塔顶的温度和塔釜的温度分别是什么？ 3. 简述求解泡露点的思路？ 4. 对于泡点温度，∑Kixi <1，应如何调整温度？ 5. 怎样判断闪蒸问题在给定的T、P下是否成立？ 6. 等温闪蒸的通用闪蒸方程（Rachford-Rice方程
）的形式。
第三章 多组分精馏
特点：★F=D=W=0
★ L=V；L/V=1
★操作线方程： yn1 ,i xn,i
★板效率 最高
由于全回流，用 N m表示N，省去“均”：
Nm
lg（[
x x
A B
）D
（
x x
A B
）W
lg AB
]
（3 8）
— — Fenske方程
最少理论板数只与分离要求有关，与进料组成无关。
多组分精馏
分离工程
第一章 绪论
分离过程基本概念 定义：将一混合物转变为组成不相同的两种或 两种以上产物的操作。
分离工程示意图
分离剂 (物质或能量)
原料物流 (一股或几股)
分离装置
产品1 (组成不同的物流) 产品2
第一章 绪论
分离过程的分类
分离过程分为机械分离过程和传质分离过程两大 类。
机械分离过程是指分离装置所接受的是多于一个 相的非均相进料，只要简单地分相就可以。如过 滤、沉降、固-液分离和气-液分离器等。
no yes
T，yi
第二章 单级平衡过程
露点计算
平衡常数与组成无关的露点计算 ki f (T , P) 露点方程： f (T ) iC1Kyii 1.0 0 (2 60)
f (P) iC1Kyii 1.0 0 (2 61)
闪蒸过程的计算-分离工程
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 L= F -V 代入上式： =
令：
汽化率
代入(2-66)式，得到：
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
B、Margules Equ
C、Wilson Equ.
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
三元溶液的活度系数 A、Margules Equ.
1 2 3
B、Wilson Equation
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
自学例题2-1,2-2
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：
表2-4 闪蒸计算类型
规定变量 p,T
闪蒸形式
输出变量 Q, V, L, yi, xi
√* 等温
绝热√
非绝热 部分冷凝 部分汽化
p,Q=0
p,Q≠0 p,L(或ψ) p(或T),V(或ψ)
T, V, L, yi, xi
T, V, L, yi, xi Q, T, V, yi, xi Q,T(或p),L,yi,xi
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,
2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程ppt课件
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。
3
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化工分离工程
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
i1 1 (Ki 1)
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化工分离工程
第 二 章
2.3.1
等温闪蒸和部分冷凝过程
（2）闪蒸计算
2.3 闪蒸过程的计算
当C>3，由闪蒸方程式（2-71）计算 时，要试差和数值
解 xi，yi 。 Rachford-Rice方程：有很好的收敛性，可选择多种算法，
如弦位法和牛顿法，其中牛顿法收敛较快。
i 1
—理想溶液
—非理想溶液—需要有混合热数据
⑤计算Q—过程所需热量
12
2 68)
(0,1.0) 求
xi，yi
9
2020/5/5
化工分离工程
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
将式（2-67）和（2-68）分别代入式（2-46）和（2-45）
得：
c
zi
1.0.......... ...( 2 69)
i1 1 (Ki 1)
.......... i
1,2,
c
L F V
xi
F
Fz i V VK i
..........
........ i
化工分离过程第二章
(2) 逸度与组成的关系 气相逸度与气相组成yi的关系为：
fˆiV
fi0V
V i
yi
Pi0V
V i
yi
PˆiV yi
式中：fi0V 在系统温度和压力下纯组分i的气相逸度 γiV 组分i的气相活度系数 φi0V在系统温度和压力下，纯组分i的气相逸度系数 φiV 在系统温度和压力下，组分i的气相分逸度系数且
ˆiL
i0L
L i
平衡时，汽液两相逸度相等，通过平衡常数Ki的定义式可求 出相平衡常数。
10
1. 汽液平衡关系（Vapor-liquid phase equilibrium）
fˆiV fˆi L
(2-4)
引入逸度系数 ：
ˆ i
，汽相中组分i的逸度系数 ˆ Vi 定义为
ˆ iV fˆiV / yiP
ZM
PVt RT
RT (Vt b
a Vt2
)Vt
RT
Vt Vt
b
a RTVt
2
④计算汽相逸度系数
将（2—15）积分后代入以上结果：
ln
) i
bi Vt b
ln[ZM
(1
b Vt
)]
2 aai RTVt
3
25
⑤用xi代替yi，按照②～④步骤求各组分的液相逸度 系数
⑥由式（2-14）求Ki值。
fi L
Pi S iS
exp[ViL (P PiS )] RT
（2-21）
33
由式（2—21）可知，纯液体i在T、P下的逸度等于饱和 蒸汽压乘以两个校正系数。
S i
为校正处于饱和蒸汽压下的蒸汽对理想气体的偏离，
而指数校正项也称普瓦廷（Poynting）因子，是校正压
2-2 闪蒸计算
闪蒸器, 蒸发器, 分离罐, 单级分 离罐
Flash3
三股出料闪 蒸
确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相的单级分 离罐
Decanter 液-液倾析器 确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相无汽相的 单级分离罐
Sep
组分分离器
把入口物流组分分离到 出口物流
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
第19页
【例1】-- 运行模拟过程
第20页
【例1】-- 运行模拟过程—换热器的热负荷
第21页
【例1】-- 运行模拟过程-闪蒸器2的温度
第22页
闪蒸模拟练习例题2
已知一进料，温度为400oF，压力为21psi， 组成为氢气（30.0lbmol/h）， 氮气 （1 5.0lbmol/h ）、甲烷（43.0lbmol/h ）、环 己烷（144.2lbmol/h ）、苯（0.2lbmol/h ） 。在闪蒸器中进行分离。闪蒸器在120 oF下 操作，压力降为0，分离后气相中夹带的液 相分率为0.012.轻确定气相的组成和流率。
第5页
Separators- Flash（闪蒸罐）
✓闪蒸模型决定了具有一个或多个入口物流的混
合物的热状态和相态。可以生成这些模型的冷 热曲线表。
✓允许各种闪蒸操作，这些模型根据规定进行相
平衡闪蒸计算。可进行绝热、等温、恒温、恒 压、露点和泡点闪蒸计算。
✓平衡蒸馏过程计算所用的基本关系是物料衡算
、热量衡算以及气液平衡关系。
流股2 F=1000kg/h， P=2atm, T=90C, 含乙醇40 wt %和水 60 wt %
两股物流在闪蒸罐中绝热闪蒸至1.5atm, • 1) 忽略气相中的液沫夹带，求离开闪蒸罐的气
闪蒸过程计算
闪蒸形式 等温 绝热 非绝热
部分冷凝 部分汽化
输出变量 Q, V, L, yi, xi T, V, L, yi, xi T, V, L, yi, xi Q, T, V, yi, xi Q, T(或p), L, yi, xi
大家有疑问的，可以询问和交流
窄沸程绝热闪蒸得序贯迭代法
对窄沸程绝热闪蒸过程,与等温闪蒸一样采用 Rachord-Rice 方程,迭代T:
T ( k 1)
T (k)
G(T (k ) ) G ' (T (k ) )
其中
G(T (k ) ) H v (1 )H L H F
G(T (k ) ) T
dHV dT
(1 ) dH L
xi
zi
1 (Ki
1)
yi
zi Ki
1 (Ki
1)
(k1) (k)
f ( (k) ) f ' ( (k) )
xi
zi
1 (Ki
1)
yi
zi Ki
1 (Ki
1)
闪蒸计算举例
由乙烷(1)、丙烷(2)、正丁烷(3)和正戊烷(4) 组成得料液以500kmol/h得流率加入闪蒸室。 闪蒸室得压力为1、38MPa(13、6atm),温度为 82、5℃。料液得组成为:
闪蒸过程计算
主要内容
闪蒸过程简介 闪蒸过程类型 闪蒸过程计算方程 等温闪蒸过程计算 绝热闪蒸过程计算
闪蒸( Flash Vaporization)
闪蒸过程实质就是一种连续单级蒸馏:液体进料流 过阀门等装置,由于压力得突然降低而引起急剧蒸发,产 生部分汽化,形成互成平衡得汽液两相,(也可以通过汽 相部分冷凝或液相得部分汽化产生平衡得两相)。
分离工程04多组分单级分离计算
Ci -34.42 -39.94 -48.78
解法1：用试差法计算
Ki
Pi0 P
Kixi 1
T（设） 50 ℃ 60 ℃ 55 ℃ 57.5℃
Kixi 0.799 1.062 0.924 0.991
∴ T=57.5℃
解法2：电算〔Newtow迭代法〕
t ( K 1)
t (K )
F (t K F (t K
当迭代到达收敛时，应满足以下方程：
f iV f iL
C
在该模型中i 1规y定i 的 收1 敛精度要求为：
(f iV / f iL ) 1 10 3
C
yi 1 10 5
i 1
或收：敛精度T 可k 根T据k1计算1精02度要〔求k为予迭以代选次择数。〕 在进展较复杂的迭代计算时，通常将一些需要反复 执行的运算内容变成子程序，以便主程序随时调用，应 用SHBWR模型计算泡点(或露点)时需编制以下子程序：
4-2-1、理想物系泡点及泡点压力的计算 1). 用图解法计算泡点温度
理想物系其组成对K的影响较小，因而在简 化计算中可将K近似视为T和P的函数，即K=f(T， P)。该式的函数关系通常用诺谟图 (简称T-P-K 图 ) 表示。
应用简化K进展泡点计算时，可采用以下形 式的泡点方程
C
当指定Pi、1 Kxi求i x i解T1、yi时，因Ki=f(T,P)，(4上-3式) 需
T0
Kixi 1
i1
C i1
[(CxiiKiTB)i 2
]
T0
yi 1
i 1
C
yiBi
i1 (C i T ) 2
T0
C i 1
xi
p
0 i
分离过程闪蒸计算解析
例5 解：1.核实问题是否成立
对Zi在50 oC、200kPa下进行泡点计算：
C
Ki Zi 2.595 1 说明50 oC大于泡点TB温度
i 1
对Zi在50 oC、200kPa下进行露点计算：
CZ
i1K
i i
1.772 1
说明50 oC小于泡点TB温度
判 断：
Ki Zi
Zi Ki
11同时成立，闪蒸问题有解。
FZ i
L
L(1(1 )Fe) F
F(1Zi )Fxi FKi xi
i 1,2, C
试差 e
(1 e)Fxi eFKi xi 使 xi 1及 yi 1
汽化率e的迭代计算（牛顿迭代法）
yi
xi
(Ki 1)Zi 0 1 e(Ki 1)
f (e)
(Ki 1)Zi 0 1 e(Ki 1)
方法二： 对Z i 在T、P下进行露点计算：
1 T TD
Zi Ki
1 <1
有液体存在
过热蒸汽
对Zi在T、P下进行泡点计算：
1 KiZi 1
T有气T体B 存在
< 1 过冷液体
判断：
若
Ki Zi
Zi Ki
11同时成立，闪蒸问题有解。
例 液体混合物的汽化（烃类物系）
丙烷30 %，正丁烷10%，正戊烷15 %，正己 烷及45 %的混合物（摩尔百分数） 1000kmol/h，在50℃，200kPa下闪蒸的汽 液相组成及流率
对汽液平衡常数与组成有关的闪蒸计算
对 e , xi , yi 分层迭代：
开始
如果不直接 迭代，重新 估计x，y值
给定F，Z，P，T
估计初值x，y
闪蒸过程计算
闪蒸形式 等温 绝热 非绝热
部分冷凝 部分汽化
输出变量 Q, V, L, yi, xi T, V, L, yi, xi T, V, L, yi, xi Q, T, V, yi, xi Q, T(或p), L, yi, xi
闪蒸计算类型的异同点
相同点：
都是气化过程，说明可按气化公式计算
气液两相平衡
相当于一块理论板
i 1
露点验证：
4 zi 0.0 80.2 20.5 30.1 71.3＞ 017
i 1K i 4.8 1.960.8 0.33
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，属于闪蒸计算
问题。
③ 迭代计算料液的汽化率ψ ： 先设定一个ψ值，代入下式分别计算出ｆ和ｆ’
在混合物的T-X相图上，闪蒸的状态位于混合物的 泡点线和露点线之间。
通过闪蒸过程可以使易挥发组分在汽相中的浓度提高、 难挥发组分在液相中的浓度相应提高，从而达到分离提浓 的目的。
除非混合物的相对挥发度很大，闪蒸过程获得的分离 程度不高，因此，在工业生产实践中，闪蒸通常是作为进 一步分离的辅助操作。
宽沸程绝热闪蒸过程计算
所谓宽沸程混合物指的是构成混合物各组分的挥发度相 差悬殊，其中一些很容易挥发，而另一些很难挥发，它的 特点就是离开闪蒸罐时各相的量几乎完全决定于相平衡常 数。
对这类体系，在很宽的温度范围内，易挥发组分主
要集中在汽相中，而液相中则主要集中了难挥发组分。进
料焓值的增加将使温度提高，但是对汽液两相的流率的影
宽沸程绝热闪蒸过程计算框图
选择T初值
选择ψ初值
计算 函数 f(ψ)
2012《分离工程》复习提要
《分离工程》复习提要第一章绪论1、质分离过程的分类：机械分离过程、传质分离过程（分为平衡分离过程和速率分离过程）2平衡分离过程——借助分离媒介（如热能、溶剂和吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡中不等同的分配为依据而实现分离。
分离媒介分为：能量媒介ESA和物质媒介MSA。
3、分离因子、固有分离因子的定义第二章多组分分离基础（一）设计变量1、概念设计变量-——在计算前，必须由设计者赋值的变量。
固定设计变量N x 描述进料物流的变量设计变量数N i 系统压力可调设计变量N aN x是指描述进料物流的变量（如进料组成、流量、温度和压力等）及系统压力。
事实上已被给定或最常被给定的量。
N a则是由设计者来决定的。
2、单元的设计变量.（会用下法求单设计变量）单元的设计变量N i = N v– N c（1）独立变量数N vN v可由①出入系统的各物流的独立变量数；②系统和环境进行能量交换的情况决定。
1）物流的独立变量数任一单相物流N v = f + 1＝c + 22）当系统和环境有能量交换时，N v应加上描述能量交换的变量数。
（2）约束关系数N c的确定约束关系包括：1）物料平衡式数目等于组分数c；2）能量平衡式每个系统只有一个；3） 相平衡关系式 有c （π- 1）个； 4）化学平衡式 一般不予考虑；5）内在关系式 指约定关系，如物流间温差、压力.N a e== N i e- N x e3、装置的设计变量（会确定分离装置的设计变量数） 步骤：（1）按每一单相物流有c+ 2个变量，计算进料物流所确定的固定设计变量数；（2）确定装置中具有不同压力的数目（压力等级数），当忽略由于摩擦阻力而引起的微小压力降时，装置内共有几个操作压力；（3）上两项之和即为固定设计变量数N x u；（4）将①串级单元的数目；②分配器的数目；③侧线采出单元的数目；④传热单元的数目相加，便是整个装置的可调设计变量数N a u。
化工分离过程题库(超全版本)
分离工程试题库目录第一部分填空题 0第二部分选择题 (3)第三部分简答题 (7)第四部分计算题 (9)第一部分填空题1. 传质分离可分为和。
2 分离过程常见的开发方法有和。
3．相平衡关系的表示方法有、、。
4．精馏的数学模型有、、、。
5．产生恒沸物的原因是，二元恒沸物的判别式为。
6．在萃取精馏中，为使分离效果较好，所选溶剂与塔顶产品形成，与塔釜产品形成，常用的方法是。
7．常用的解吸方法有、、。
8．与物理吸收相比较，化学吸收平衡分压，推动力，溶解度，传质系数。
9．解吸操作中，解吸因数S 解吸分率β，解吸操作方能进行，当S增加时，β，理论板数。
10．在液流主体进行缓慢化学反应的吸收过程，传质速率由决定。
11. 衡量分离的程度用表示，处于相平衡状态的分离程度是。
12. 汽液相平衡是处理过程的基础，相平衡的条件是。
13. 当混合物在一定的温度、压力下，满足条件即处于两相区，可通过计算求出其平衡汽液相组成。
14.萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设。
15. 最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热的组分增加。
16．吸收因子为，其值可反应吸收过程的。
17. 吸收剂的再生常采用的是，，。
18. 精馏塔计算中每块板由于改变而引起的温度变化，可用确定。
19. 用于吸收过程的相平衡关系可表示为。
20. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为型计算和型计算。
21. 在塔顶和塔釜同时出现的组分为。
22. 吸收的相平衡表达式为，在操作下有利于吸收，吸收操作的限度是。
23. 解吸收因子定义为，由于吸收过程的相平衡关系为。
24. 精馏有个关键组分，这是由于的缘故25. 采用液相进料的萃取精馏时，要使萃取剂的浓度在全塔内为一恒定值，所以在进料。
26.原溶液为非理想型较强的物系，则加入萃取剂起作用。
27.提高萃取剂的选择性，可萃取剂的浓度。
28.在多组分精馏计算中为了给严格计算提供初值，通常用或方法进行物料预分布。
29.通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的，为表示塔实际传质效率的大小，则用加以考虑。
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汽化率的迭代：
设初值，计算f()：
（2-71）
可采用Newton-Raphson法迭代 ：
（2-72）
P60例［2-8］
2.3.1 等温闪蒸
二、汽液平衡常数与组成有关
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 ）
2.3.2 绝热闪蒸
规定： p 、Q＝0
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：
表2-4 闪蒸计算类型
规定变量 p,T
闪蒸形式
输出变量 Q, V, L, yi, xi
√* 等温
绝热√
非绝热 部分冷凝 部分汽化
p,Q=0
p,Q≠0 p,L(或ψ) p(或T),V(或ψ)
T, V, L, yi, xi
T, V, L, yi, xi Q, T, V, yi, xi Q,T(或p),L,yi,xi
闪蒸过程的计算方程（MESH）
（1）物料衡算—M方程： C个
（2）相平衡—E方程：
C个
（3）摩尔分率加和式—S方程：
2个
2C＋3
（4）热量平衡式— H方程：
1个
变量数：
3C+8个
方程总数：2C+3个
（F,TF ,pF ,T,p ,V,L,Q，zi ,yi ,xi） 需规定变量数：C＋5个 其中进料变量数： C+3个 （F,TF ,pF ,zi ）
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
B、Margules Equ
C、Wilson Equ.
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
三元溶液的活度系数 A、Margules Equ.
1 2 3
B、Wilson Equation
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
自学例题2-1,2-2
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
二、同时收敛法
和T 同时迭代（自学）
二元混合物的逸度系数
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
A、维里方程
用混合规则求，即求
B、RK方程
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
活度系数的计算
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
称对拉乌尔定律有正偏差
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 T>TB； 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 T<TD； 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。
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
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，NaOHNaAl(OH)4-H2O体系活度系数的计算模型.中南 大学学报, 2006年 03期
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 L= F -V 代入上式： =
令：
汽化率
代入(2-66)式，得到：
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： 对T不敏感
用热量衡算方程迭代T；用闪蒸方程迭代：
外层循环 （2）窄沸程物系： 对T 敏感
将（2-67）和（2-68）式代入S－方程，得到：
（2-69） （2-70）式减去（2-69）式，得到：
（2-70）
闪蒸方程
（2-71）
（2-71）
（2-67）
（2-68）
（2-64）
（2-65）
通过闪蒸方程（2-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。
14、曾健，胡文励，一种新的泡点计算方法， 天然气化工，1995，（1）：52
2.3 闪蒸过程的计算
冷凝器
顶部产物 V，y 加热器 节流阀 底部产物 L，x
2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程 2.3.2 绝热闪蒸过程
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。
负偏差
无热溶液
正规溶液
二元溶液的活度系数
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
A、Van-Laar Equ
1）
2）
二元溶液的活度系数
汽 液 相 平 衡 及 其 计 算
A、Van-Laar Equ
3）
单参数的对称方程
4）
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
参考文献
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