LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

一个计算高压汽液相平衡的对应态方法

本文作者之一在文献中曾提出了一个通用四参数对应态方程.本文又从分析分子参数与宏观参数之间的基本关系出发,提出了一个包含适用于极性混合物的新的混合法则.使用该方程和此法则相结合的对应态方法,计算了包含由不同种类组分组成的22个二元系统的高压汽液相平衡,泡点压力与汽相成分计算值和文献实验值进行了比较,计算结果有较高的精度.文中还把本方法和LKP、LKWS方法作了比较.     

状态方程法求算气体的剩余焓与剩余熵

流体剩余焓与剩余熵计算是化工过程设计中十分重要的计算,但现有教科书中缺少P-R方程与S-R-K方程剩余焓与剩余熵的计算方法与计算公式;化工生产中,绝大多数物流都是多组分混合物,而关于维里方程法气体混合物的剩余焓与剩余熵计算也缺少详细的论述。借助于通用立方形方程剩余焓与剩余熵计算式,推导出P-R方程和S-R-K方程的剩余焓与剩余熵的计算公式;采用Prausnitz混合规则,推导出维里方程求算混合气体的剩余焓与剩余熵的计算式与方法,使流体热力学性质计算方法更加完善。     

LNG液化流程中的热力学计算

液化天然气流程是一套比较复杂的热力学系统,由于低温特性,原料气和制冷剂在工艺过程中必然发生相变。因此,工质的热力学计算是整个流程数值模拟计算的基础。而选择合适的热力学状态方程对流程模拟的计算精度尤为重要,PR状态方程因其精度高、方程参数少、便于工程计算等诸多优点而被优先选择来求解工质相平衡问题;LKP状态方程在国内外多数文献中被认为是目前计算工质焓熵的最佳方程之一。     

基于第一原理力场预测热力学参数的探讨

讨论用第一原理全原子力场计算热力学参数的可行性.新开发的TEAM力场,在用气、液相基本性质验证后,不加任何参数调整,直接用于计算具有代表性的几个分子液体在不同热力学状态下的密度、蒸发焓、混合焓、亨利常数、饱和蒸气压等热力学参数.初步结果表明：液体密度和蒸发焓的预测结果良好,在较大范围内可获得与实验数据相吻合的结果;而混合焓的准确预测需要纯液体内聚能的高精度模拟数据;亨利常数的计算对液体的密度极为敏感.后两种性质的计算均可用全原子力场但需要高质量的力场参数.为了采用全原子力场计算气液相平衡数据,提出了一种半经验的、基于积分Clausius-Clapeyron方程的循环自洽方法计算液体的饱和蒸气压.     

二元真实气体混合物剩余焓和剩余熵的计算

混合物流体热力学性质的计算是化工热力学中的一类重要计算。但现有教材中没有给出关于混合物剩余焓和剩余熵的计算公式,缺失了流体热力学性质计算的系统性。本文通过纯气体的剩余焓和剩余熵的计算公式,采用Prausnitz混合规则或Kay混合规则,推导出R-K方程、virial方程,以及普遍化关联法计算二元真实气体混合物剩余焓和剩余熵的公式,并用于具体实例的计算。结果表明,在中、低压下,采用所推导出的三种方法计算二元真实气体混合物剩余焓和剩余熵时,能够得到比较相近的结果,这三种方法是正确可靠的;在高压下,R-K方程和普遍化关联法仍可采用,而virial方程则不再适用。每种方法计算过程繁简不一,但步骤简捷明了,利于学生更好地理解混合物热力学性质的计算过程。     

DMF的力场构建及乙腈-甲醇-DMF三元体系的汽液相平衡模拟

采用量子化学和Gibbs系综Monte Carlo模拟相结合的方法,对TraPPE-UA力场中缺失的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）力场参数进行了补充,为含DMF多元体系的汽液相平衡模拟奠定了基础。采用新构建的力场参数,在NVT-Gibbs系综中计算了DMF的汽液相平衡性质,结果表明该力场能准确计算出DMF的饱和液相密度、蒸气压、沸点、临界值和蒸发焓。在NPT-Gibbs系综中,采用TraPPE-UA力场分别计算了乙腈-甲醇、DMF-甲醇、DMF-乙腈二元混合物的汽液相平衡性质,并与实验值进行了比较。模拟结果与实验值较为吻合,验证了力场模型的可靠性。最后在NPT-Gibbs系综中采用TraPPE-UA力场对乙腈-甲醇-DMF三元体系的汽液相平衡数据进行了预测,为设计和优化乙腈和甲醇的萃取分离过程提供了基础数据。     

基于SRK方程混合规则修正的烃类混合物相平衡计算研究

为改进SRK方程对烃类混合物相平衡计算的准确性,采用修正方程中系数计算的混合规则,在分析众多混合规则的基础上,采用SR混合规则来计算SRK方程中的系数,基于-型相平衡模型,应用Newton-Raphson迭代算法计算求解,并将计算结果与现场实测数据进行对比分析,结果表明,采用SR混合规则后的SRK状态方程对烃类混合物的相平衡预测精度高,验证了方法的有效性,并且通过计算发现该方法不适合混合物中H2S等酸性气体的相平衡数据计算。     

DMF的力场构建及乙腈-甲醇-DMF三元体系的汽液相平衡模拟

采用量子化学和Gibbs系综Monte Carlo模拟相结合的方法,对Tra PPE-UA力场中缺失的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)力场参数进行了补充,为含DMF多元体系的汽液相平衡模拟奠定了基础。采用新构建的力场参数,在NVT-Gibbs系综中计算了DMF的汽液相平衡性质,结果表明该力场能准确计算出DMF的饱和液相密度、蒸气压、沸点、临界值和蒸发焓。在NPT-Gibbs系综中,采用Tra PPE-UA力场分别计算了乙腈-甲醇、DMF-甲醇、DMF-乙腈二元混合物的汽液相平衡性质,并与实验值进行了比较。模拟结果与实验值较为吻合,验证了力场模型的可靠性。最后在NPT-Gibbs系综中采用Tra PPE-UA力场对乙腈-甲醇-DMF三元体系的汽液相平衡数据进行了预测,为设计和优化乙腈和甲醇的萃取分离过程提供了基础数据。     

强非共沸工质R134a/R23/R14汽液相平衡和压焓图的构建及应用

基于PR状态方程,分模块模拟计算了三级自动复叠制冷系统中R134a/R23/R14三元混合工质的热物理特性参数,得到非共沸混合工质的汽液平衡数据、两相组分,并利用干度计算焓熵值,构建了典型配比下混合工质的压焓图和汽液相平衡图。二元R134a/R23和R32/R134a混合工质的泡点压力和气相组分的计算值与实验测试值的误差分别小于1.3%、1.2%和1.0%、2.4%;三元R32/R125/R134a混合工质95%的计算值与实验值的偏差在±5%之内,表明该模型能满足工程计算需要。利用理论模型,结合实验系统,对R134a/R23/R14三级自动复叠制冷系统进行详细的组分等热物性分析,并在空间压焓图上进行了详细表述。     

Heat transfer in boiling of multicomponent mixtures

Pool boiling data of multicomponent mixtures show that the heat transfer coefficients can be considerably lower than those of a corresponding pure fluid with the same physical properties as the mixture. The proposed model, which assumes maximum mass transfer resistance in the liquid boundary layer, is confirmed by the comparison between calculated and experimental data. The model allows the prediction of heat transfer coefficients in pool boiling of mixtures using only single component properties and vapour-liquid equilibrium data. Judging by experience with a number of different systems, the method should be sufficiently accurate for most practical applications.     

UNIFAC基团贡献法预测混合制冷剂的气液相平衡

将UNIFAC基团贡献法成功地应用于HFCs混合制冷剂的气液相平衡热力学性质的预测.根据资料拟合得到了CH₂、CF₂、F三个主基团的相互作用参数, 用拟合的基团相互作用参数预测了新工质对R32/R227ea、R227ea/R134a和R152a/R227ea及三元混合制冷剂R32/R125/R134a的气液相平衡数据,并与实验进行了对比,两者基本吻合.本工作为今后HFCs混合制冷剂替代和制冷系统研究提供了极有推广价值的物性计算方法和数据,满足了新工质工程设计的要求.     

高聚物双流体配位溶液理论——混合物体系的状态方程及其应用

基于双流体高聚物统计热力学模型,推导出高聚物混合体系的状态方程,并对聚异丁烯/环己烷、聚异丁烯/苯、聚二甲基硅氧烷/苯、聚二甲基硅氧烷/二甲基硅氧己烷等四个体系的pVT数据进行了关联,关联结果令人满意,并提出了流动因子τ的概念,此τ值可以从平衡性质(pVT数据)推算得到,用它可以定性地预测聚合物流体的流动性.     

N_2-C_2H_6-CO_2三元系统汽液平衡的实验测定

在低温条件下测定了N_2C_2H_6CO_2系统的汽液平衡。所测数据的温度范围为220.00～253.15K,压力范围为2.00～5.00MPa。实验数据以常用的几个状态方程RKS、PR以及LKP来检验,结果令人满意,实验结果并被用来对以上3个状态方程中二元相互作用系数进行了优选。对于全部105个测量点的汽相组成,实验值和计算值之差的算术平均值分别为0.0064（N_2）,0.0039(C_2H_6）,0.0050（CO_2）,压力实验值和计算值的算术平均相对误差为1.7％。     

氨—氢—氮—甲烷混合物气液平衡预测

利用改进的Ｌ－Ｌ二元互作用函数结合简单的ＲＫＳ立方状态方程关联氨－氢－甲烷混合物的６个组分二元系的相平衡实验数据,得到各组分二元系的二元系作用函数的各参数值,后者用来预测该混合物的气液平衡,预测结果和实验值吻合较好。     

有机物混合液导热系数的预测

文章根据液体物质的导热系数与密度的关系,导出了估算有机物混合液导热系数的计算模型。利用该模型计算了53个体系369个数据点的二元有机物混合液导热系数,计算值与实验值的总平均相对偏差为1.434%,计算值与实验数据吻合较好,计算准确性优于文献方法;文章方法简单方便,只需要混合液各组分的临界温度、临界体积和导热系数数据,就可以直接预测各种温度和组成的有机物混合液的导热系数。     

动态法辅助筛选萃取精馏分离环己烷-苯混合物的溶剂

采用基于UNIFAC模型(改进UNIFAC模型)的较严谨的"动态法"替代传统的"静态法",以FORTRAN语言开发了萃取精馏法分离沸点接近液体混合物(含共沸物)的萃取剂筛选和多元气液平衡预测程序. 经文献中的乙醇-水体系气液平衡实验数据验证,UNIFAC模型和改进UNIFAC模型的平衡气相组成预测结果平均相对误差分别为3.26%和1.74%,表明所开发的程序具有良好的可靠性和适用性. 采用基于改进UNIFAC模型的"动态法"对萃取精馏法分离环己烷-苯混合物的萃取剂进行了计算机高通量筛选,根据适宜萃取剂选取原则和计算结果,经综合考虑选出较好的萃取剂为二氯甲烷和1,2,3-三氯丙烷. 选取二氯甲烷做实验验证,测定了环己烷-苯-二氯甲烷分离体系的部分气液平衡实验数据,结果表明实验值与计算值吻合良好. 以二氯甲烷作为萃取剂具有能耗低、待分离体系热稳定性好和有效能损失小的优点.     

从纯流体与等压下二元流体混合物类比得出的g~E模型

由Gibbs—Duhem方程可得纯流体与等压下二元流体混合物变量间的对应关系.采用类比法,得到了与现行状态方程相同形式的g~E模型.采用3种不同的温度函数,并引入临界共溶点条件,选择与Martin-Hou方程类比而得的g~E模型进行了研究.关联结果表明,所提出的g~E模型能成功地用于关联液液平衡和汽液平衡.     

由PR状态方程计算液体混合物表面张力

在界面化学位的基础上，定义了组分的界面逸度系数，推导出一个新的液体混合物表面张力的表达式，同时用Ｐｅｎｇ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ状态方程计算液体混合物体相和表面相组分的逸度系数，从而实现了由状态方程计算液体混合物表面张力。文中用这一新模型计算了５６个二元体系的表面张力，平均相对偏差为３．３８％，说明该方法是可行的。