基于多种状态方程模型的冷凝法油气回收对比

冷凝法回收油气过程的模拟计算采用何种状态方程尚无定论,建立油气混合物相平衡模型和组分热物理参数模型,进行油气回收过程模拟的对比。相平衡模型主要由状态方程、物质的量平衡方程、热力学平衡条件方程和模型迭代步骤组成,状态方程包括SRK方程、PR方程、TJS方程和理想气体方程。模拟结果表明：状态方程选用SRK、PR和TJS方程,经实验数据验证,满足精度要求;将油气视为理想气体时,计算结果与实际气体状态方程的模拟结果相差较大,冷凝温度越高,偏差越大,油气混合物在冷凝过程中不能视为理想气体;SRK、PR、TJS和Aspen Plus的模拟结果比较一致,相平衡计算应优先选用SRK或TJS方程。     

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。     

状态方程在气固相平衡计算中的应用

状态方程法是研究气固平衡的一种常用方法,但是目前仅有SRK和PR方程运用于元素硫沉积机理的研究。采用RK、SRK、PR、PT和LHSS状态方程对含硫天然气气固相平衡进行了计算,并且比较了不同状态方程对计算结果的影响。通过算例分析可知,对含硫天然气气固相平衡进行计算时每种状态方程都会存在误差,而误差主要来源于实验过程中的误差、状态方程参数设置的误差、数值计算方法的误差等。计算结果表明,采用RK和SRK方程计算误差较大,PR和PT方程两者计算误差差别不大,LHSS方程更适合描述含硫天然气的气固相平衡。     

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。     

基于不同状态方程预测气体水合物相平衡条件

气相逸度的计算结果会直接影响气体水合物相平衡条件的预测精度。基于Chen-Guo模型,选取RK、SRK、PR以及PT四种状态方程计算逸度,分别对甲烷、乙烷以及二氧化碳三种不同气体水合物在不同温度范围内的相平衡条件进行计算。结果表明：纯水条件下,RK方程最适合预测甲烷水合物相平衡条件,而PR方程更适合预测乙烷及二氧化碳水合物相平衡条件;对于冰中,SRK方程适合预测甲烷水合物的相平衡条件,PR方程适合预测乙烷水合物的,而RK方程更适合二氧化碳水合物的;对于甲烷水合物,低于218.2 K的预测是导致模型预测精度偏低的原因;对于乙烷水合物,需要提高低于230.2 K的预测精度;对二氧化碳水合物而言,提高对低于270.7 K的预测可以进一步提高模型预测精度。     

基于不同状态方程预测气体水合物相平衡条件

气相逸度的计算结果会直接影响气体水合物相平衡条件的预测精度。基于Chen-Guo模型,选取RK、SRK、PR以及PT四种状态方程计算逸度,分别对甲烷、乙烷以及二氧化碳三种不同气体水合物在不同温度范围内的相平衡条件进行计算。结果表明:纯水条件下,RK方程最适合预测甲烷水合物相平衡条件,而PR方程更适合预测乙烷及二氧化碳水合物相平衡条件;对于冰中,SRK方程适合预测甲烷水合物的相平衡条件,PR方程适合预测乙烷水合物的,而RK方程更适合二氧化碳水合物的;对于甲烷水合物,低于218.2 K的预测是导致模型预测精度偏低的原因;对于乙烷水合物,需要提高低于230.2 K的预测精度;对二氧化碳水合物而言,提高对低于270.7K的预测可以进一步提高模型预测精度。     

混合工质临界性质的推算研究

采用五种不同的方法计算了四种不同二元混合工质的临界温度和临界压力,研究对比不同方法在推算二元混合临界性质时的精度。其中Peng-Robinson（PR）方程和Soave-Redlich-Kwong（SRK）方程,两种状态方程结合Heidemann等提出的临界点判据计算得到的临界参数与实验结果吻合较好。两种经验公式,改进的Chueh-Prausnitz（MCP）方法和Redlich-Kister方法,以及径向基函数神经网络（RBFNN）在计算混合工质的临界性质时也都有着较高的计算精度。对于临界温度的计算,PR方程、SRK方程、MCP方程、Redlich-Kister方程以及径向基函数神经网络计算结果的绝对平均偏差的最大值分别为1.82%、1.73%、0.95%、0.17%和0.20%。对于临界压力的计算,通过PR方程、SRK方程、MCP方程、Redlich-Kister方程以及径向基函数神经网络计算的绝对平均偏差的最大值分别为6.07%、5.04%、3.49%、1.90%以及0.67%。     

用SRK方程与PR方程求算双组分混合气体热力学性质

流体热力学性质的计算是化工热力学中的一类重要计算,立方型方程经常用于这类计算中。SRK方程与PR方程是在RK方程基础上发展而来的,具有比RK方程更好的计算精度。但现有教材中没有给出PR方程和SRK方程的剩余焓、剩余熵的计算公式,缺失了流体热力学性质计算的系统性。本文通过立方型状态方程的一般形式推导出PR方程和SRK方程的剩余焓、剩余熵的计算公式,利用Excel电子表格计算双组分混合气体的热力学性质。计算过程简捷明了,利于学生更好地理解混合物热力学性质的计算过程。     

超临界二氧化碳与二苯醚相平衡研究

为了解决煤焦油及其轻质化产物中二苯醚的萃取精馏分离问题以及为后续的高效分离过程提供工程数据,本文自行设计并搭建了一套流动法可视化高温高压相平衡测定装置,对二苯醚-二氧化碳体系的相平衡数据进行了测定,测定温度为313.15K、333.15K和353.15K,测定压力为8～18MPa,并使用Peng-Robinson (PR)和Soave-Redlich-Kwong（SRK）状态方程结合Quadratic、Adachi-Sugie、Mathias-Klotz-Prausnitz混合规则对的超临界二氧化碳与二苯醚相平衡数据进行了关联计算,关联结果表明PR和SRK状态方程结合AS混合规则可以获得较为准确的关联结果,而传统二次型混合规则得到的计算结果误差相对较大。此外,关联计算还表明,选择合适的混合规则后,不同状态方程的关联结果相差不大。这表明,对于低挥发性的液体与二氧化碳这类非对称混合物体系,相平衡模拟计算的关键在于选取合适的混合规则。     

立方型状态方程在R134a热力性质计算中的研究

比较了SRK方程,PR方程,童景山方程和苏志军方程4个通用立方型状态方程用于R134a饱和气、液的体积计算准确度。计算表明,在-50~90℃的范围内,童景山方程的计算偏差最小,饱和气与饱和液体积的计算值与文献值的平均偏差为1.63%和4.12%;PR方程的计算平均偏差为1.90%和4.76%;SRK方程平均偏差最大,为3.35%和18.64%;苏志军方程的计算偏差与PR方程基本相同,为2.00%和5.21%。结果表明,对于R134a来说,童景山方程的计算结果更加精确,更适合用于R134a热力性质的工程计算。     

PR方程与SRK方程在计算水露点中的比较与应用

水露点是天然气管道输送安全的一个重要指标。介绍了PR方程与SRK方程,利用两个方程的不同混合法则及相平衡计算,通过编写程序,计算出在相同条件下,不同方程之间计算出的水露点的差异,得出利用PR方程计算出的水露点较SRK方程计算的结果偏低。     

五个立方型状态方程应用于多元混合物高压P—V—T关系预测结果的比较

本文系统地比较了五个立方型状态方程:Soave-Redlich-Kwong(SRK)、Peng-Robinson(PR)、Patel-Teja(PT)、Schmidt-Wenzel(SW)和Yu-Lu(YL)方程应用于预测多元烃类等非极性混合物高压P-V-T关系的结果,经对28组7至10元非极性混合物实测P-V-T数据点的考核,发现对露点压力的预测,SW方程的平均误差最小(2.68％),YL方程的平均误差最大(4.33％);对露点体积的预测,PR方程和YL方程的计算结果稍差,平均误差分别为4.88％和3.83％,而其它三个方程的平均误差均在2.50％左右。经对混合物于等温恒组成膨胀过程中反凝析液体量217个实测点的考核,结果表明在不作任何状态方程参数调节的情况下,三参数状态方程对所考核的体系并不能给出全部较优化的结果,SW方程和YL方程的计算结果与两参数PR方程类似,虽PT方程的误差最小,但仍嫌大,特别是在露点压力附近。因此,对实际过程中反凝析液体量的计算(如凝析气液体),直接应用状态方程而不作任何参数调节很难得到满意的结果。     

运用立方型方程预测超高压下气体的压缩因子

通过vdW方程、RK方程、SRK方程和PR方程预测氮气、二氧化碳和甲烷气体在超高压情况下的压缩因子,此外进一步运用PR方程预测空气在压强为1000~2000 MPa的压缩因子,并与文献值进行比较,发现PR方程在超高压下计算气体压缩因子时有较宽的适应范围和较好的精度。     

混合物临界性质的预测

本文基于Heidemann和Khalil的临界状态判别准则,对混合物临界性质进行了预测。为了扩展应用到极性混合物并提高预测质量(尤其是预测临界体积的准确度),本文应用了最近提出的立方型转子链(CCOR)状态方程及局部组成型的CCOR状态方程。按以上二模型及SRK和PR模型对十六组极性和非极性二元及三元混合物计算了临界性质。计算结果表明:CCOR模型应用于极性和非极性体系均能获得良好效果,尤其对临界体积(Vc)的预测,其准碓性较之SRK和PR模型有显著的提高。     

状态方程法计算热力学剩余性质的比较

文章介绍了化工热力学剩余性质和状态方程的概念,以Mathcad软件设计了三种状态方程RK、SRK、PR方程计算剩余性质的过程。结果发现采用Mathcad软件计算可以简化计算流程,快速得到结果,令初学者产生学习的信心。     

常用立方型状态方程系数的推导

为了更深入理解、掌握立方型状态方程,笔者将临界点特征微分式应用于多个经典立方型状态方程(vdW方程、RK方程、SRK方程、PR方程),借助微积分、迭代,分别求出方程中的常数,vdW方程中的a=(27R2TC2)/(64pC),b=(RTC)/(8pC);RK方程中的a=0.42748(R2TC2.5)/(pC),b=0.08664(RTC)/(pC);SRK方程中的aC=α(T)×0.42748(R2TC2)/(pC),b=0.08664(RTC)/(pC);PR方程中的aC=α(T)×0.45725(R2TC2)/(pC),b=0.07779(RTC)/(pC);求解出的常数与教科书中提供的数值一致。立方型方程系数的推导,学生较好地锻炼了区分变量的问题,能为其后续剩余性质、偏摩尔性质的学习打下坚实的基础。     

三级冷凝法油气回收工艺流程模拟

使用PR模型对三级冷凝油气回收过程进行了模拟,考察了各级冷凝温度对油气回收过程的影响。研究发现:当预冷温度在-30~20℃之间、二级冷凝温度在-80~0℃之间时,预冷温度和二级冷凝温度对油气回收率几无影响;三级冷凝温度越低,油气回收率越高;系统总能耗随着预冷温度和二级冷凝温度的增加先降低后增加,随着三级冷凝温度的下降而增加。综合考虑油气回收率和系统总能耗,最佳预冷温度、二级及三级冷凝温度分别设定为5,-35及-75℃。     

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。     

近临界状态下甲醇——大豆油液液相平衡数据的测定与关联

测定了近临界状态下甲醇一大豆油二元体系的液液相平衡数据,温度、压力范围分别为381．2～472．2K、9．79～18．16MPa。用PR状态方程关联了所测的液液相平衡数据。PR方程中的参数a和b采用vander Walls单流体混合规则。采用单参数van der waals模型计算交互参数项aij和bij,二者各包含一可调参数kij和lij。对可调参数kij和lij,采用了与温度无关和与温度有关两种处理方法,并根据实验数据估计了可调参数值。采用与温度无关的可调参数时,用PR方程关联实验数据所得均方偏差和平均偏差（按质量分数计）分别为0．0391和0．0166;采用与温度有关的可调参数时,均方偏差和平均偏差相应为0．0380和0．0162。表明PR状态方程适用于近临界状态下甲醇与大豆油的液液相平衡计算。     

状态方程模拟醇胺系统的密度和汽液相平衡

通过考虑醇胺分子间的缔合作用,结合先前开发的非缔合变阱宽链流体状态方程(SWCF-VREOS)建立了一个缔合方阱链流体状态方程,并利用方程模拟了醇胺系统的密度和汽液相平衡。通过关联不同温度下醇胺的饱和蒸气压和液体体积得到了18种醇胺流体的分子参数,新方程计算的饱和蒸气压和液体密度总的平均误差分别为0.94%和0.88%。结合简单的混合规则,将此方程扩展到混合系统。研究发现,建立的方程可预测二元和三元醇胺混合物的密度。当引入一个与温度无关的可调参数时,方程能满意关联二元系统的汽液相平衡数据,并可进一步预测多元混合系统的汽液相平衡,预示着新方程可模拟醇胺系统的相行为。