化工设计课件：第2章 1 组分、物性及物性计算模型

1、化工设计第二章 IT工具应用1第一讲：组分、物性及物性计算模型主要内容热力学方法应用3物性参数的估算4热力学方法选择2热力学方法介绍12第一节 热力学方法介绍4一、热力学方法介绍（1）任何化工单元过程及流程均须满足三大平衡： 物料平衡（化学平衡） 能量平衡（热平衡） 相平衡（2）能量平衡计算要求提供物料焓值;（3）相平衡计算要求提供相平衡常数K;（4）某些单元过程计算还要求提供熵值及其它相关性质； 所有这些性质计算都是通过不同热力学方法完成的。2022/8/295一、热力学方法介绍2022/8/296分离过程计算distillation, stripping, evaporation, ext

2、ractionRequire accurate VLE and LLE calculation换热器设计和核算要求焓值及其它性质计算压缩机、膨胀机设计要求熵值及其它性质计算塔水力学计算，管线阻力降、直径计算要求传递性质计算一、热力学方法介绍对于化工过程模拟，准确可靠的热力学方法是必不可少的！7实际体系物性计算的三类方法状态方程法通用关联式法活度系数法一、热力学方法介绍2022/8/298液体活度系数模型Margules (1895)van Laar (1910)Wilson (1964)Non-random Two-Liquid (NRTL) (1968)Regular Solution (1

3、970)UNIQUAC (1975)UNIFAC (1975)2022/8/299液体活度系数模型Van der Waals （1873）Redlich-Kwong （1949）Soave-Redlich-Kwong （1972）Peng-Robinson （1976） 1. 立方型状态方程真实气体的状态方程： 2. 维里（Virial）型状态方程临界温度Tc；临界压力Pc；偏心因子；2022/8/2910状态方程法和活度系数法的比较 状态方程法 活度系数法描述非理想液相的能力有限 可描述高度非理想液相要求二元相互作用参数少 要求大量二元相互作用参数参数可合理随温度外推 参数不能外推，高度依赖

4、于温度可描述气液两相 只能用于液相临界区有一致性 临界区无一致性可用于高压 只能用于低压第二节 热力学方法选择2022/8/29122022/8/2913推荐的物性方法油和气产品一、热力学方法的选择2022/8/2914炼油2022/8/2915ASPEN PLUS 在不同应用推荐的方法：油和气产品气体加工2022/8/2916化工2022/8/2917化学品2022/8/2918煤加工19发 电20合成燃料2022/8/2921水和蒸汽22矿物质和冶金加工23第三节 物性参数的估算 （1）以电解质体系的PH计算为例物性计算方法和模型 (2) 亨利组分 (1)在操作条件下表现为不凝性气体的组分

5、被称为亨利组分(Henry Components),其在液相中的溶解度用亨利定律描述。亨利组分在Components大类下的Henry Comp子类目录里创建一个对象来定义，同时还需在Properties大类下的Parameters子类下的Binary Interaction目录下的Henry-1对象中输入亨利系数的温度关联系数（从数据库里调用）。亨利组分 (2)亨利组分 () 电解质组分 (1)如果系统包含水和在水中会发生电离的电解质(Electrolytes)，我们则需利用电解质向导(Elec Wizard)来帮助我们生成可能发生的各种电离反应和生成的各种电解质组分。 电解质组分 (2)

6、电解质组分 (3)电解质向导分四个步骤操作：、定义基本组分和定义反应生成选项；、从生成物清单中删除不需要的成分和反应式；、选择电解质计算的模拟表达方式；、审定物性方法设置和调整自动生成的亨利组分和反应式。完成后软件会自动引导你从数据库中调取所需的物性参数。 电解质组分 (4) 电解质组分 (5) 电解质组分 (6) 电解质组分 () 电解质组分 () 物性集合(1)如果希望在输出结果中包含所需的物性数据，则可在Properties大类下的Prop- sets子类下创建一个物性集对象，将所需物性包含进去。例如我们想知道流股的pH值，则可定义一个PH物性集对象。 物性集合(2) 物性集合(3) 物

7、性集合(4) 物性集合(5) 报告选项 (1)如果希望在输出结果中包含所需的物性数据，则可在全局设置大类下的报告选项子类下(Report Options)予以定义。 报告选项 (2) 报告选项 (3) 报告选项 (4)Example 2 电离平衡和酸碱中和将1000 m3/hr的氢氧化钙水溶液 (氢氧化钙 5.2 kmol/m3，30 C，1 bar)与4750 m3/hr的氯化钠盐酸溶液(氯化钠5.1 kmol/m3，氯化氢 2.2 kmol/m3，20 C，1.5 bar)混合。求混合后的流股温度、组成和pH值。课后练习提示prop-set物性参数的调取：密度： RHOMX粘度： MUMX

8、表面张力： SIGMAMX pH值：PH导热系数：KMX46The EndExample 2 电离平衡和酸碱中和Example 2 电离平衡和酸碱中和2022/8/2950物性方法什么是物性方法 物性方法是一批方法和模型，模拟系统用它们计算热力学物性和迁移性质。 热力学物性是逸度系数K值、焓、熵、吉布斯自由能和体积；迁移性质是粘度、热导率、扩散系数和表面张力。 2022/8/2951物性方法什么是物性方法 模拟系统提供了多种描述不同状态下用于流体的汽液平衡常数、液液平衡常数、熵、焓、密度和其他传递性能参数等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围，在应用模拟系统解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。52ELECNRTL:Electrolyte NRTL model with Redlich-Kwong equation of state. For aqueous and mixed solvent applications.将1000 m3/hr的氢氧化钙水溶液 (氢氧化钙 5.2 kmol/m3，30 C，1 bar)与4750