物性方法选择概述.docVIP

对于初学者而言，除非他十分熟悉热力学的内容，否则物性方法的选择确实是个难点，在你们还没有重新学习过热力学或者精度过Aspen Plus物性方法和模型手册之前，出于学习软件的目的，先讲一下物性方法。 首先要明白什么是物性方法？ 比如我们做一个很简单的化工过程计算，一股100℃，1bar的水-乙醇(50：50摩尔比，100kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80℃,0.9bar, 1.入口物料的密度，汽相分率。 2.换热器的负荷。 3.出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。复杂一点，我还可以问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。 以上的值怎么计算出来？ 好，我们来假设进出口物料全是理想气体，完全符合理想气体的行为，则其密度可以使用pv=nRT计算出来。并且汽相分率全为1，即该物料是完全气体。由于理想气体的焓与压力无关，则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。 在此例当中，描述理想气体行为的若干方程，就是一种物性方法（Aspen Plus中称为Ideal Property Method)。简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包含了若干物理化学计算公式。对于本例而言至少包含了如下两个方程： 1.pV=nRT 2.dH=CpdT 实际上，以上是一种最简单的计算方法，但结果是错误的。对于水-乙醇体系在此两种温度压力下，如果当作理想气体来处理，其误差是比较大的，尤其对于液相。按照理想气体处理的话，冷却后仍然为气体，不应当有液相出现。 那么应该如何计算呢？主要涉及以下过程： 1.对于汽相pvt计算，可以使用srk方程，从而可以得到密度。液相也可以使用状态方程计算密度，但此处不推荐使用，可以使用Rackett模型计算液相密度。 2.至于物流的相态，则首先需要做汽液平衡计算。 3.在进行汽液平衡计算时，液相应用活度系数方程计算组分的逸度系数，并且还需要使用拓展antoine方程计算蒸汽压力。 4.换热器负荷的计算比较复杂，可以使用进出口物流焓差来计算，那么需要计算出进出口物流的焓。 5.焓的计算有多种途径，对于液相比较常用的方法是计算理想液体混合物焓，然后再加上过剩焓计算出来。要计算非理想液体混合物过剩焓，则可通过混合物质汽相焓与蒸发焓差来计算，非理想性比较强是还要考虑混合焓差。 由此可见，实际过程至少包含如下公式方程： 1.状态方程srk, 2.液相密度方程rackett. 3.拓展antoine方程. 4.汽，液相逸度系数方程 5.液相活度系数方程 6.汽相焓方程，通过srk方程导出，需要设计纯气体Cp=f(p,t)方程。 7.液相焓方程，相当复杂，此处不再重复。 8.其他方程，包括数学方程，比如以上计算时涉及到了微积分运算，汽液平衡的回归运算等等。 以上方程，如果需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很容易出错。好在模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。 对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk，液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等)，在Aspen Plus中将此中方法叫做活度系数法，如果你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就称为wilson物性方法(Wilson Property Method)。这种物性方法中已经囊括了所有上面提到的方程公式。 在Aspen Plus中（或者因该说在化工热力学中）有两大类十分重要的物性方法，对于初学者而言，了解到此两类物性方法，基本上就可以开始着手模拟工作了。 大体而言，根据液相混合物逸度的计算方法的不同，物性方法可以分为两大类：状态方程法和活度系数法。状态方程法使用状态方程来计算汽相及液相的逸度，而活度系数法使用状态方程计算汽相逸度，但是通过活度系数来计算液相的逸度。 常见的状态方程有ideal, srk, pr, lk方程以及他们的一些改进方程。状态方程法就是基于此类状态方程来计算逸度，压缩因子，焓等等的物性方法。 常见的活度系数方程有nrtl, wilson, uniquac等。活度系数法就是基于此类活度系数方程来计算液相逸度，液相焓等的物性方法。 一般而言，对于常见的烃类如烷，烯，芳香族，无机气体如O2、N2等非（弱）极性的化合物，选用状态方程法；对于极性强的化合物，如水-醇，有机酸体系选用活度系数法。另外对于汽相聚合的物质，应选用特别的活度系数法，可以计算汽相聚合效应。对于无机电解质体系，选用elecnrtl物性方法。 关于更多更详细的物性方法选择请参考物性方法与模型手册。