天然气液化中采用PR方程的气液相平衡计算.docxVIP

天然气液化中采用PR方程的气液相平衡计算李佩铭,焦文玲,张世泽黑龙江哈尔滨150090)(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,摘要:使用PR状态方程和多组分的气液平衡方程及条件对天然气液化流程中的物性参数进行气液相平衡计算,根据计算结果判断PR方程的精确度。关键词:天然气液化;PR方程;气液相平衡计算文章编号:1000-4416(2008)04-0B21-04中图分类号:TU996文献标识码:ACalculationofVapor2liquidPhaseEquilibriumbyPREquationinNaturalGasLiquefactionLIPei2ming,JIAOWen2ling,ZHANGShi2zePRstateequation,multi2componentvapor2liquidequilibriumequationsandconditionsAbstract:areusedtocalculatethevapor2liquidphaseequilibriumforphysicalparametersinthetechnologicalprocessofnaturalgasliquefaction.TheaccuracyofPRequationisestimatedaccordingtothecalculationresults.calculationofvapor2liquidphaseequilibri2Keywords:naturalgasliquefaction;PRequation;um在常用的天然气液化流程即级联式液化流程、丙烷预冷混合制冷液化流程和带膨胀机的液化流程中[1],国外已经对其热力学过程进行了精确的模拟和研究,取得了较好的经济效益,而国内在液化流程热力学模拟方面的资料较少,因此对天然气液化流程的模拟显得至关重要。在各种天然气液化流程的热力学模拟中,最终目的是得到整个流程中各个节点的物性参数,即温度、压力、流量、摩尔分数、焓、熵等,以便对流程中的一些特性参数进行研究,如压缩机功耗、制冷量。计算物性参数需要计算(t、p)条件下的气液相平衡和焓、熵[1～3],气液相平衡计算结果为焓、熵的计算提供依据。因此,气液相平衡计算是整个流程计算的基础。气液相平衡计算方法[4～7](t、p)条件下的气液相平衡计算是指温度t、压力p已知,当含有N个组分的混合物在等温等压条件下进行部分冷凝或气化时,会产生气液两相,气液两相经过一次紧密接触后达到平衡,随即分离。在天然气液化流程中,气液相平衡计算即在该流体是气液共存的前提下,由进口压力、进口温度、进料量和进料混合物的摩尔分数来确定出口的气相流量、液相流量、气相摩尔分数和液相摩尔分数。计算气液相平衡的方法有两种:一种为通过逸度系数求解相平衡,逸度系数的具体表达式由状态方程推导得到,因此通过逸度系数求解相平衡的方1基金项目:国家自然科学基金资助项目·B21·液化天然气煤气与热力第28卷第4期法也常称为状态方程法;另一种即通过活度系数求解相平衡。本文选用常用的状态方程法求解气液相平衡。工程上常用的状态方程主要有两类:维里型状态方程和立方型状态方程。维里型状态方程可以可靠地描述气相和液相性质,但它不适用于极性混合物,而且此方程缺乏精确的体积数据来确定高次项维里系数,一般又很难应用到更高压力范围,并且维里方程和单独一套维里系数又不能同时描述气、液两相。立方型状态方程是能展开成体积3次幂多项式的真实流体状态方程,由于能够解析求根,因而在工程上得到广泛应用。本文在计算天然气和混合制冷剂气液相平衡的过程中采用立方型状态方程中的PR状态方程。N———混合物所含组分的种类数Tc,i———组分i的临界温度,Kpc,i———组分i的临界压力,Pa[1]Ki,j———二元交互作用系数wi———组分i的偏心因子Tr,i———组分i的对比温度由于式(1)～(9)计算较为复杂,通常可将PR方程基本形式转化为用压缩因子和逸度系数表示的计算式来计算气液相平衡,其表达式如下:322Z-(1-A)Z+(B-3A=0-2A)Z-(AB-A2-A3)(10)pVm(11)Z=RTA=bp(12)RTPR状态方程基本形式及计算式[8～12]PR方程基本形式如下:2ap(13)B=(RT)2RTa(1)Ap=-i22lnl,i=A(Z-1)-ln(Z-A)+Vm-bNVm+2bVm-b(2)b=∑xz,ibiAiB2NZ+2.414A(14)-∑xl,jai,jlni=12.828AZ-2.414AAaj=10.0778RTc,i(3)bi=Aipc,ilnv,j=(Z-1)-ln(Z-A)+AAiNN(4)(5)a=∑∑xz,ixz,jai,jB2NZ+2.414Ai=1j=1ai,j=(