2.3　案例分析

案例2-1

用PR方程計(jì)算二氧化碳在273.15K時(shí)的氣液飽和熱力學(xué)性質(zhì)。

利用Aspen計(jì)算過程如下：

① 啟動(dòng)Aspen Plus User Interface，在Setup→Specifications→Global下，設(shè)定輸入以及輸出的單位，選用SI-CABR單位集，默認(rèn)溫度單位為K，壓力單位為bar；選擇Run Type為Property Analysis。

② 在Components→Specifications→Selection下設(shè)定組分為二氧化碳。

③ 在Property→Specifications→Global→Base Method下選擇狀態(tài)方程為PENG-ROB。

④ 在Property→Prop Sets下新建一個(gè)物性集，系統(tǒng)默認(rèn)命名為PS-1，在Property→Prop Sets→PS-1→Prop-erties下設(shè)定物性參數(shù)V（純物質(zhì)體積）、DS（偏離熵），DH（偏離焓）、PHI（逸度系數(shù)）、PBUB（用狀態(tài)方程計(jì)算得到的泡點(diǎn)壓力，就純物質(zhì)而言，泡點(diǎn)壓力即為該條件下的飽和蒸氣壓），在Property→Prop Sets→PS-1→Qualifiers設(shè)定Phase為Liquid和Vapor。

⑤ 在Property→Analysis下新建一個(gè)物性分析，系統(tǒng)默認(rèn)命名為PT-1，SelectType選擇GENERIC。

⑥ 在Property→Analysis→PT-1→System下選擇Point（s）without Flash，輸入二氧化碳的摩爾流量為1kmol/hr。

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下輸入溫度為273.15K，在Adjusted Variables下選擇Variable為Pressure，隨后點(diǎn)擊Range/List，輸入壓力值為1bar。

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下選擇第5步建立的物性集PS-1。

⑨ 點(diǎn)擊Next，計(jì)算完畢，在Results中得到該條件下異丁烷的泡點(diǎn)壓力為34.62bar，將此壓力帶入第⑦步，重新計(jì)算。在Results中查看結(jié)果。

計(jì)算泡點(diǎn)溫度的Aspen計(jì)算過程與“上述蒸氣壓”計(jì)算類似，不同在于第④步中的“PBUB”改為“TBUB（就純物質(zhì)而言，泡點(diǎn)溫度等同于沸點(diǎn)溫度，不能使用TB，因?yàn)門B算出的結(jié)果是在常壓下該物質(zhì)的沸點(diǎn)）”，隨后在第⑨步中算出的“泡點(diǎn)溫度”帶入第⑦步重新計(jì)算。

案例2-2

基于Aspen Plus軟件，計(jì)算T=310.8K，p=15.2MPa，摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.82、0.10、0.08的甲烷（1）-氮?dú)猓?）-乙烷（3）組成的天然氣的摩爾體積（用PR方程，并令相關(guān)的二元相互作用參數(shù)為0。實(shí)驗(yàn)值為144cm3/mol）。

計(jì)算過程如下：

① 啟動(dòng)Aspen Plus，選擇Run Type為Property Analysis；

② 從Setup中設(shè)定Units of Measurement為SI-CBAR，從Components中設(shè)定組分（三個(gè)組分分子式），從Properties設(shè)定性質(zhì)規(guī)定（選PR方程）；

③ 從Property Analysis Generic Input窗口中的System表中單擊Generate框中的Points without Flash（不以閃蒸取點(diǎn)，用于均相性質(zhì)計(jì)算）；

④ 再在System表中單擊Specify Component Flow框，并輸入三組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

⑤ 單擊出Variable頁，指定溫度為310.8K，并在Variable Adjust中輸入變量壓力值15.2MPa；

⑥ 在Tabulate頁中規(guī)定所要計(jì)算的物性，物性內(nèi)容可以在Prop-Sets下調(diào)整，此例所選的物性為VMX，限制相態(tài)為Vapor；

⑦ 單擊運(yùn)行按鈕“N->”運(yùn)行，得到結(jié)果，VMX為139.9242cm3/mol。

案例2-3

用PR方程計(jì)算異丁烷在380K的飽和氣、液相摩爾體積。

利用Aspen計(jì)算過程如下：

① 啟動(dòng)Aspen Plus User Interface，選擇Run Type為Property Analysis；

② 在Components→Specifications→Selection下設(shè)定組分為異丁烷；

③ 在Property→Specifications→Global→Basemethod下選擇狀態(tài)方程為PENG-ROB；

④ 在Property→Prop Sets下新建一個(gè)物性集“PS-1”，在Property→Prop Sets→PS-1→Properties下設(shè)定物性參數(shù)V，在Property→Prop Sets→PS-1→Qualifiers設(shè)定Phase為Liquid和Vapor；

⑤ 在Property→Analysis下新建一個(gè)物性分析“PT-1”，SelectType選擇GENERIC；

⑥ 在Property→Analysis→PT-1→System下選擇Point（s）without Flash，輸入異丁烷的摩爾流量為1kmol/h；

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下輸入溫度為380K，在Adjusted variables下選擇Variable為Pres sure，隨后點(diǎn)擊Range/List，輸入壓力值為22.5bar；

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下選擇第5步建立的物性集PS-1；

⑨ 點(diǎn)擊Next，計(jì)算完畢，在Results中查看結(jié)果。計(jì)算結(jié)果如表2-2所示。

案例2-4

用PR方程計(jì)算由R12（CCl2F2）和R22（CHClF2）等物質(zhì)的量組成的混合氣體在400K和1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa時(shí)的摩爾體積，并假定二元交互參數(shù)kij為0。

利用Aspen計(jì)算的過程見圖2-1。計(jì)算結(jié)果見表2-3。注意，在進(jìn)行計(jì)算前，應(yīng)先了解溫度、壓力等基本單位。在Setup→Specifications→Global下，可以設(shè)定輸入以及輸出的單位，選用SI-CABR單位集，默認(rèn)溫度單位為K，壓力單位為bar；假定兩物質(zhì)的二元交互參數(shù)kij為0，因此在選好狀態(tài)方程后，可以在Property→Parameters→BinaryInteraction→PRKBV-1中，查看各組分的二元交互參數(shù)。在Aspen中，PR方程中的kij由三個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述，即kij=kij1+kij2×T+kij3 / T。而在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到回歸值，在相關(guān)位置進(jìn)行修改后，使得計(jì)算值更貼近實(shí)際值。

案例2-5

用PR狀態(tài)方程計(jì)算正丁烷在273.15K時(shí)的氣、液飽和熱力學(xué)性質(zhì)。

用Aspen Plus計(jì)算蒸氣壓的過程如下：

① 啟動(dòng)Aspen Plus，選擇Run Type為Property Analysis；

② 從Setup中設(shè)定Units of Measurement為SI-CBAR，從Components中設(shè)定組分（組分的分子式），從Properties設(shè)定性質(zhì)規(guī)定（選PR方程）；

③ 在Tools工具菜單中單擊Analysis然后選Property再選Pure（分析純組分）命令，在彈出的對話框中，選擇Property為V，限制相態(tài)為Vapor和Liquid，選擇組分為正丁烷，并指定溫度為273.15K，壓力為0.1MPa（估算），單擊用Save As Form按鈕以窗口形式保存規(guī)定，查看Property Analysis下的Pure-1中Tabulate所選的物性集名稱；

④ 單擊Prop Sets下的Pure-1中所選物性集名稱，然后添加PL、DH、DS、ZMX、PHI，限定計(jì)算為Vapor；

⑤ 運(yùn)行“N->”，得到結(jié)果；

⑥ 將計(jì)算得到的PL值替換設(shè)定的壓力值，然后再次運(yùn)行，得到飽和熱力學(xué)性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果見表2-4。

在Aspen Plus中，計(jì)算出來的偏離熵是“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，任意壓力下的偏離熵的計(jì)算式是：“［S（T，p）］-［S（T，p）］/R”，因此“［S（T，p）］-［S（T，p=1bar）］/R”=“［S（T，p）］-［Sig（T，p）］/R+ln［p（bar）/1（bar）］”。其中的“R”是氣體常數(shù)。

案例2-6

用PR方程計(jì)算異丁烷在400K和2.19MPa時(shí)的壓縮因子、偏離焓、偏離熵和逸度系數(shù)。

用Aspen計(jì)算的過程見圖2-2。計(jì)算結(jié)果見表2-5。

在Aspen Plus中，計(jì)算出來的偏離熵是“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，任意壓力下的偏離熵的計(jì)算式是：“［S（T，p）］-［S（T，p）］/R”，因此“［S（T，p）］-［S（T，p=1bar）］/R”=“［S（T，p）］-［Sig（T，p）］/R+ln［p（bar）/1（bar）］”。其中的“R”是氣體常數(shù)。

案例2-7

用PR方程計(jì)算二氧化碳（1）-正丁烷（2）組成的系統(tǒng)在273.15K、1.061MPa時(shí)的組分逸度系數(shù)、組分逸度和混合物的逸度系數(shù)、逸度、偏離焓、偏離熵（p0=p）（a）X1=0.2的液體混合物。已知二元交互參數(shù)kij為0.12。

用Aspne Plus軟件計(jì)算的過程如下：

① 啟動(dòng)Aspen Plus User Interface，選擇Run Type為Property Analysis；

② 在Components→Specifications→Selection下設(shè)定組分為二氧化碳和正丁烷；

③ 在Property→Specifications→Global→Base Method下選擇狀態(tài)方程為PENG-ROB；

④ 在Property→Parameters→Binary Interaction→PRK-BV-1下將KAIJ改為0.12；

⑤ 在Property→Prop-Sets下新建一個(gè)物性集“PS-1”，在Property→Prop Sets→PS-1→Properties下設(shè)定物性參數(shù)VMX（純物質(zhì)的體積）、DSMX（混合物偏離熵）、DHMX（混合物偏離焓）、PHIMX（組分逸度系數(shù)）；

⑥ 在Property→Analysis下新建一個(gè)物性分析“PT-1”，SelectType選擇GENERIC；

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→System下選擇Point（s）without Flash，輸入正丁烷的摩爾流量為8kmol/h，二氧化碳的摩爾流量為2kmol/h；

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下輸入溫度為273.15K，在Adjust Edvariables下選擇Variable為Pres sure，隨后點(diǎn)擊Range/List，輸入壓力值為10.61bar；

⑨ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下選擇第5步建立的物性集PS-1；

⑩ 點(diǎn)擊Next，計(jì)算完畢，在Results查看結(jié)果，見表2-6。

注意，在用Aspen計(jì)算前，應(yīng)先了解溫度、壓力等基本單位，在Setup>Specifications>Global下，可以設(shè)定輸入以及輸出的單位，選用SI-CABR單位集，默認(rèn)溫度單位為K，壓力單位為bar。在Aspen Plus中，偏離熵的計(jì)算方法為“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，因此需要進(jìn)行換算：“［S（T，p）］-［S（T，p=1bar）］/R”=“［S（T，p）］-［Sig（T，p）］/R+ln［p（bar）/1（bar）］”。其中的“R”是氣體常數(shù)。