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1、热力学方法选择-proii学习必备应用指南 对于选择适当的热力学计算方法,本章给出了简单的经验规则。 概述 通常，对于任意给定的应用都有几个合适的热力学方法。用户应 该尝试确定哪个方法最能描述全流程，同时尽量选择最简单的、最适 当的热力学选项。用户应该牢记最好的热力学方法与实际最相符合。 当可以得到实验或实际操作数据时，有必要试几个选项并比较其结果， 以获得最可行的模型。下面指南被分成四个基本应用类型，它们是：z 炼油和气体处理z 天然气z 石油化工z 化学和环境 对于每一种应用，所遇到的各种类型的单元操作都推荐了热力学 方法。21.1 炼油和气体加工应用水处理由于多数含水系统，用较简单的烃热
2、力学方法同时用缺省水倾析 选项完全可以满足模拟需要。这些方法是：SRK、PRCS、GS、CSE、GSE、IGS、BK10、BWRS。对于这些方法中的每个方法，溶解在烃相中的水量是用SIMSCI或 KEROSENE 关联式计算。 SI M S CI 方法是依据水在纯组分中的溶解度， 而KEROSENE关联式是依据API技术手册中图9A1.4给出的水在 煤油中的溶解度。此外，可用状态方程法SRK和PR计算水溶解度。剩余的水可作为纯液态水物流倾析，该纯水物流的性质可通过用 饱和水性质或用水的全 keynan 和 keyes 状态方程来计算。如果水以 过热蒸汽状态存在，应使用key nan和keyes
3、方程。PRO/II 用系统温度下水的蒸汽压来计算蒸汽相中水的量，用户可 以选择内置物流表（缺省）或GPSA数据手册中图20-3来计算水 蒸汽压。GPSA值应该用于高于2000psia（ 136大气压）的天然气系 统。对于烃在水中溶解度很大的系统，应该用一个更准确的方法。推 荐使用kabadi-Danner对SRK状态方程的修正式（SRKKD ）。该方 法可以通过用 METHOD语句上的SYSTEM （ VLLE ）二SRKKD或 KVALUE （ VLLE ）二SRKKD来选择。SRKKD方法进行严格的汽-液 液平衡计算来预算水在烃相中的量和烃在水相中的量。它根据水存 在于每一相中的数量来使用
4、水和烃交互作用参数。低压原油加工系统减压塔、常压塔是典型的低压原油处理系统。这些单元通常呈现 出近似理想状态，用简单的方法就能达到要求。结果的精度更多地取 决于原油进料特性的确定，而不是取决于所选用的热力学方法。 BK10 方法是合适的，它比较复杂的一般烃方法GS、SRK或PR更快。用户 可以首先尝试用BK10求解单元。如果结果不理想，再用一个更复杂的 方法。如果结果与装置数据不符，用户应该在使用其它热力学方法之 前试用不同的分析和确定特性方法。应该用API方法计算液相密度。在模拟减压单元操作时，热裂化是产生误差的主要根源。为了正 确模拟塔，可以用减压塔塔顶馏出物产品的实验分析数据来估算应加
5、到进料物流中的轻端馏分量。不使用直接分析数据，取而代之，可以 将甲烷加到进料中，并做调整直到温度分布与装置的数据匹配：推荐的方法 说明BK10 速度快且容易使用，并给出可接受的答案。GS/IGS/GSE对低压系统与BK10相当，用LK代替CP焓可 得到更好的答案。SRK/PR对于轻馏份在塔顶附近较多时，其结果比用BK10要好一点，但需要的CPU时间会比BK10 多。高压原油加工系统、FCCU主分馏器和焦化主分馏器高于一个大气压的塔通常包含更浓的较轻组分 ,因此，需要更复杂 的热力学方法。过去， BK10 广泛地应用于此类应用。但预计 PR、 SRK、GSE、IGS 和 GS 会给出更好的结果。
6、用户应该记住：对于获得 与装置操作数据吻合较好的结果来讲,石油馏份的特性划分比热力学方 法更重要。应该用API方法来计算液相密度。对 FCCU 主分馏塔，其石油馏分比原油馏分缺氢很多。由于大部 分特性关联式是从原油数据导出的，预计其结果准确度比原油馏分的 更差一些。推荐的方法说明GS/GSE/IGS 通常比 SRK 或 PR 快，在有高浓度的轻组分情况下, 精确度差一些。用LK代替CP焓可以提高精度。SRK/PR如果塔顶轻原油占主要成份，则用SRK或PR。 重整和加氢装置这些单元包含高氢含量的物流，对于SRK和PR方法，PRO/II数 据库包含大量含氢组分对的二元交互作用参数。应该用 API
7、方法来计 算液相密度。以前，GS已经成功用于富氢系统。通常，采用SRKM和PRM， 同时改进以前版本PRO/II的交互作用参数，会给出更好的结果。推荐的方法说明SRK/PR因存在高浓度氢，推荐使用。润滑油和溶剂脱沥青单元 这些单元通常有非理想组分存在，并需要一个更复杂的热力学方 法。推荐使用SRKM或PRM，但其结果准确程度将取决于用户所提供 的非理想组分的交互作用参数。除非可以得到这些数据，否则，不应 采用该复杂的方法。如果得不到具体的数据， SRKM 产生的结果与 SRK相当，通常应采用SRK或PR方法。应采用API方法来计算液相 密度。推荐的方法说明SRKM/PRM 在使用用户提供的非理
8、想组分交互作用数据时采用。SRK/PR 当没有用户提供交互作用数据时使用来取代 SRKM 或 PRM 方法。这些方法需要CPU的时间比SRKM或PRM的少。21.2 天然气系统对于含N2、C02或H2S低于5%的系统，一般的状态方程如SRK、 PR或BWRS能给出很好的答案。对于氢、二氧化碳、氮和硫化氢的交 互作用参数，当得不到用户提供的交互作用参数时，则用一般的关联 式估算。BWRS方法应谨慎使用。因为它不像SRK或PR那样能很好 地外推到超临界范围。对于含高浓度酸性气体的系统，缺省的交互作用参数不可能产生 最好的结果。仍然使用一般的状态方程，但用户应该提供更好的交互 作用参数以获处更好的结
9、果。缺省的水倾析选项通常是能接受的。但对于高压系统，烃在水中 的溶解度很大， 并且水在烃中的溶解度关联式不适用， 则应将 Kabadi-Da nn er对SRK的改进式与VLLE选项一起使用。在PRO/II中 Kabadi-Danner 方法已作为一个选项，它已经扩展，将氮、氢、二氧 化碳、一氧化碳和硫化氢作为特定组分。当用户提供了适当的交互作 用参数时，依据石油馏分的组分的 Watson 特性参数将它们大致分为 链烷烃、烯烃、芳香烃或环烷烃。对于包括非烃组分(如作为抑制剂的甲醇和乙二醇)的系统，必须用 更复杂的混合规则以获得更好的结果。SRKM和PRM方法特别适用于 这些系统，但用户必须保证
10、输入所有相关的交互作用数据。这些方法 自动访问SIMSCI数据库，以检索所有可用的交互作用数据。但如果库 里不存在组分对的数据时，用户必须提供附加的数据。如果预测存在 两个液相，在METHOD语句中必须给定VLLE选项。用COSTALD方法计算T r0.95组分的液相密度，该选项不是缺 省的方法，并且别指定。推荐的方法说明SRK/PR/BWRS 对大部分烃和烃水系统，这些方法给出好的结果SRKKD对包括烃和水的高压系统，用SRKKD(VLLE)。SRKKD用的 CPU时间比SRK多。如果有其它极性组分，如甲醇，则不用SRKKD。SRKM/PRM/SRKS 对包括水和其他极性组分的系统，如甲醇系
11、统 用这些方法，对该类系统，用这些方法时总应选择VLLE选项。SRKP/PRP 它们是 SRKM 和 PRM 的简单形式。这些方法不如 SRKM 或 PRM 好，且没有明显减少 CPU 时间。乙二醇干燥系统对这些系统，已经建立了 SRKM 方法的交互作用参数的 GLYCOL 库。该库是SRKM交互作用数据总库的子库。对于TEG干燥系统，所 填入的数据是应用于一个窄的温度和压力范围，对于EG和DEG干燥 系统，数据的应用范围更窄。调用GLYCOL系统自动检索GLYCOL交 互作用参数。推荐的方法说明GLYCO PRO/II 含有典型 TEG 干燥系统的特殊交互作用参数，对 于EG和DEG干燥系统
12、，它所含的交互作用参数更少。酸水系统在标准的PRO/II版本中，有两种方法适用于汽一液平衡估算。它 们在 METHODS 语句中用 SOUR 和 GPSWATER 指定。此外，在 PRO/II的电解质版中，用户可使用几个电解质模型。SOUR该方法是依据计算酸性水组分(H2O,H2S,CO2和N H3)的API/EPA SWEQ (酸水平衡)模型和计算所有其它组分的SRKM的一个组合形 式而建立的。推荐应用的范围为：温度(F) 68t/t压力 P1500psia组成 X WT NH3 + X WT CO2+ X WT NH30.30这里X WT i是组分在水相中的重量分率。通常，如果要减小CPU
13、时间，该方法比GPSWATER可取。GPSWAT该方法依据计算酸性水平衡GSPWAT程序建立的。GPSWAT方 法用于为酸性水组分(H2O、H2S、CO2、NH3、CO、CS2、COS、 MeSH和EtSH)生成K值。所有其它组分用SRKM计算。推荐的应用 范围为：温度(F) 68t/t压力 P2000Psia组成 X Wt NH30.40酸水局部压力 P CO2P H2S1200psia与SOUR方法相比，GPSWAT方法可用于较宽的应用范围，但需 要更多的计算时间。电解质版本当碱用于PH控制，或当HCN或苯酚的分布很重要时，该方法特 别适用。在对PRO/II手册的补充手册中，有对这一功能的
14、介绍，且作 为标准 PRO/II 版本的一个附加功能来用。详细说明请找 Simsci 代理 联系。推荐的方法说明SOUR用于大多数酸水的应用中。GPSWAT适用范围比SOUR宽，但CPU时间长。 PRO/II 的建议用于含HCN、苯酚或碱的系统。电解质版本胺系统AMINE 软件包用于为胺水溶液系统和包括 H2S、CO2、H2O、 MEA、DEA、DGA、DIPA和MDEA酸性气体生成K值。所有其它组 分的K值用SRKM计算。当用该软件包时，必须至少有一个胺和水组 分。PRO/II 提供了 MEA、DEA、DGA、DIPA 和 MDEA 的平衡常数 的数据。但在最终设计时不推荐使用DIPA数据。
15、对于MDEA，为考 虑组成方面的影响,对模型做了修改。用户可以为胺 K 值计算定义无量纲的滞留时间校正系数。这些校 正系数只适用于 MDEA 或 DGA 系统。对其它胺系统，既使该项出现 了也忽略。用户可以在THERMO DATA部分的KVALUE关键字下取代 缺省值0.3。RESI的值是1.0对应的是一个平衡模型。数据包可以用于在气体处理过程通常所遇到的浓度范围和酸性气 体负荷范围。它包括接触器和再生器的温度和压力。MEA工艺过程成 功地用于 25100Psig 操作范围,但 DEA 在这样的条件下效果不好,而 通常用在更高的压力下。一般来说，MEA接触器的压力范围是从100 到500psig，DEA系统的压力范围是从100到1000psig。胺再生器 一般在低于275F温度下操作，常用的温度为255F。MEA和DEA在 胺溶液中浓度分别在1525wt%和2525wt%之间。AMINE包通过对IDEAL饱和液相焓采用一个校正系数来考虑反应 热的影响。SRKM还是用于实际蒸汽密度计算，IDEAL值用于液相密 度计算。电解质版本PRO/II 中的电解质版本作为标准 PRO/II 版本的一个附加功能来 用。PRO/II电解质包括酸气模型，酸性气体包括H2S和/或CO2及任 种胺（MEA、DEA、DGA、DI
