PDF《天然气体系三相平衡计算交互作用因子 K》

1 5] .状态方程和混合规则都可以根据计算目标体 系的性质来选取, 以便将误差减至最小, 而交互作用因 子Ki j 代表了多种纯物质变成混合体系时所有的物理

8 3 石油与天然气化工CHEM I C A LE NG I N E E R I NG O FO I L & G A S

2 0

1 6 作者简介: 李浩勇(

1 9

9 2-) , 男, 硕士研究生.现就读于西安石油大学, 研究方向为天然气体系热力学计算及 L NG 热力学条件 与天然气体系脱硫脱碳的研究. E - m a i l : l i h a o y o n g

1 0@1

6 3. c o m 性质的变化.由于目前对混合过程的物理化学机理认 识还不够充分, 没有一个普遍通用的 Ki j 函数具体表 达形式[

1 6 -

1 7] .本文根据计算来确定最适合的 Ki j 参数 值, 通过计算不同 Ki j 的液相逸度并与 A s p e n计算结 果进行分析比较, 最终确定本模型 Ki j的最优值.

1 本模型计算的原理 本模型气液两相平衡用 P R 方程计算: p= R T V- b - a( T) V( V+ b) + b( V- b) (

1 ) 式中: a=Σ i Σ j x i xj a i j b=( 1-Ki j) ( α i α j β i β j) 0.

5 α i=0.

4 5

72 4 R2 T2 c i / p c i β i=[ 1+( 0.

3 7

46 4+1.

5 4

22 6 ω i- 0.

2 6

99 2 ω

2 i ) ( 1-T0.

5 r i ) ]

2 b=Σ i x i b i b I=0.

0 7

78 R T c i / p c i Ki j为交互作用因子, 将在第2节讨论. 令A=a p / ( R T)

2 , B= b p / R T, Z=p V / R T, 则组 分i的液相逸度系数φ l i 用式(

2 ) 计算: l n φ l i= B i B ( Z-1 ) - l n ( Z-B) + A 2.

8 2

8 B i B -

2 a Σ x i j a i é ? ê ê ù ? ú ú j l n Z+2.

4 1

4 B Z-2.

4 1

4 é ? ê ê ù ? ú ú B (

2 ) 所以组分i的液相逸度f l i=x i φ l i p, 其中, x i 为组 分i的摩尔分数, p 为体系压力. 本模型将固相的析出组分作为纯固体物质处理, 计算出固体标准逸度f s i o , 进而计算天然气中该组分的 固相逸度f s i, 对于固相其f s i≈f s i o , 其中标准逸度由以 下热力学关系式( 式3 ) 推出. f s i o =f l i o e x p - Δ Hf i R T 1- T Tf ? è ? ? ? ÷ i +

1 R T ∫ T f i T ( C l p i-C s p i) d T-

1 R ∫ T f i T ( C l p i-C s p i) T é ? ê ê ù ? ú ú d T (

3 ) 式中: f l i o 为组分i 的液相标准态逸度, f l i =x if l i o ;

( C l p i-C s p i) 为恒压热容差, ΔCp i =C l p i -C s p i =b 1Mi + b 2Mi T, b

1 和b

2 为常数, 取近似值为b 1=0.

3 0 33, b 2= -4.

6 3 5*1 0-4 ;

Δ Hf i 为组分i 的熔化焓;

Tf i 为组分i 的熔点.

2 交互作用因子K i j 的取值 2.

1 不同条件下K i j 的取值 文献资料显示[

1 7 -

1 8] , 多组分混合体系中 Ki j 的取 值一般在0到0. 1之间.本文在0到0. 1之间对 Ki j 取值, 计算了混合体系的液相逸度系数.计算体系组 成及性质如表1所示[

1 9 ] . 表1 计算体系组成及性质 T a b l e1 C o m p o s i t i o na n dp r o p e r t yo f c a l c u l a t i o ns y s t e m 组分 摩尔分数 组分 摩尔分数 氮气 0.

0 0

77 异戊烷 0.

0 0

12 6 甲烷 0.

9 3

14 正戊烷 0.

0 0

11 3 乙烷 0.

0 2

73 环己烷 0.

0 0

04 8

6 丙烷 0.

0 1

48 苯0.

0 0

02 5

3 异丁烷 0.

0 0

68 庚烷 0.

0 0

28 3 正丁烷 0.

0 0

54 甲苯 0.

0 0

06 4

1 由计算数据分析得出, Ki j的取值和烃类中碳原子 的数量有关系.以碳四和碳五为分界线, 碳四及以下 轻烃和碳五及以上重烃的 Ki j取值规律不同. 2. 1.

1 碳四及碳四以下轻烃的 Ki j取值 碳四及碳四以下轻烃在 Ki j =0时的计算结果非 常接近 A s p e n数据, 误差很小: 当Ki j 值越大时, 误差 越大.图1~图5为碳四以下的轻烃在 Ki j=0时的液 相逸度系数φ 和Aspen数值对比.由图1~图5中可 以看出, Ki j=0时, 除了甲烷的误差在温度大于2