2.3　案例分析

案例2-1

用PR方程计算二氧化碳在273.15K时的气液饱和热力学性质。

利用Aspen计算过程如下：

① 启动Aspen Plus User Interface，在Setup→Specifications→Global下，设定输入以及输出的单位，选用SI-CABR单位集，默认温度单位为K，压力单位为bar；选择Run Type为Property Analysis。

② 在Components→Specifications→Selection下设定组分为二氧化碳。

③ 在Property→Specifications→Global→Base Method下选择状态方程为PENG-ROB。

④ 在Property→Prop Sets下新建一个物性集，系统默认命名为PS-1，在Property→Prop Sets→PS-1→Prop-erties下设定物性参数V（纯物质体积）、DS（偏离熵），DH（偏离焓）、PHI（逸度系数）、PBUB（用状态方程计算得到的泡点压力，就纯物质而言，泡点压力即为该条件下的饱和蒸气压），在Property→Prop Sets→PS-1→Qualifiers设定Phase为Liquid和Vapor。

⑤ 在Property→Analysis下新建一个物性分析，系统默认命名为PT-1，SelectType选择GENERIC。

⑥ 在Property→Analysis→PT-1→System下选择Point（s）without Flash，输入二氧化碳的摩尔流量为1kmol/hr。

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下输入温度为273.15K，在Adjusted Variables下选择Variable为Pressure，随后点击Range/List，输入压力值为1bar。

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下选择第5步建立的物性集PS-1。

⑨ 点击Next，计算完毕，在Results中得到该条件下异丁烷的泡点压力为34.62bar，将此压力带入第⑦步，重新计算。在Results中查看结果。

计算泡点温度的Aspen计算过程与“上述蒸气压”计算类似，不同在于第④步中的“PBUB”改为“TBUB（就纯物质而言，泡点温度等同于沸点温度，不能使用TB，因为TB算出的结果是在常压下该物质的沸点）”，随后在第⑨步中算出的“泡点温度”带入第⑦步重新计算。

案例2-2

基于Aspen Plus软件，计算T=310.8K，p=15.2MPa，摩尔分数分别为0.82、0.10、0.08的甲烷（1）-氮气（2）-乙烷（3）组成的天然气的摩尔体积（用PR方程，并令相关的二元相互作用参数为0。实验值为144cm3/mol）。

计算过程如下：

① 启动Aspen Plus，选择Run Type为Property Analysis；

② 从Setup中设定Units of Measurement为SI-CBAR，从Components中设定组分（三个组分分子式），从Properties设定性质规定（选PR方程）；

③ 从Property Analysis Generic Input窗口中的System表中单击Generate框中的Points without Flash（不以闪蒸取点，用于均相性质计算）；

④ 再在System表中单击Specify Component Flow框，并输入三组分的摩尔分数；

⑤ 单击出Variable页，指定温度为310.8K，并在Variable Adjust中输入变量压力值15.2MPa；

⑥ 在Tabulate页中规定所要计算的物性，物性内容可以在Prop-Sets下调整，此例所选的物性为VMX，限制相态为Vapor；

⑦ 单击运行按钮“N->”运行，得到结果，VMX为139.9242cm3/mol。

案例2-3

用PR方程计算异丁烷在380K的饱和气、液相摩尔体积。

利用Aspen计算过程如下：

① 启动Aspen Plus User Interface，选择Run Type为Property Analysis；

② 在Components→Specifications→Selection下设定组分为异丁烷；

③ 在Property→Specifications→Global→Basemethod下选择状态方程为PENG-ROB；

④ 在Property→Prop Sets下新建一个物性集“PS-1”，在Property→Prop Sets→PS-1→Properties下设定物性参数V，在Property→Prop Sets→PS-1→Qualifiers设定Phase为Liquid和Vapor；

⑤ 在Property→Analysis下新建一个物性分析“PT-1”，SelectType选择GENERIC；

⑥ 在Property→Analysis→PT-1→System下选择Point（s）without Flash，输入异丁烷的摩尔流量为1kmol/h；

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下输入温度为380K，在Adjusted variables下选择Variable为Pres sure，随后点击Range/List，输入压力值为22.5bar；

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下选择第5步建立的物性集PS-1；

⑨ 点击Next，计算完毕，在Results中查看结果。计算结果如表2-2所示。

案例2-4

用PR方程计算由R12（CCl2F2）和R22（CHClF2）等物质的量组成的混合气体在400K和1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa时的摩尔体积，并假定二元交互参数kij为0。

利用Aspen计算的过程见图2-1。计算结果见表2-3。注意，在进行计算前，应先了解温度、压力等基本单位。在Setup→Specifications→Global下，可以设定输入以及输出的单位，选用SI-CABR单位集，默认温度单位为K，压力单位为bar；假定两物质的二元交互参数kij为0，因此在选好状态方程后，可以在Property→Parameters→BinaryInteraction→PRKBV-1中，查看各组分的二元交互参数。在Aspen中，PR方程中的kij由三个参数进行描述，即kij=kij1+kij2×T+kij3 / T。而在实际生产中，可通过利用实验数据得到回归值，在相关位置进行修改后，使得计算值更贴近实际值。

案例2-5

用PR状态方程计算正丁烷在273.15K时的气、液饱和热力学性质。

用Aspen Plus计算蒸气压的过程如下：

① 启动Aspen Plus，选择Run Type为Property Analysis；

② 从Setup中设定Units of Measurement为SI-CBAR，从Components中设定组分（组分的分子式），从Properties设定性质规定（选PR方程）；

③ 在Tools工具菜单中单击Analysis然后选Property再选Pure（分析纯组分）命令，在弹出的对话框中，选择Property为V，限制相态为Vapor和Liquid，选择组分为正丁烷，并指定温度为273.15K，压力为0.1MPa（估算），单击用Save As Form按钮以窗口形式保存规定，查看Property Analysis下的Pure-1中Tabulate所选的物性集名称；

④ 单击Prop Sets下的Pure-1中所选物性集名称，然后添加PL、DH、DS、ZMX、PHI，限定计算为Vapor；

⑤ 运行“N->”，得到结果；

⑥ 将计算得到的PL值替换设定的压力值，然后再次运行，得到饱和热力学性质。计算结果见表2-4。

在Aspen Plus中，计算出来的偏离熵是“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，任意压力下的偏离熵的计算式是：“［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”是气体常数。

案例2-6

用PR方程计算异丁烷在400K和2.19MPa时的压缩因子、偏离焓、偏离熵和逸度系数。

用Aspen计算的过程见图2-2。计算结果见表2-5。

在Aspen Plus中，计算出来的偏离熵是“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，任意压力下的偏离熵的计算式是：“［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”是气体常数。

案例2-7

用PR方程计算二氧化碳（1）-正丁烷（2）组成的系统在273.15K、1.061MPa时的组分逸度系数、组分逸度和混合物的逸度系数、逸度、偏离焓、偏离熵（p0=p）（a）X1=0.2的液体混合物。已知二元交互参数kij为0.12。

用Aspne Plus软件计算的过程如下：

① 启动Aspen Plus User Interface，选择Run Type为Property Analysis；

② 在Components→Specifications→Selection下设定组分为二氧化碳和正丁烷；

③ 在Property→Specifications→Global→Base Method下选择状态方程为PENG-ROB；

④ 在Property→Parameters→Binary Interaction→PRK-BV-1下将KAIJ改为0.12；

⑤ 在Property→Prop-Sets下新建一个物性集“PS-1”，在Property→Prop Sets→PS-1→Properties下设定物性参数VMX（纯物质的体积）、DSMX（混合物偏离熵）、DHMX（混合物偏离焓）、PHIMX（组分逸度系数）；

⑥ 在Property→Analysis下新建一个物性分析“PT-1”，SelectType选择GENERIC；

⑦ 在Property→Analysis→PT-1→System下选择Point（s）without Flash，输入正丁烷的摩尔流量为8kmol/h，二氧化碳的摩尔流量为2kmol/h；

⑧ 在Property→Analysis→PT-1→Variable下输入温度为273.15K，在Adjust Edvariables下选择Variable为Pres sure，随后点击Range/List，输入压力值为10.61bar；

⑨ 在Property→Analysis→PT-1→Tabulate下选择第5步建立的物性集PS-1；

⑩ 点击Next，计算完毕，在Results查看结果，见表2-6。

注意，在用Aspen计算前，应先了解温度、压力等基本单位，在Setup>Specifications>Global下，可以设定输入以及输出的单位，选用SI-CABR单位集，默认温度单位为K，压力单位为bar。在Aspen Plus中，偏离熵的计算方法为“［S（T，p）］-［Sig（T，p=1bar）］/R”，因此需要进行换算：“［S（T，p）］-［S（T，p=1bar）］/R”=“［S（T，p）］-［Sig（T，p）］/R+ln［p（bar）/1（bar）］”。其中的“R”是气体常数。