基于元素和化學(xué)鍵的汽-液相平衡預(yù)測(cè)新方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文對(duì)基于元素和化學(xué)鍵的汽-液相平衡預(yù)測(cè)新方法及其應(yīng)用進(jìn)行了研究。產(chǎn)品、過程及分離工程設(shè)計(jì)需要復(fù)雜流體的相平衡數(shù)據(jù)。如何從復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力和微觀聚集態(tài)結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立預(yù)測(cè)復(fù)雜流體混合物的熱力學(xué)性質(zhì)和相行為的熱力學(xué)模型是巨大的挑戰(zhàn)?；凇胺肿有再|(zhì)取決于元素的性質(zhì)、數(shù)量和元素間的相互作用（即化學(xué)鍵），混合物行為取決于分子性質(zhì)和分子間作用力”的思想，以元素和化學(xué)鍵作為貢獻(xiàn)單位，在UNIQUAC模型基礎(chǔ)上，從分子結(jié)構(gòu)和分子間相互作用出

2、發(fā)，推導(dǎo)出新的活度系數(shù)模型表達(dá)式。利用含水、烷烴、烯烴、炔烴、芳烴、醇、酮、酸、酯、含硫化合物、含硅化合物、含氮化合物、鹵代烴類等化合物的二元體系的汽-液相平衡數(shù)據(jù)（1085組數(shù)據(jù)，14323個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)），以活度系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的對(duì)數(shù)誤差平方和為目標(biāo)函數(shù)，用擬牛頓法尋找其最小值，回歸得到了10個(gè)元素及33個(gè)化學(xué)鍵之間的交互作用能量參數(shù)，建立了新的活度系數(shù)模型(UNICAC)。對(duì)未參與擬合的87組二元體系和13組三元體系的相平衡進(jìn)行了預(yù)

3、測(cè)，并與其它基團(tuán)貢獻(xiàn)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：預(yù)測(cè)未參與參數(shù)擬合的二元體系的汽-液相平衡時(shí)，汽相組成和泡點(diǎn)壓力或溫度的平均相對(duì)誤差分別為7.46％、3.63%，預(yù)測(cè)精度高于UNIFAC(2003)、ASOG(2011)和UNIFAC(Lyngby)，略差于UNIFAC(Dortmund)。預(yù)測(cè)三元體系的汽-液相平衡時(shí)，UNICAC的預(yù)測(cè)結(jié)果也較好，組分1和組分2的汽相摩爾分?jǐn)?shù)的平均相對(duì)誤差分別為10.91%、6.95%，泡點(diǎn)壓

4、力或溫度的平均相對(duì)誤差為1.37%，預(yù)測(cè)結(jié)果略差于 ASOG(2011)、UNIFAC(2003)、UNIFAC(Dortmund)、UNIFAC(Lyngby)。
　　本文建立了基于元素和化學(xué)鍵的超額Gibbs自由能-狀態(tài)方程模型(SRK-UNICAC)，使用UNICAC模型計(jì)算新超額Gibbs自由能(GE)，采用UNICAC模型原有的交互作用參數(shù)。對(duì)中低壓下的87組二元體系、高壓下的12組二元體系和13組三元體系汽-液相平衡進(jìn)

5、行了預(yù)測(cè)，并與一些活度系數(shù)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：SRK-UNICAC模型對(duì)中低壓下的含非極性、極性化合物的二元體系的汽-液相平衡預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)于 UNIFAC(Lyngby)、UNIFAC(2003)和ASOG(2011)，略差于UNICAC和UNIFAC(Dortmund)；對(duì)高壓二元體系和中低壓三元體系的汽-液相平衡預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)于 ASOG(2011)、UNIFAC(2003)、UNIFAC(Dortmund)、UNIFAC

6、(Lyngby)和UNICAC。在利用Aspen Plus對(duì)環(huán)氧丙烷裝置精餾單元進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流程模擬時(shí)，由于所選取的熱力學(xué)方法NRTL缺少必要的二元交互作用參數(shù)，精餾塔的模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值的誤差較大。利用UNICAC模型預(yù)測(cè)得到14對(duì)體系的汽-液相平衡數(shù)據(jù)，使用Aspen的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸功能，回歸得到了環(huán)氧丙烷裝置精餾單元模擬中NRTL模型缺少的二元交互作用參數(shù)。以NRTL模型和UNIFAC模型為熱力學(xué)方法分別對(duì)環(huán)氧丙烷裝置的精餾單元進(jìn)行