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ChemCAD(2):第2章物性计算及组分数据库

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第 2 章 物性计算及组分数据库 ............................................................................................................1<br />

2.1 相平衡常数 K 的计算 ..................................................................................................................1<br />

2.1.1 溶液分类..............................................................................................................................1<br />

2.1.2 相平衡常数 K 的计算..........................................................................................................7<br />

2.2 焓的计算 .....................................................................................................................................16<br />

2.3 传递性质的计算 .........................................................................................................................18<br />

2.4 从标准数据库查询物性..............................................................................................................18<br />

2.4.1 常规物性查询....................................................................................................................19<br />

2.4.2 库方程查询..........................................................................................................................27<br />

2.4.3 二元交互作用参数查询......................................................................................................30<br />

2.4.4 相平衡曲线的绘制..............................................................................................................31<br />

2.5 用户自定义组分..........................................................................................................................34<br />

2.5.1 新组分输入及其物性估算..................................................................................................34<br />

2.5.2 复制一个组分并定义其物性...............................................................................................40<br />

2.5.3 用户组分数据文件的存储位置..........................................................................................44<br />

2.5.4 利用中间文件导入新组分物性数据..................................................................................44<br />

2.5.5 纯组分数据回归................................................................................................................66<br />

2.6 蒸馏曲线数据输入....................................................................................................................68<br />

2.7 CHEMCAD 中固体的处理.......................................................................................................70<br />

习题....................................................................................................................................................71


第2章 物性计算及组分数据库<br />

本章概要介绍 CHEMCAD 的物性计算方法,包括相平衡常数 K 的计算、焓的计算、<br />

各种传递性质的计算等,大部分计算方法没有给出数学模型,主要是出于篇幅的考虑,再有,<br />

有关的详细资料用户可在 CHEMCAD 的帮助文件中或有关热力学专著、科技论文中找到。<br />

本章还介绍了 CHEMCAD 丰富的热力学数据库,主要介绍利用数据库进行物性查询、<br />

绘图以及物性估算、用户组分处理等技术。<br />

2.1 相平衡常数 K 的计算<br />

2.1.1 溶液分类<br />

CHEMCAD 的热力学系统将溶液分成 5 类:理想溶液、正规溶液、极性或高度非理想<br />

性溶液、特殊类型溶液和气相缔合溶液。<br />

2.1.1.1 理想溶液<br />

如果某种溶液中各组分的偏摩尔体积与相同温度、压力下的纯组分体积相同,那么,<br />

这种溶液就称为理想溶液。苯和甲苯在常温常压下的液体混合物就是一种典型的理想溶液,<br />

低压或常压下的气体混合物大多为理想溶液,某些气体混合物即使在高压下也可看作理想溶<br />

液。<br />

理想溶液具有以下特征:<br />

1 遵守 Lewis-Randall 定律<br />

f = x f<br />

(2-1)<br />

i<br />

i<br />

i<br />

式中 f i 是纯组分在与混合物在相同温度、压力、同相态下的逸度。<br />

由于中、低压下的气体混合物服从 Lewis-Randall 定律,可以用式 2-1 估算这些系统的<br />

组分逸度。<br />

2 由于定义在这些溶液中没有体积变化,于是可导出:<br />

V<br />

=<br />

C<br />

∑<br />

i=<br />

1<br />

xiVi<br />

(Amagat’s Law) (2-2)<br />

3 理想气体永远表现为理想溶液,但表现为理想溶液的系统未必遵守理想气体定律。<br />

1


4 如果液相是理想溶液(假设液相分子大小相同,且分子间不存在引力),气相是理想<br />

气体(低压时),则遵守 Raoult 定律,可以用蒸气压(VAP)法求 K 值及用 SRK 法求焓。<br />

或<br />

P = y P = x P<br />

(2-3)<br />

i<br />

K<br />

式中 Pi ----分压<br />

s<br />

Pi ----饱和蒸汽压<br />

P ----系统压力<br />

i<br />

i<br />

i<br />

s<br />

i<br />

S<br />

Pi<br />

= (2-4)<br />

P<br />

Raoult 定律中最重要的假设是液相为理想溶液,只有象苯与甲苯、正乙烷与正庚烷这<br />

样的体系,分子大小与化学性质相近,才可近似为理想溶液,才遵守 Raoult 定律。<br />

2.1.1.2 正规溶液<br />

Raoult 定律的不足之处在于忽略组分分子大小与组分分子间作用力的差异,这个差异<br />

只有当分子相同时才消失。气相在低压情况下近似表现为理想气体,但对液相,由于分子间<br />

距离小且分子相互作用,基于力场和体积的差异会造成其与理想溶液的偏差,这些液相的非<br />

理想性就必须考虑。在高压下,气相与理想气体的偏差也必须考虑。<br />

可以推测,这些非理想性是由于物理或化学的分子间作用力所产生的。物理作用力来<br />

自分子间的简单碰撞,与分子大小和形状有关;化学作用力属于分子级的电磁性作用力,它<br />

使分子走向结团或缔合。化学作用力使得计算更为困难,而且这种作用力越强,越需要经验<br />

性研究。<br />

物理作用力为主而且非理想性不太大的溶液,称为正规溶液。<br />

正规溶液的严格定义是混合余熵为零,通常见于组分属非极性、分子的大小、形状及<br />

化学性质相近的系统。<br />

正规溶液具有以下特征:<br />

1 由中等程度的物理相互作用引起的非理想性,即来源于分子的大小和形状不同,分<br />

子间的缔合被假定为最小。<br />

2 用状态方程(如 PR、SRK、APIS、BWRS、 CS/GS 及 MSRK)模拟最好。除建议<br />

某些宽沸点范围的系统用 CS/GS 外,推荐所有烃类系统用 PR 和 SRK;对处理特殊的在低<br />

压下有重物料的单元,建议用 ESSO(实际上是个蒸汽压方法);对化学类正规溶液,如支<br />

链烃、卤代烃。某些极性组分等,推荐用 MSRK 方程。<br />

2


上述情况,均假设气相和液相都形成正规溶液(即中等理想),其 K 值计算公式为:<br />

K i<br />

φ<br />

φ<br />

li<br />

= (2-5)<br />

vi<br />

3 这些方程可应用于分子式大小不同,但又没有太大差异(如单体和聚合物)的系统;<br />

直链烃如 nC4 和 nC12,也可以使用这些方程。<br />

4 选择的状态方程适用于直链烃和环烷烃,其准确度随侧链烃及其他分子(如含氮、<br />

硫、氧,特别是极性分子)的加入而降低。SRK 方程又有改进,它对支链烃、极性及其它<br />

烃化物的描述更准确。这种扩展成果以 MSRK(修正 SRK)形式收集在 CHEMCAD 中,该<br />

修正使三参数 SRK 方扩展为四参数方程(用消除偏心因子并加入两个必须以数据相关联的<br />

新因子 m 和 n)。在 CHEMCAD 库中提供了近 300 个组分的 m 和 n 因子。<br />

5 状态方程的混合规律对所处理的混合物的准确性有显著影响。目前所用的状态方程<br />

混合规律没有考虑到不同分子间的交互作用与相同分子间的交互作用有很大差异。为克服这<br />

个局限,这些方程的混合规律中增加了二元交互作用参数 Kij。即使如此,发现仅改善了不<br />

同大小分子间的准确性,对 Peng-Robinson “业已发现,优化的二元交互作用参数对分子大<br />

小有中等差异的组分是可忽略的小值,但对含有分子大小相对有较大差异的系统,需使用专<br />

门的交互作用参数,以使预测和实测泡点压力二者较好吻合。”<br />

2.1.1.3 极性或高度非理想性溶液<br />

由化学力或分子间的相互作用力所形成的非理想系统用前述的预测方法是很不适宜<br />

的。对于这些溶液,需要使用过量 GibbS 自由能方法,即活度系数法,其 K 值形式为<br />

式中<br />

或<br />

f = P<br />

f<br />

0<br />

li<br />

0<br />

li<br />

K<br />

S<br />

i<br />

= P<br />

S<br />

i<br />

i<br />

0<br />

γ li f li<br />

= (2-6)<br />

φ P<br />

vi<br />

φ = 1<br />

(2-7)<br />

vi<br />

S ( P − P )<br />

sat ⎛ ⎞ i ⋅Vi<br />

⋅φ<br />

⋅ ⎜<br />

⎟<br />

Vi exp<br />

⎜<br />

⎟<br />

(2-8)<br />

⎝ RT ⎠<br />

这种类型的方程是 NRTL、UNIFAC、 UNIQUAC、Wilson、T. K. Wilson、Hiranuma、<br />

Van Laar、Margules 及 GMAC。推荐使用 Wilson、NRTL、 UNIQUAC 方法。当缺少数据<br />

时,可用 UNIFAC 法。<br />

用户注意事项:<br />

1 CHEKMCAD 的标准状态逸度 0<br />

f li 以两种方式之一定义。<br />

3


在缺省情况下,气相设为理想气体,标准状态是纯组分的蒸汽压。此时标准状态液体<br />

逸度等于该组分的蒸汽压,气相逸度等于 1,并且:<br />

式中<br />

S<br />

γ li Pi<br />

K i =<br />

P<br />

(2-9)<br />

另一方法假定气相是正规溶液并定义标准状态如下:<br />

f<br />

0<br />

li<br />

= P<br />

S<br />

i<br />

S ( P − P )<br />

sat ⎛ ⎞ i ⋅Vi<br />

⋅φ<br />

⋅ ⎜<br />

⎟<br />

Vi exp<br />

⎜<br />

⎟<br />

(2-10)<br />

⎝ RT ⎠<br />

S<br />

Pi ----组分 i 的蒸气压<br />

sat<br />

φVi ----组分 i 在饱和状态的逸度系数<br />

V 纯组分 i 在 T 和 S<br />

P 时的体积<br />

i<br />

i<br />

这是纯组分在系统温度和压力下的逸度。上式中的逸度系数是用 SRK 方程计算的。所<br />

以气相没有被假定为理想的而是假定为正规溶液(无缔合)型的非理想气体。在 K 值屏幕<br />

使用 Poynting 校正项,选出所用的标准状态。<br />

2 上式中的γ 项可用以下任何方程计算:<br />

UNIFAC<br />

UNIQUAC<br />

NRTL<br />

WILSON, T. K. WILSON, HRNM WILSON, WILSON SALT<br />

VAN LAAR<br />

MARGULES<br />

REGULAR<br />

GMAC<br />

对以上方程,除 UNIFAC 和 REGULAR 方程外,为了得到可靠结果,必须提供基于二<br />

元系统的交互作用参数, CHEMCAD 从以下四种来源获得这些二元交互作用参数(BIP):<br />

由实验数据关联或回归,这是优先并最经常使用的方法。<br />

用户利用 BIP 命令直接输入。这显然需要从其他渠道(如文献)获得。<br />

利用 UNIFAC 方程估算数据,并回归出所需要的 BIP 数据。该法对不重要的二元对<br />

产生 BIP 是有用的。<br />

由 CHEMCAD 数据库获得 BIP。如果系统组分在数据库中,BIP 会被自动检索和使<br />

用,除非被上述方法之一所取代。用户要注意,数据库中的 BIP 全部是取自一个大<br />

气压下的数据,所以当系统压力与此值显著不同时要小心使用。<br />

3 UNIFAC 和 REGULAR 方程是不需要 BIP 的预测性方法,REGULAR 方法是仅用于<br />

正规溶液的旧技术。近来由于有更好的状态方程,故 REGULAR 方程现在一般不被使用。<br />

4


UNIFAC 方程是基于估算活度系数的基团分布法,它有如下的优点和缺点:<br />

参数几乎与温度无关。<br />

对许多官能团,具备了体积和二元交互作用参数。<br />

温度范围为 275~425K(35~305 F)。<br />

压力限于几个大气压。<br />

与实验数据有广泛的可比性。<br />

不如 Wilson、NRTL 或 UNIQUAC 法准确。<br />

不能用于没有官能团数据的情况。<br />

4 PSRK 方程也是一个预测性模型,它试图把 UNIFAC 和 SRK 方法的最好性能相结合,<br />

故而 PSRK 方程能处理像包括两个液相的正规溶液那样的非理想系统。准确性对非理想溶液<br />

在低压下与 UNIFAC 相当,而在高压下则明显地更好。<br />

5 实际上,每个二元的可调常数往往是二或三个,但也可能多到五个(如 NRTL)。<br />

常数的数目越多,表示数据越好,但为了确定这些常数也需要更大量的可靠实验数据。对固<br />

定温度下的二元混合物,为验证三个以上的经验常数,需要大量并高度准确的实验数据。<br />

6 对许多中等程度的非理想二元混合物,含有两个(或更多)二元参数的方程式,都<br />

会得到好的结果;除非用户有较多的使用老方法(如 MARGULES, VAN LAAR)的经验,<br />

否则不会选择使用它们。对强极性二元混合物(如含烃的醇类溶液),WILSON 方程是合适<br />

的,因为它不像 NRTL 方程,只有两个可调参数,而且又比 UNIQUAC 方程简单。对这样<br />

的混合物,Margules 和 Van laar 方程显然较差,特别是在有醇存在的稀浓度区,WILSON 方<br />

程特别适宜。四个下标(三参数)的 Margules 方程不比三参数 NRTL 方程有显著的优越性。<br />

7 WILSON 方程不适用于有互溶范围的混合物体系,它甚至不能定性地计算相分离。<br />

然而 WILSON 方程对那些甚至不完全互溶的混合物仍然可能是有用的,注意限制在一个液<br />

相范围内。有些修正工作试图把 WILSON 方程扩展到液一液范围,其中两个已包括在程序<br />

中,即: T.K.WILSON 和 HIRANUMA(HRNM)法。<br />

8 不像 WILSON 方程,NRTL 和 UNIQUAC 方程是应用于汽一液和液一液两种相平衡<br />

的,所以相互溶解度数据能用于确定 NRTL 或 UNIQUAC 参数。而 UNIQUAC 比 NRTL 更<br />

具数学复杂性。它有三个优点:<br />

(1)只有两个(而不是三个)可调参数;<br />

(2)UNIQUAC 参数往往与温度关系不大;<br />

(3)主要的浓度变量是表面分数(而不是分子分数)<br />

UNIQUAC 适合于含有小分子或包括聚合物大分子的溶液。<br />

2.1.1.4 特殊类型溶液<br />

上述包括了 CHEMCAD 能够处理的一般溶液类型,即理想、正规和极性溶液。还有<br />

各种特殊系统,CHEMCAD 也在致力于研究,简述如下。<br />

5


1.电解质:在电解质溶液中,一个或多个分子被解体为组成它的原子或离子团,一<br />

般发生在非烃分子溶解于水中的情况下。它们被称为电解质,是因为这种溶液有传送电流的<br />

能力。<br />

CHEMCAD 有两个一般化的模型来处理这类溶液:触及强电解质的 PITZER 法和<br />

MNRTL 法。然而,在石油化工厂中,常常发现处理某种特殊情况很有效的技术,这些情况<br />

有如下特征:<br />

a.单电解质组分溶解在水中;<br />

b.单电解质溶液中存在有限溶解于水的非电解质物质。<br />

该方法称为 PPAQ 模型。其应用的典型例子是盐酸和氨系统的吸收塔。<br />

解决此类问题的方法是经验的。用户设置两张表:一张填在溶液全部温度和浓度区间<br />

水和溶质的分压,另一张填作为溶质浓度函数的积分溶解热。在模拟时,CHEMCAD 内插<br />

此二表计算溶质和水的 K 和 H,其他组分用 HENRY 气体定律或 MSRK,SRK 法计算。<br />

2.溶解气体:处理溶解在某些溶质中的不凝气体有两种特殊方法:即 HENRY 气体定<br />

律和 TSRK 法。HENRY 法用于轻气体溶于水,而 TSRK 法用于轻气体溶于甲醇。二者基本<br />

上都是经验方法。<br />

3.反应系统:CHEMCAD 有两种方法模拟在液相发生反应的系统,即胶系统和酸水<br />

系统。<br />

第一、AMIN 用于模拟从烃中脱除酸气(用 MEA 或 DEA);<br />

第二、SOUR 用于模拟在水中溶解 CO2、NH3、H2S 及其它气体的系统。<br />

两者皆为模拟一套特定成分在气相中发生反应的经验系统。反应数据用与温度有关的<br />

多项式的形式存放。首先计算反应平衡,然后计算气液相平衡常数。<br />

4.物理溶剂:程序中有一个专用方法,处理三乙二醇的烃系统脱水。该方法是半经<br />

验的,称作 TEG。<br />

5.多项式 K 值:如果需要,用户可以输入与温度有关的组分的 K 和 H 值多项式系数。<br />

6.列表 K 值:用户可以建立一个 K 值和 H 值的表,模拟时程序会插值计算。<br />

7.用户附加子程序:如有必要,用户可以连接自己的程序,以计算 K 和/或 H 值。<br />

2.1.1.5 气相缔合溶液<br />

以上论述主要集中在液体溶液的性质和模拟,假定气相溶液是理想的或中等程度的正<br />

规溶液,但实际上并非总是如此。有些气相溶液,其中某些分子缔合,所以表现为非理想溶<br />

液。当某种分子二聚、三聚或多聚时,几乎总会发生这种情况。核酸是此类系统的最常见例<br />

子。<br />

6


在 CHEMCAD 中,可使用以下的方法:<br />

1 如果气相和液相均形成理想溶液,应使用 RAOULT 定律(VAP 法);<br />

2 如果两相均形成正规溶液,使用状态方程;<br />

3 如果液相是非理想而气相是正规或理想溶液,使用 POYNTING 关联式;<br />

4 如果液相是非理想溶液而气相是理想溶液,不用 POYNTING 关联式;<br />

5 如果两相均为非理想溶液,即在气相缔合发生时,使用特殊的热力学方法,详细内<br />

容参见 CHEMCAD 帮助文件。<br />

2.1.2 相平衡常数 K 的计算<br />

汽—液平衡常数(汽液平衡)定义式为:<br />

K = y x<br />

(2-11)<br />

i<br />

i<br />

液—液平衡常数(分配系数)定义式为:<br />

D i<br />

1<br />

i<br />

i<br />

2<br />

i<br />

K = x x<br />

(2-12)<br />

常用的气液平衡常数表达式为:<br />

K i<br />

K<br />

i<br />

φiL<br />

= ( )<br />

(2-13)<br />

φ<br />

iV<br />

γ iL f iL<br />

= (2-14)<br />

φ P<br />

式中: φiL ――组分 i 的液相逸度系数<br />

iV<br />

φiV ――组分 i 的气相逸度系数<br />

γ iL ――组分 i 的液相活度系数<br />

0<br />

f iL ――组分 i 的液相标准态逸度<br />

0<br />

对液-液平衡,可导出分配系数表达式:<br />

7


K<br />

Di<br />

Ⅰ<br />

i<br />

Ⅱ<br />

i<br />

Ⅱ<br />

iL<br />

0Ⅱ<br />

iL<br />

x γ f γ<br />

= = ( ( ) ) =<br />

Ⅰ<br />

Ⅰ<br />

0<br />

x γ f γ<br />

当两相使用相同的标准态逸度时, Ⅰ<br />

iL<br />

iL<br />

0Ⅱ<br />

iL<br />

0<br />

iL<br />

f<br />

8<br />

Ⅱ<br />

iL<br />

iL<br />

Ⅰ<br />

f 值为 1(同一物质)。<br />

(2-15)<br />

如果能够计算出 γ li 、 0<br />

f li 和 φ vi 的值,就能确定汽-液相平衡。<strong>ChemCAD</strong> 采用下述方<br />

法计算相平衡常数 K:<br />

2.1.2.1 状态方程法<br />

(1)SRK 方程(Soave-Redlich-Kwong)<br />

该方程对预测中压至高压的烃类系统非常有效,用于脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、<br />

脱丁烷塔、油田气处理等时,均可获得很好结果。<br />

由 Soave-Redlich-Kwong 方程可以推导出气液两相的压缩因子和混合物逸度系数。<br />

CHEMCAD 在其二元交互作用参数(BIP)数据库中提供了几种烃类和不凝气体的二元交互<br />

作用参数,通常可以直接使用,但用户也可以编辑修改或输入。<br />

(2)修正 SRK 方程(MSRK)<br />

修正 SRK (MSRK)与原方程的区别仅在于与温度有关的能量吸引力的函数 (Tr)形式不<br />

同。 α ( T ) 表达式在两个参数项(m 和 n)中加入 Tc 和 Pc,从而能较好地表现极性系统。<br />

m 和 n 对组分是唯一的而且必须用经验数据拟合。与原 SRK 相比较,其项仅使用了一个<br />

拟合参数偏心因子。大约 200 个化合物的 m 和 n 贮存在 CHEMCAD 数据库中。<br />

(3)扩展 SRK 方程(TSRK)<br />

TSRK 方法把 SRK 扩展到含有轻气体和/或水的甲醇系统中。<br />

(4)预测 SRK 方程(PSRK)<br />

PSRK 方程是以 SRK 方程为基础的基团分布型方程。它利用近代研究,能预测许多系<br />

统的气相平衡,而不需要引入必须用 VLE 实验数据拟合的新模型参数。<br />

PSRK 方程预测气相平衡的温度,压力范围比 UNIFAC 更宽,并且容易扩展到含有超<br />

临界组分的混合物。由程序提供的附加 PSRK 参数,可计算气/气和气/烷相平衡。除 UNIFAC<br />

所计算的混合物外,该法的相平衡计算也可包括像 CH4、C2H6、C3H6、C4H10、CO2、N2、<br />

H2、CO、C2H4、C2H2、NH3、Ar、O2、SO2、NO、N2O、SF6、He、Ne、Kr、Xe、HCl、<br />

HBr、CHSH、CSH、H2COC、COC、HF、HI、COS 这样的气体。


PSRK 方程对预测非极性或弱极性混合物的气液相平衡会得出好的结果。<br />

(5)API SRK 方程<br />

API Soave-Redlich-Kwong 对烃类中高压系统预测 K 值的情况类似 SRK。该法用于脱<br />

甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔、油田气处理等,均可获得很好结果。<br />

由 API 修正 Soave-Redlich-Kwong 方程可以推导出气液两相的压缩因子和混合物逸度<br />

系数。CHEMCAD 在其二元交互作用参数(BIP)数据库中提供了几种烃类和不凝气体的二<br />

元交互作用参数,通常可以直接使用,但用户也可以编辑修改或输入。<br />

(6)Grayson-Streed 修正 Chao-Seader 规则<br />

Grayson-Streed 修正 Chao-Seader 模型主要用于非极性烃类系统。用它模拟烃类单元、<br />

脱丙烷塔、脱丁烷塔或重整系统都不错。<br />

大致应用范围如下:<br />

温度 压力<br />

0→ 800 F


SAFT 方程在直接应用基本处理聚合物组分方面也有相似的能力。该两个方程的差别是确定<br />

纯组分参数的方法不同。当数据库中无参数时, ESD 方程用临界性质和偏心因子估计纯组<br />

分的参数。这种方法估计的参数,忽略了自缔合影响。对缔合组分, ESD 方程仍采用实验<br />

的临界温度,但调整大小和形状参数,以获得可靠的蒸气压数据。对超临界萃取这类高压应<br />

用,使用实验临界点可能是重要的。但 ESD 方程不推荐预测液体密度。如准确度不能满足<br />

特殊应用,应该把应用条件限制在能使纯组分参数提供满意准确度的范围。对此,数据库菜<br />

单的回归选项是有用的。用 ESD 方程关联 VLE 的准确度, Puhala 和 Elliott (1993)已对宽<br />

范围的混合物做过研究。他们的发现简单归纳在表 1 中。二元实验数据的处理,也可以在数<br />

据库菜单的 BIP 表的 ESD 回归选项进行。缔合热力学的处理,限制于像醇和水那样的线性<br />

缔合及羧酸那样的二元缔合。这个限制对一般关联式能提高约 100 倍的计算效率(Elliott,<br />

1996)。对包括醚、酯、酮、醇、醛、胺及乙二醇等混合物的数据评价,该限制的结果表明<br />

稍有或没有降低准确度。<br />

2.1.2.2 经验关联式法<br />

(1)ESSO (Maxwell-Bonnell)<br />

ESSO K 值使用 Maxwell-Bonnell 蒸气压方程,它能有效地预测重烃类在压力低于 100<br />

psia 下的 K 值。该模型能用于模拟减压塔。<br />

式中<br />

(2)蒸汽压模型(理想溶液)<br />

该模型将气、液两相均视作理想系统, K值定义为:<br />

Pi<br />

K i = (2-16)<br />

P<br />

Pi ----组分 i在系统温度下的蒸气压<br />

P ----系统压力<br />

程序检查临界温度,并且:<br />

1. 如果 Tr>1 且 B4 ( Henry'气体定律常数)不为零,则程序对该组分用 Henry 气体定律<br />

模型求 K 值。<br />

2. 如果 Tr>1 且 B4 为 0, CHEMCAD 检查 DIPPR 是否有蒸汽压常数,若有则用 DIPPR<br />

方程计算组分的 VP;若 DIPPR 常数为 0,则用 ANTOINE 方程计算组分的 VP。<br />

3. 如果采用 Antoine 方程且 Tr>2,程序令 VP 的最高限为:<br />

VP = VP( 当 T = 2*T (临界)时)<br />

低限为:<br />

10


式中<br />

式中<br />

VP 当 T = 0.05 * T (临界) 时<br />

这些改变在高于临界点时会产生较好的结果。<br />

(3)水中气体的 Henry’s 常数<br />

Henry 气体定律用于校正溶解于水中气体的液相逸度。蒸汽压用下述方程<br />

y P = x H<br />

(2-17)<br />

i<br />

H = Henry 常数,<br />

P = 蒸汽压, psia<br />

yi = 组分 i 的气体分子分数<br />

xi = 组分 i 的液体分子分数<br />

i<br />

i<br />

下式用于计算低压下溶于水的气体的 Henry 常数:<br />

Ln(H) = A / T + B * ln(T) + C * T + D (2-18)<br />

H = Henry 常数, psia<br />

T = 系统温度, R<br />

A, B, C, D 是系数。<br />

注意: Henry 气体常数是在 1 大气压下气体溶于液体水系统的值。API 技术数据手册<br />

参考其它资料,把技术应用到气体溶解于汽油系统或高压下气体溶解于水的系统。<br />

下列气体已具备这些系数:H2、He、Ar、Ne、Kr、Xe、O2、N2、H2S、NH3、CO、<br />

CO2、SO2、N2O、CL2、Br、I2、CH4、C2H6、丙烷、乙烯<br />

人们发现, Henry 常数像一个值 H 而不是系数形式。用规定 ln(H 文献) 作为系数 D<br />

的办法,就可以使用室温下的 Henry 常数。<br />

2.1.2.3 活度系数法<br />

(1)UNIFAC 法<br />

在 UNIFAC K 模型中,各物质的液相活度系数是由 UNIFAC 基团贡献法计算的。<br />

UNIFAC 基团贡献法参数已贮存在 VLE 数据库中。<br />

UNIFAC 的应用范围是:<br />

T: 275 K-- 425 K P:0-- 几个大气压<br />

11


(2)UNIFAC LLE 法<br />

CHEMCAD 还提供另一套 UNIFAC ,它读取并使用 LLE 数据库的基团参数。其方<br />

法模式与前者相同。表达式、体积及面积参数完全一样,只有基团相互作用参数不同。<br />

(3)UNIQUAC 法<br />

在 UNIQUAC K 值模型中,各物质的液相活度系数均可用 UNIQUAC 方程计算。<br />

(4)UNIQUAC/ UNIFAC<br />

该模型是用 CHEMCAD UNIQUAC 方程计算,但数据取自 UNIFAC 模型。<br />

UNIFAC 的表面积和体积参数(分别为 qi 和 ri) 用 UNIQUAC 模型计算。<br />

(5)Wilson 方程<br />

用 Wilson 方程计算活度系数。<br />

(6)T. K. Wilson 方程<br />

它是 Tsuboka 和 Katayama 对 Wilson 方程的修正式。其主要的性能在于扩展 Wilson 方<br />

程到液液平衡。<br />

(7)HRNM 修正的 Wilson 方程<br />

是由 Mitsuyasu Hiranuma 修正的 Wilson 方程。其主要性能在于扩展 Wilson 方程到液-<br />

液平衡。<br />

(8)van Laar 方程<br />

用 van Laar 方程计算液相活度系数。<br />

(9)NRTL 方程<br />

用 NRTL 方程计算液相活度系数。<br />

(10)Margules 方程<br />

用 Margules 模型计算液体活度系数。<br />

(11)GMAC 方程<br />

它将 MARGULES、Van bar、NRTL、Scatchard 桯 amer 及 Fariss 的几种液体活度系数<br />

模型相结合,允许用各个二元对不相同的特别情况。<br />

12


2.1.2.4 特殊系统<br />

CHEMCAD 特殊系统模型包括胺系统模型(VLE and LLE)、酸水模型、含三乙二醇<br />

(TEG)的烃系统脱水模型、Flory-Huggins 聚合物模型,以及氢氟酸、氢气、惰性气体等<br />

特殊组分模型。<br />

2.1.2.5 用户提供 K 值<br />

CHEMCAD 允许用户以列表、多项式等形式向模拟系统输入用户从实验或文献中得到<br />

的相平衡数据。<br />

有关细节参见 CHEMCAD 帮助文件。<br />

2.1.2.6 K 值模型选择<br />

CHEMCAD 提供的相平衡计算方法包括了从直链烃(如天然气加工厂和炼油厂)到石油<br />

化工厂、电解质、盐效应、胺、酸水或其他精细化工的应用。每一种方法都是只适用于特定<br />

化合物和混合物。<br />

本节给出这些方法的最优化模型选择,以便用户在模拟计算时选取合适的模型。<br />

1 CHEMCAD 的 K 值设置画面<br />

用户可以从 ThermoPhysical/K value 菜单调出 K值选择画面(图 2-1):<br />

13


可用的选择是:<br />

图 2-1 K 值选择画面<br />

Ethane/Ethylene, Propane/Propylene: 对乙烷/乙烯和丙烷/丙烯系统使用专用的二元<br />

交互作用参数。该选择只有当用 SRK 或 Peng-Robinson 方法计算 K值时才正确。<br />

Vapor Phase Association: 某些化合物,特别是羧酸类,在气相有二聚或多聚趋势,<br />

该选项考虑了这种气相缔合。注意:该选项将激活 Poynting 校正。<br />

Vapor Fugacity/Poynting Correction: 当使用活度系数方法 时,该方法是对气相逸度<br />

的压力校正。该项被选时,将用 SRK 方程计算气相逸度。典型情况是,在低压操作中该校<br />

正项可忽略。该选项只适于使用液相活度系数及压力在 3 个大气压以上。<br />

当有 HF 且选择活度系数方法时,该方法也用于 HF(氢氟酸)六聚物的计算。<br />

SRK/PR Alpha Function: 对 SRK 及 Peng-Robinson 状态方程模型,可以选择标准<br />

α函数或更新的 Boston-Mathiasα函数。对临界温度以上的情况推荐用 Boston-Mathias 函数。<br />

Global Phase Option: 指示程序产生三相 (LLV) 或两相 (LV)闪蒸,只用于运行三相<br />

闪蒸的 K 值方法: MARG, NRTL, UNIF, UNIQ 等。<br />

Water/Hydrocarbon Solubility: 改变水的不互溶状况。水的不互溶度可以对除液体活<br />

度系数以外的任何方法调出。在液体活度系数法中,水永远认为是互溶的。当用了水不溶模<br />

型,水的 K 值将用一个特殊程序计算水在烃中的溶解度。如果是选择互溶,则计算水的总<br />

K 值。<br />

Salt: 计算在溶液的汽液平衡中溶解盐的影响。该选项只用于 Wilson 方程。<br />

No. of BIP Sets: 对每种活度系数方法,CHEMCAD 允许有多达 10 组的二元交互作<br />

用参数,这方便于在不同的流程段分别设置二元参数。一个典型的应用是在蒸馏塔的冷凝器<br />

中存在两个液相的情况。可以在冷凝器设置 NRTL 的 LLE 二元参数,而在塔计算的其它部<br />

分用 NRTL 的 VLE 二元参数。<br />

元。<br />

Default BIP Set: 默认 BIP 设置。<br />

Clear Local K model: 可清除局部 K 模型,而重新选择总括 K 值模型。<br />

Set Local K/BIP model: 该选项允许重新定义局部 K 值或 BIP 设置的一个或多个单<br />

SetTray BIP: 如果选择,程序将退出 K 值屏幕并进入选项模式,允许从流程中选择<br />

一个或多个蒸馏塔。然后将有个输入屏,提示输入塔板数范围并对其设置 BIP 。<br />

14


Set Henry's Comp: 被选组分用于模拟符合享利气体定律的 K 值。其它组分用总括 K<br />

值方法。如果选中该项,则退出 K 值对话并出现 Henry 组分对话。该选项只用于使用活度<br />

系数的情况。<br />

2 K 值选择推荐表<br />

选择热力学方法时,一般主要考虑液相。综上所述,K 值选择方法推荐于表 2-1 中。<br />

表 5-1 K 值选择推荐表<br />

-------------------------------------------------------------------------------------<br />

烃类<br />

Soave-Redlich-Kwong 高-中 P & T's.<br />

API Soave General HC. 高-中 P & T's.<br />

Peng-Robinson 高-中 P & T's.<br />

Benedict-Webb-Ruben-Starling 高-中 P & T's.<br />

Grayson-Streed 中等 P & T's.<br />

Maxwell-Bonnell K-charts 低压,重物料<br />

ESD 烃-水; 烃-气体<br />

SAFT 烃-水; 烃-气体<br />

化学品<br />

UNIFAC T = 275K - 475K; P = 0-4 atm.; 双液体相,非理想,基团贡献;预测<br />

Wilson 高度非理想<br />

蒸气 理想溶液.<br />

NRTL 高非理想及双液体相<br />

UNIQUAC 高非理想及双液体相<br />

Margules 高非理想及双液体相(4 suffix)<br />

T. K. Wilson 高非理想及双液体相<br />

Hiranuma (HRNM) 高非理想及双液体相<br />

正规溶液 中等非理想 (Predictive).<br />

Van Laar 中等非理想<br />

修正 SRK (4 参数) 正规溶液中含极性组分<br />

预测 SRK 非理想溶液中的极性组分,在高压下比 UNIFAC 好<br />

Wilson 盐效应 有溶解盐的非理想溶液<br />

专用技术<br />

Henry 气体定律 气体溶解在水中<br />

胺(MEA DEA) 气体 除臭<br />

酸水 水中溶解酸气和 NH3<br />

K 值列表 用户 K's<br />

多项式 用户 K's<br />

用户加子程序 用户 K's<br />

TSRK 甲醇系统,特别是含轻 气体的情况。<br />

PPAQ 常用于电解质系统<br />

TEG 用于三乙二醇系统烃脱水<br />

15


FLOR Flory-Huggins 方法,用于聚合物<br />

UPLM UNIFAC 方法,用于聚合物<br />

ACTX 用户专用活度系数<br />

ESD 氢键情况;高压氢键<br />

SAFT 氢键情况;高压氢键<br />

3 K 值专家系统<br />

在选择 K 值和焓计算方法时,对某些希望帮助的用户,CHEMCAD 提供了一个专家系<br />

统,简述如下:<br />

1. 首先,根据组分列表,确定一般所需的模型,即:状态方程、活度系数等。<br />

2. 其次,根据用户所输入的温度、压力范围,确定在所限范围内,给定类型中哪个<br />

方程是最好的。<br />

3. 如果方法是活度系数,则程序检索 BIP 数据库,看哪个模型有解决当前问题而具<br />

备的最多的数据。然后计算 BIP 矩阵的相对完整性,如果分数大于 BIP 最低参数,<br />

就选用活度系数法,否则使用 UNIFAC。<br />

K 专家系统不能代替工程师的判断。专家系统是基于宽范围的判据。它不总是正确的。<br />

例如对此类 K 值,“专家”可能是不正确的:在含水、CO2 及烃的系统,“专家”将选<br />

UNIFAC 法,因为在一定条件下,水-烃-气混合物用它最好。“专家”不知道不是换热器的<br />

公用工程流而不与工艺流混合,否则便会选 SRK。对含水、CO2 等的混合物,不必认为<br />

UNIFAC 最好,在某些条件下或许 Henry 气体定律较好,在其它情况下或许用 NRTL 更好。<br />

2.2 焓的计算<br />

CHEMCAD 中焓的计算分为以下几种类型:<br />

1 状态方程法<br />

状态方程法(EOS 法)通过计算与理想气体焓差得出真实气体与液体的焓。<br />

CHEMCAD 中用于计算焓的状态方程有:Redlich-Kwong、Soave-Redlich-Kwong、<br />

Peng-Robinson、API Soave-Redlich-Kwong、Lee-Kesler 和 Benedict-Webb-Rubin-Starling。<br />

2 潜热法<br />

潜热法是积分液体热容、加上潜热、再加上理想气体热容方程的积分焓,此即“液体<br />

方程基础”。化学系统主要使用潜热模型计算焓。对电解质,在热平衡中,应包括电解质化<br />

学的反应热(分解热)。在焓选项屏幕上,选择电解质模型栏目,就可以将该校正包含在热<br />

平衡中。当电解质模型被选中时, CHEMCAD 激活该选项,但用户可以关闭它。在没有反<br />

应热数据的情况下,可用其它焓方法(如溶解热、回归热容等)估算热平衡,对于这些模型,<br />

不使用电解质焓。<br />

16


也可采用混合焓模型计算焓,即允许用户对一些组分用潜热法,而对其它组分用 SRK<br />

模型。在焓选项屏幕选择该方法后,CHEMCAD 将打开一个窗口,让用户确认使用潜热方<br />

法的组分。其它组分的焓将用 SRK 状态方程计算。<br />

3 特殊情况<br />

(1)水蒸汽表格用于确定水的焓:对只含水/水蒸汽的流,可用 ASME 水/水蒸汽表直<br />

接查取焓和熵。ASME 表对应的液体水焓基准是 32 F,该表的适用范围≤3000 psia 及≤ 1200<br />

F。当有其它组分时,水的焓应调整到 CHEMCAD 的参考状态。如果这不是水与其它组分<br />

之间的相对焓,则该数据不正确。<br />

(2)一种特别的方法用于 DEA 和 MEA 吸收酸性气体系统。<br />

气体焓由 Soave-Redlich-Kwong 方程计算:液体焓由 H2S 和 CO2 在胺溶液的吸收热,<br />

采用 Crynes 和 Maddox 法计算。<br />

(3)用户可以用表格或多项式提供自己的焓。详见有关帮助。<br />

(4)溶解热数据可以被读出并为程序所用。<br />

溶解热焓值法即使用 PPAQ K 值方法,并且需要一个用户创建的外部的 ASCII 文件,<br />

该文件包含作为溶质浓度函数的溶解热数据。程序使用积分溶解热,文件中至多可以包含三<br />

个组分。<br />

(5)固体的焓作为特别情况处理。<br />

CHEMCAD 可以处理固体。当把一个组分看作固体时,只需从闪蒸平衡计算中祛除它,<br />

而包含在焓平衡计算中。<br />

除热容外,程序不计算其它传递性质。因此,当用户观察流性质时,固体(性质)那<br />

列为空。<br />

用户必须确认将哪个组分作为固体,以便 CHEMCAD 对它进行处理。在<br />

COMPONENT/Pick Solids 菜单上设置。CHEMCAD 会显示一个菜单,要求用户列出固体组<br />

分(用组分位置)。每个流程最多允许有 5 个固体组分。<br />

当一个组分被认为是固体,程序使用潜热方法并通过热容方程积分计算它的焓值。蒸<br />

发热取为 0。如果过程中调用熔解热,则在相应的工艺模型(如结晶)中输入,这样,通过<br />

在固相和液相创建不同的组分类别,来反映熔解热的影响。<br />

由于固体焓是独立计算的,液体和气体焓可以用任何合适的方法计算,然后把二者结<br />

合起来便得出系统熔。<br />

(6)只需计算物料平衡时,焓计算可省略。<br />

17


如果没有选择焓,则忽略焓计算。即在任何条件下焓为 0。如果要计算质量平衡,该<br />

选项有用。只有以下单元操作模型,才允许无焓选择:闪蒸、分流器、混合器、组分分离器、<br />

反应器、泵、阀、三相闪蒸、相发生器、参考流及简捷蒸馏。<br />

应注意,除特别情况,所有计算焓的标准参考状态是在 298.15K 下的液体生成热。<br />

2.3 传递性质的计算<br />

CHEMCAD 中传递性质主要通过以下方法计算:<br />

液相密度计算:Cavett 法、API 法、库方程法(一些物性与温度、压力有关,如饱和<br />

蒸汽压,<strong>ChemCAD</strong> 通常使用关联方程描述它们,这些关联方程被称为库方程(Library<br />

Equation)。)、Rackett 法。<br />

气相密度计算:Soave-Redlich-Kwong 方程、Peng-Robinson 方程、API Soave –Redlich<br />

–Kwong 方程、Lee-Kesler 方程及 Benedict-Webb-Rubin-Starling 方程。<br />

蒸汽压计算:Antoine 方程、扩展 Antoine (库方程方法)、API 法。<br />

熵的计算:Redlich-Kwong 方程、Soave-Redlich-Kwong 方程、Peng-Robinson 方程、<br />

API-Soave-Redlich-Kwong 方程、Lee-Kesler 方程及水蒸汽表。<br />

粘度计算:库方程方法、Chapman and Enskog 方程、Neufeld 方程、Brokaw 方程、<br />

Thodos 方程、Wilkes 方程、Dean and Steil 方程、Letsou-Steil 方程及用于烃类的 ASME 方程。<br />

导热系数计算:库方程方法、API 数据手册、烃关联式。<br />

表面张力计算:库方程方法、Hakim 方程、Miller 方程、烃关联式。<br />

2.4 从标准数据库查询物性<br />

<strong>ChemCAD</strong> 中使用的数据库包括 Standard Databank、Distillation Databank、Pool Databank<br />

和 User Databank,它们都有自己的相应文件名,各数据库组分 ID 也都有自己的范围规定,<br />

如下所示:<br />

数据库 ID 号<br />

Standard 1-4999<br />

Distillation 5000-5999<br />

Pool 6000-7999<br />

User 8000-9999<br />

<strong>ChemCAD</strong> 标准数据库(Standard)中内置有 1999 种纯物质的物性,为保证数据的权<br />

威性,这些数据仅可由系统管理员修正,用户只能用只读方式查询。一些物性与温度、压力<br />

18


有关,如饱和蒸汽压,<strong>ChemCAD</strong> 通常使用关联方程描述它们,这些关联方程被称为库方程<br />

(Library Equation)。<br />

<strong>ChemCAD</strong> 还在标准物性数据库中保存约 6000 对二元交互作用参数,供 NRTL、<br />

UNIQUAC、Margules、Wilson 和 Van Laar 活度系数方程使用。用户可以查询、修改这些参<br />

数,也可利用 <strong>ChemCAD</strong> 提供的回归工具由实验数据回归出新的参数。<br />

2.4.1 常规物性查询<br />

在 <strong>ChemCAD</strong> 模拟状态下,从菜单 ThermalPhysical 选择 Databank,再选择 View-Edit,<br />

如图 2-1 所示,即可调出 <strong>ChemCAD</strong> 物质选择窗口(图 2-2)。上下移动窗口右侧滑块,可看<br />

到 <strong>ChemCAD</strong> 数据库中的所有物质,其中 ID 号为 1~1999 者是 <strong>ChemCAD</strong> 标准数据库中存<br />

储的物质。<br />

图 2-1 数据库组分查询菜单<br />

19


图 2-2 物质选择对话框<br />

用鼠标左键点选图 2-2 中某种物质,例如甲烷(Methane),再用鼠标左键双击之,将<br />

出现如图 2-3 所示 view/edit component 窗口。也可使用窗口下部 Search 功能选择物质:在<br />

Search 右侧白色文本框内,用户可以输入物质的 ID 号、英文名称或分子式,搜索到目标物<br />

质后,点击 OK 按钮即可选中。<br />

20


图 2-3 组分查看/编辑对话框<br />

图 2-3 所示 view/edit component 窗口中含有 Exit、Synonyms、Formulas、Minimum<br />

Required Data 等 16 个按钮,可分类打开各种不同物性的显示或绘图窗口,详细说明列表如<br />

下:<br />

按钮 功能<br />

表 2-1 浏览/编辑数据库组分性质按钮功能说明<br />

Exit 退出当前对话框<br />

Synonyms CAS 号及其它化学名<br />

Formulas 分子式<br />

Minimum Required Data 所需最少数据<br />

Basic Data 基础数据<br />

Density Data 密度数据<br />

Vapor Pressure and Hov Data 蒸气压及气化热数据<br />

Heat Capacity Data 热容数据<br />

Viscosity Data 粘度数据<br />

Therm. Cond. and Surf. Tens 热传导及表面张力数据<br />

Unifac Group Data Unifac 基团数据<br />

21


Other Data 其它数据<br />

Electrolyte Data 电介质数据<br />

Classes 物质所属类别<br />

Print Component 打印物质数据到文档<br />

Plot Component Data 物质相关数据作图<br />

标准数据库储存在 CHEMCAD 系统目录,即\cc5 目录中。<br />

例 2-1 查询浏览 <strong>ChemCAD</strong> 数据库中数据<br />

解:第 1 步:新建一个工作文件,取名为 example2-1,存储于适当位置;<br />

第 2 步:点击工具栏中模拟/绘图(Simulation/Graphic)状态切换按钮 ,切换<br />

到模拟状态;<br />

第 3 步:从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/View-Edit,如图 2-4 所<br />

示<br />

图 2-4 数据库组分查询菜单<br />

出现如图 2-5 所示窗口,使用窗口右侧滚动条可以浏览数据库中的数据,找到某<br />

组分后,用鼠标左键点击,则其上出现蓝色显示条,表明该组分被选定;使用 Search 文本<br />

框,输入组分编号,或组分名称,或分子式则可查找、选定组分。<br />

22


图 2-5 组分选择对话框<br />

第 4 步 浏览组分物性<br />

假定选定甲烷(Methane),则在甲烷组分处出现蓝色显示条,如图 2-6 所示<br />

图 2-6 组分选定对话框<br />

点击 OK 按钮,或双击甲烷,则出现如下新窗口。利用该窗口可以分类浏览甲烷<br />

的物性数据,也可打印这些物性数据,或者绘图。所有数据为灰色显示,表示用户不能修改<br />

这些数据。<br />

23


图 2-7 组分物性浏览/编辑对话框<br />

例如,浏览甲烷基本数据(Basic Data),点击 Basic Data 按钮,出现如画 2-8 所示<br />

面,画面中显示出甲烷分子量(Molecular)为 16.043,还有临界性质、偏心因子、常规沸<br />

点、熔点等。由于该甲烷数据是从 <strong>ChemCAD</strong> 标准数据库中调出的,所以,用户不能修改。<br />

点击 Cancel 按钮,返回。<br />

24


图 2-8 甲烷基础数据框<br />

再如,绘制数据库中甲烷液相密度曲线:点击 Plot Component Data 按钮,选择库<br />

液相密度(Library liquid density)选项,如图 2-9 所示<br />

25


图 2-9 组分数据绘图对话框<br />

点击 OK,<strong>ChemCAD</strong> 即绘出甲烷液相密度曲线,如图 2-10 所示:<br />

图 2-10 甲烷液相密度曲线图<br />

26


也可利用下述方式绘制物性曲线:从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择<br />

Databank/Plot Properties,选择甲烷组分,如图 2-11 所示<br />

图 2-11 组分选择对话框<br />

点击 OK 按钮后,出现如图 2-12 所示画面:<br />

图 2-12 性质选择对话框<br />

选择库液相密度(Library liquid density)选项,点击 OK 按钮,同样可绘出上述液<br />

相密度曲线。<br />

2.4.2 库方程查询<br />

<strong>ChemCAD</strong> 使用一系列经验方程描述物性数据,这些经验方程被称为库方程。下面列<br />

出这些库方程,以及每个方程可以定义的系数的个数。使用方程时,不必设置每个系数。<br />

27


表 2-2 <strong>ChemCAD</strong> 库方程<br />

方程号 方程形式 说明<br />

2 3 4<br />

100 Y = A+ BT + CT + DT + ET<br />

可以定义 1-5 个系数<br />

⎡ B<br />

E ⎤<br />

101 Y = exp<br />

⎢<br />

A+ + ClnT + DT<br />

⎣ T<br />

⎥<br />

⎦<br />

102<br />

B<br />

AT<br />

Y =<br />

C D<br />

1+<br />

+ 2<br />

T T<br />

⎛ C ⎞<br />

103 Y = A+ Bexp⎜−<br />

D ⎟<br />

⎝ T ⎠<br />

104 3 8 9<br />

28<br />

可以定义 2 个、3 个<br />

或 5 个系数<br />

必须定义 2 个、3 个<br />

或 4 个系数<br />

4 个系数都要定义<br />

B C D E<br />

Y = A+ + + +<br />

T T T T<br />

必须定义 2 个、3 个、<br />

4 个、5 个系数<br />

B C D E<br />

Y = A+ + + +<br />

T T T T<br />

4 个系数都要定义<br />

必须定义 2 个、3 个、<br />

Y = A 1−<br />

Tr<br />

2 3<br />

B+ CTr+ DTr + ETr<br />

,Tr 是温度比值 (T/ Tcritical)<br />

4 个、5 个系数,组<br />

分的临界温度必须<br />

定义<br />

105 3 8 9<br />

106 ( )<br />

107<br />

114<br />

2 2<br />

⎡ C/ T ⎤ ⎡ E/ T ⎤<br />

Y = A+ B⎢ D<br />

sinh( C/ T) ⎥ + ⎢<br />

cosh( E/ T)<br />

⎥<br />

⎣ ⎦ ⎣ ⎦<br />

2<br />

A<br />

2<br />

Y = + B − 2ACTr<br />

− ADTr<br />

Tr<br />

,<br />

1 2 2 1 4 1 2 5<br />

− C Tr − CDTr − D Tr<br />

3 2 5<br />

Tr 温度比值 (T/ Tcritical)<br />

例 2-3 查看甲烷蒸气压和气化热库方程类型及其系数。<br />

解:参见例 2-1,选择 Vapor Pressure and Hov Data,出现图 2-16 所示画面<br />

必须定义 3 个或 5 个<br />

系数<br />

必须定义 2 个、3 个、<br />

4 个、5 个系数,组<br />

分的临界温度必须<br />

定义


图 2-16 甲烷蒸气压和气化热库方程数据对话框<br />

可以看出甲烷蒸气压和气化热库方程类型分别为方程 101 和 106,各自系数如图 2-16<br />

所示。<br />

库方程全部采用国际单位制。T 总是用 K 表示。所用系数必须与方程的单位一致。下<br />

表是可以利用库方程建模的物理性质和采用的单位:<br />

表 2-3 可以利用库方程建模的物理性质及其采用的单位<br />

物理性质 单位<br />

固体密度 (kmol/m 3 )<br />

液体密度 (kmol/m 3 )<br />

气体压力 (Pa)<br />

汽化热 (J/kmol)<br />

固体热容 (J/kmol·K)<br />

液体热容 (J/kmol·K)<br />

理想气体热容 (J/kmol·K)<br />

液体粘度 (Pa·sec)<br />

气体粘度 (Pa·sec)<br />

液体导热性 (W/m·K)<br />

29


气体导热性 (W/m·K)<br />

表面张力 (N/m)<br />

2.4.3 二元交互作用参数查询<br />

CHEMCAD 内置了大量 K 值模型,允许用户查询、修改这些 K 值模型的参数。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Bip’s,可以查看、修改 NRTL、Wilson、<br />

UNIQUAC、SRK、Peng-Robinson、BWRS 等方程中组分的二元交互作用参数。<br />

以甲烷、丙烷为例,从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Bip’s,出现如<br />

下图 2-13 所示窗口:<br />

图 2-13 二元交互作用参数组分选择窗口<br />

选择甲烷、乙烷两个组分(选中后双击,或选中后点击 Add 按钮),如图 2-14 所示:<br />

图 2-14 选择二元交互作用参数<br />

30


点击 OK 按钮后,出现如图 2-15 所示画面<br />

图 2-15 二元交互作用参数浏览/编辑菜单<br />

点击各按钮,可查看、修改有关二元交互作用参数。对甲烷、乙烷物系,除<br />

Peng-Robinson、BWRS 二个方程有不为零的二元交互作用参数外,其余二元交互作用参数<br />

均为零。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/UNIFAC Bip’s,可以查看、修改<br />

UNIFAC 基团参数,方法与上述方法类似。<br />

2.4.4 相平衡曲线的绘制<br />

利用 CHEMCAD 提供的绘图功能及内置数据库、热力学模型,可以绘制相平衡曲线。<br />

下面以正戊烷~正己烷系统气液平衡曲线绘制为例说明绘图方法与步骤。<br />

第 1 步:新建一工作文件,从菜单条 Thermophysical 中选择 Component List<br />

出现 Component Selection 窗口后,添加 N-pentane 和 N-hextane 两种物质,点击 OK 按<br />

钮退出。<br />

31


第 2 步:从菜单条 Plot 中选择 TPXY<br />

给定绘图条件<br />

32


点击 OK 按钮,得结果<br />

33


2.5 用户自定义组分<br />

CHEMCAD 允许用户在数据库中添加多达 2000 个组分。它允许保存数据库中没有的<br />

化合物的数据,或者希望改变的一些标准组分的单项性质。<br />

2.5.1 新组分输入及其物性估算<br />

在模拟状态下,从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/New Component,可<br />

以向数据库中添加自定义组分,<strong>ChemCAD</strong> 会给添加的自定义组分自动编号。如图 2-17 所<br />

示:<br />

34


图 2-17 数据库添加自定义组分对话框<br />

图中左下角有三种估算新组分物性的方法:虚拟组分法(Pseudo-component)、Joback<br />

基团贡献法(Group contribution-Joback)和 Unifac 基团贡献法(Group contribution-Unifac)。<br />

1) 虚拟组分法(Pseudo-component)适合估算烃,尤其是直链烃,虚拟组分的性质,<br />

这些虚拟组分可能是由纯烃的混合物所组成。这个方法此方法是经验的,只须输入组分名称、<br />

正常沸点、比重或 API 重度。假设新组分名称为 newcomp1,正常沸点为 120℉,60℉下密<br />

度为 10,输入后点击 OK 按钮,出现如图 2-18 所示画面<br />

图 2-18 组分分子量估算及临界性质计算关联式选择屏<br />

35


此画面要求选择估计分子量和临界性质的关联式。分子量估算有以下四种:<br />

Chemstations 方法[缺省]、新 API 法、旧 API 法和 Lee Kesler 法。临界性质估算方法有三种:<br />

Cavett 法[缺省]、API 法和 Lee Kesler 法。假设都采用缺省估算方法,点击 OK 按钮,出现<br />

如下画面<br />

图 2-19 提示用户保存组分页面<br />

问用户是否保存该组分,点击“是(Y)”,出现如图 2-20 所示画面<br />

点击确定,出现如下画面<br />

图 2-20 确认用户保存新组分页面<br />

36


图 2-21 组分物性数据浏览/编辑菜单<br />

该画面允许用户对每种物性数据进行编辑。该画面也可从主菜单的 ThermoPhysical 命<br />

令中选择 Databank/View-edit,出现如下画面后,选中 8001 newcomp1 后,点击 OK 按钮调<br />

出。<br />

37


图 2-22 利用“ThermoPhysical”命令规定新定义组分物性数据<br />

删除自定义组分:从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Delete Component,<br />

选中要删除的自定义组分,点击 OK 按钮,即可将其删除。<br />

2)基团贡献法(Group contribution)<br />

基团贡献法对单一组分物性的估计是通过它们的分子量和分子结构进行的。可用它来<br />

估计各种化合物的性质,如烃、化学物质、极性和非极性物质。分子中的官能团必须是在<br />

CHEMCAD 数据库中。<br />

选用基团贡献法时需要输入分子量和化合物的分子结构。建议用户输入正常沸点和比<br />

重。此方法可以估计这二种性质,但如果能提供它们,CHEMCAD 估算的其它性质将更准<br />

确。<br />

这里以 Unifac 基团贡献法为例,说明使用方法,Joback 基团贡献法与之类似。<br />

在模拟状态下,从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/New Component,出<br />

现如下画面<br />

38


图 2-23 选定组分对话框<br />

输入新组分名称 newcomp2 和分子量 60(假设为 60),选择 Group contribution-Unifac,<br />

点击 OK 按钮,出现如下画面<br />

39


图 2—24 基团贡献法规定屏<br />

假设该组分由 1 个甲基基团(-CH3)、1 个亚甲基基团(>CH2)和 1 个羟基基团(-OH)所组<br />

成,则对应于每一个这些基团的项目上均填 1。点击 OK 按钮,按提示保存新组分,最后到<br />

物性编辑窗口查看程序产生的数据,并用任何可能的实验值来改变估计数据。<br />

完成示例后,将该组分删除。<br />

2.5.2 复制一个组分并定义其物性<br />

CHEMCAD 允许用户利用已有组分(可以是标准数据库中的组分,也可是用户前期添<br />

加的组分)进行组分复制,再修改组分中的数据。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Copy Component,出现如图 2-25 所<br />

示画面:<br />

40


口:<br />

图 2-25 用于组分复制的组分选择对话框<br />

假定从甲烷复制组分,选定甲烷,点击 OK 按钮,或双击甲烷,则出现如图 2-26 新窗<br />

图 2-26 确认组分复制页面<br />

表明将甲烷数据复制给一新组分,其编号为 8001。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/View-Edit,找到编号为 8001 的组分,<br />

双击之,出现 View/Edit Component 窗口,点击 Basic Data 按钮,出现如下画面<br />

41


图 2-27 组分基础数据浏览/编辑对话框<br />

在这里,由于甲烷是从标准数据库中复制过来的数据,相当于用户自定义的一个新组<br />

分,故所有数据均可编辑。浏览后返回。<br />

当然,用户也可对该物质重新命名,点击 Synonyms 即可在出现的窗口中修改物质名<br />

称和别名。<br />

删除自定义组分:从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Delete Component,<br />

出现如下新窗口,选中要删除的自定义组分,点击 OK 按钮,即可将其删除。<br />

42


图 2-28 利用“ThermoPhysical”命令删除组分<br />

对自定义组分列表:从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/List User<br />

Component,即可对用户自定义组分列表,显示在写字板(WordPad)文档中。如下图所示<br />

图 2-29 用户自定义组分在写字板中的列表<br />

43


2.5.3 用户组分数据文件的存储位置<br />

用户添加的组分储存于用户工作文件子目录中。纯组分文件扩展名为.UF,蒸馏曲线<br />

虚拟组分文件扩展名为.PCF,不能移动标准或共享数据库。然而,可以重新将用户添加的数<br />

据库定位到另一工作目录下再使用它们,或和几个工作目录同时共享这些数据。<br />

CHEMCAD 总是在\cc5 目录中寻找标准和共享数据库组分。它按下列步骤寻找用户添<br />

加组分。<br />

首先,在当前工作目录中寻找。(如,c:\cc5data\phenol)<br />

再者,在“父”目录中寻找。(如,c:\cc5data)<br />

最后,如果它在当前工作目录或父目录中没有找到文件,程序则在系统目录中寻找。<br />

(如 c:\cc5.)<br />

2.5.4 利用中间文件导入新组分物性数据<br />

1) 概述<br />

CHEMCAD 可以利用中间文件(neutral file)将新组分物性数据按一定格式存储,需<br />

要时再导入。这是一种批量导入数据的方法,也是用户积累物性数据的方法。<br />

中间文件的文件名后缀为.NF,CHEMCAD 提供了一个名为 example.nf 的示例,用户<br />

可以在 C:\CC5 或 C:\CC5\Import 目录下找到这个文件。该文件中含有两个新组分,分别是<br />

从丙烷和正丁烷两个物质复制而成的,按下述步骤导入 example.nf,可以看到这两个新组分。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/Inport neutral file,在 C:\CC5 或<br />

C:\CC5\Import 目录下找到 example.nf,打开,即可导入数据。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Databank/View-edit,利用滚动条下拉,可以看<br />

到新添加的两个组分:8001 和 8002。如图 2-30 所示<br />

44


图 2-30 用户自定义组分在数据库中的位置<br />

中间文件可以存放在计算机的任何位置上,或者存放在远程局域网驱动器上。只能读<br />

访问。<br />

导入时,屏幕底部出现一条进程信息。警告信息和错误信息也出现在这里。出现警告<br />

信息和错误信息后,按任意键继续。<br />

如果中间文件中有错误,应退出 CHEMCAD,修改错误后返回。如有必要,可以多次<br />

导入同一个中间文件。<br />

注意:<br />

① 如果中间文件中的组分数据没有定义组分标识,即序号,则导入过程将自动分配<br />

一个标识。一般使用下一个可用的标识号,并将数据追加到数据库的末尾。在第二次导入同<br />

一文件时,程序用先前分配的组分标识更新中间文件。<br />

② 尽管中间文件的物理性质数据要替换现存的数据,但分子式(关键词为 FRM)和<br />

别名(关键词为 SYN)不变。如果再次导入包含 FRM 和 SYN 关键词的中间文件,组分<br />

结束处将有两个分子式和别名!因此,建议先去掉中间文件中的 FRM 和 SYN ,直至确认<br />

文件中没有错误为止。另外,还可以另建一个只包含 FRM 和 SYN 的中间文件(当然要包<br />

括 STRC、NID、ENDC 关键词),并对该文件只导入一次。<br />

2) 中间文件的格式<br />

45


中间文件的格式是至关重要的,存储在 CHEMCAD 系统目录(\CC5 )下的<br />

NEUTRAL.KWF 是一个 ASCII 码文件,它包含一个所有的有效关键词的列表及其简要描述。<br />

“不能”修改这个文件。CHEMCAD 在导入过程中要用到该文件。<br />

NEUTRAL.KWF 文件内容如下,每行前面大写部分为关键词,后面小写部分为其解释。<br />

**** List of all <strong>ChemCAD</strong> IV Neutral File KEYWORDS<br />

ENDF end of neutral file<br />

COMM comment line<br />

STRC start component<br />

ENDC end component<br />

NID component ID<br />

NAME standard component name - used on all reports - 16 characters max.<br />

CLS class name (e.g Alcohol) - must be listed in CC4\CLASSES.SF<br />

FRM formula (e.g. C2H5OH) - 60 characters max.<br />

SYN synonym - used during component selection - 60 characters max.<br />

COMM comment line<br />

CASNO CAS number (e.g. 1234-567-8)<br />

WM molecular weight - NOTE: WM, not MW<br />

TC critical temperature - table 1<br />

PC critical pressure - table 2<br />

VC critical volume - table 3<br />

MP melting point - table 1<br />

TBOL normal boiling point - table 1<br />

LMV liquid molar volume - table 3<br />

HFOR IG heat of formation - table 4<br />

HGIB IG Gibbs of formation - table 4<br />

WI acentric factor<br />

SOL solubility parameter - table 5<br />

DPM dipole moment - table 6<br />

SHF solid heat of formation - table 4<br />

SGF solid Gibbs of formation - table 4<br />

HVP standard heat of vaporization - table 4<br />

STEL Stiel polar factor<br />

PP polar parameter<br />

EPK EPS/K<br />

HSD molecular diameter (always angstroms)<br />

UOPK Watson factor<br />

BPM mean average boiling point - table 1<br />

46


API API gravity<br />

SG specific gravity at 60 F<br />

ZRA Rackett constant<br />

MAF modified acentric factor<br />

UAP UNIQUAC area parameter<br />

UVP UNIQUAC volume parameter<br />

WMV Wilson molar volume<br />

NHV API net heating value (heat of combustion) - table 4<br />

GHV API gross heating value - table 4<br />

VW liquid volume constant<br />

DSD# LIBRARY solid density - equation number<br />

DSDL LIBRARY solid density - lower temperature bound<br />

DSD1 LIBRARY solid density - corresponding value<br />

DSDU LIBRARY solid density - upper temperature bound<br />

DSD2 LIBRARY solid density - corresponding value<br />

DSDA LIBRARY solid density - coefficient A<br />

DSDB LIBRARY solid density - coefficient B<br />

DSDC LIBRARY solid density - coefficient C<br />

DSDD LIBRARY solid density - coefficient D<br />

DSDE LIBRARY solid density - coefficient E<br />

DEN# LIBRARY liquid density - equation number<br />

DENL LIBRARY liquid density - lower temperature bound<br />

DEN1 LIBRARY liquid density - corresponding value<br />

DENU LIBRARY liquid density - upper temperature bound<br />

DEN2 LIBRARY liquid density - corresponding value<br />

DENA LIBRARY liquid density - coefficient A<br />

DENB LIBRARY liquid density - coefficient B<br />

DENC LIBRARY liquid density - coefficient C<br />

DEND LIBRARY liquid density - coefficient D<br />

DENE LIBRARY liquid density - coefficient E<br />

VP# LIBRARY vapor pressure - equation number<br />

VPL LIBRARY vapor pressure - lower temperature bound<br />

VP1 LIBRARY vapor pressure - corresponding value<br />

VPU LIBRARY vapor pressure - upper temperature bound<br />

VP2 LIBRARY vapor pressure - corresponding value<br />

VPA LIBRARY vapor pressure - coefficient A<br />

VPB LIBRARY vapor pressure - coefficient B<br />

VPC LIBRARY vapor pressure - coefficient C<br />

VPD LIBRARY vapor pressure - coefficient D<br />

VPE LIBRARY vapor pressure - coefficient E<br />

47


HV# LIBRARY heat of vaporization - equation number<br />

HVL LIBRARY heat of vaporization - lower temperature bound<br />

HV1 LIBRARY heat of vaporization - corresponding value<br />

HVU LIBRARY heat of vaporization - upper temperature bound<br />

HV2 LIBRARY heat of vaporization - corresponding value<br />

HVA LIBRARY heat of vaporization - coefficient A<br />

HVB LIBRARY heat of vaporization - coefficient B<br />

HVC LIBRARY heat of vaporization - coefficient C<br />

HVD LIBRARY heat of vaporization - coefficient D<br />

HVE LIBRARY heat of vaporization - coefficient E<br />

CPS# LIBRARY solid heat capacity - equation number<br />

CPSL LIBRARY solid heat capacity - lower temperature bound<br />

CPS1 LIBRARY solid heat capacity - corresponding value<br />

CPSU LIBRARY solid heat capacity - upper temperature bound<br />

CPS2 LIBRARY solid heat capacity - corresponding value<br />

CPSA LIBRARY solid heat capacity - coefficient A<br />

CPSB LIBRARY solid heat capacity - coefficient B<br />

CPSC LIBRARY solid heat capacity - coefficient C<br />

CPSD LIBRARY solid heat capacity - coefficient D<br />

CPSE LIBRARY solid heat capacity - coefficient E<br />

CPL# LIBRARY liquid heat capacity - equation number<br />

CPLL LIBRARY liquid heat capacity - lower temperature bound<br />

CPL1 LIBRARY liquid heat capacity - corresponding value<br />

CPLU LIBRARY liquid heat capacity - upper temperature bound<br />

CPL2 LIBRARY liquid heat capacity - corresponding value<br />

CPLA LIBRARY liquid heat capacity - coefficient A<br />

CPLB LIBRARY liquid heat capacity - coefficient B<br />

CPLC LIBRARY liquid heat capacity - coefficient C<br />

CPLD LIBRARY liquid heat capacity - coefficient D<br />

CPLE LIBRARY liquid heat capacity - coefficient E<br />

DIG# LIBRARY ideal gas heat capacity - equation number<br />

DIGL LIBRARY ideal gas heat capacity - lower temperature bound<br />

DIG1 LIBRARY ideal gas heat capacity - corresponding value<br />

DIGU LIBRARY ideal gas heat capacity - upper temperature bound<br />

DIG2 LIBRARY ideal gas heat capacity - corresponding value<br />

DIGA LIBRARY ideal gas heat capacity - coefficient A<br />

DIGB LIBRARY ideal gas heat capacity - coefficient B<br />

DIGC LIBRARY ideal gas heat capacity - coefficient C<br />

DIGD LIBRARY ideal gas heat capacity - coefficient D<br />

DIGE LIBRARY ideal gas heat capacity - coefficient E<br />

48


DLV# LIBRARY liquid viscosity - equation number<br />

DLVL LIBRARY liquid viscosity - lower temperature bound<br />

DLV1 LIBRARY liquid viscosity - corresponding value<br />

DLVU LIBRARY liquid viscosity - upper temperature bound<br />

DLV2 LIBRARY liquid viscosity - corresponding value<br />

DLVA LIBRARY liquid viscosity - coefficient A<br />

DLVB LIBRARY liquid viscosity - coefficient B<br />

DLVC LIBRARY liquid viscosity - coefficient C<br />

DLVD LIBRARY liquid viscosity - coefficient D<br />

DLVE LIBRARY liquid viscosity - coefficient E<br />

DVV# LIBRARY vapor viscosity - equation number<br />

DVVL LIBRARY vapor viscosity - lower temperature bound<br />

DVV1 LIBRARY vapor viscosity - corresponding value<br />

DVVU LIBRARY vapor viscosity - upper temperature bound<br />

DVV2 LIBRARY vapor viscosity - corresponding value<br />

DVVA LIBRARY vapor viscosity - coefficient A<br />

DVVB LIBRARY vapor viscosity - coefficient B<br />

DVVC LIBRARY vapor viscosity - coefficient C<br />

DVVD LIBRARY vapor viscosity - coefficient D<br />

DVVE LIBRARY vapor viscosity - coefficient E<br />

DLC# LIBRARY liquid thermal conductivity - equation number<br />

DLCL LIBRARY liquid thermal conductivity - lower temperature bound<br />

DLC1 LIBRARY liquid thermal conductivity - corresponding value<br />

DLCU LIBRARY liquid thermal conductivity - upper temperature bound<br />

DLC2 LIBRARY liquid thermal conductivity - corresponding value<br />

DLCA LIBRARY liquid thermal conductivity - coefficient A<br />

DLCB LIBRARY liquid thermal conductivity - coefficient B<br />

DLCC LIBRARY liquid thermal conductivity - coefficient C<br />

DLCD LIBRARY liquid thermal conductivity - coefficient D<br />

DLCE LIBRARY liquid thermal conductivity - coefficient E<br />

DVC# LIBRARY vapor thermal conductivity - equation number<br />

DVCL LIBRARY vapor thermal conductivity - lower temperature bound<br />

DVC1 LIBRARY vapor thermal conductivity - corresponding value<br />

DVCU LIBRARY vapor thermal conductivity - upper temperature bound<br />

DVC2 LIBRARY vapor thermal conductivity - corresponding value<br />

DVCA LIBRARY vapor thermal conductivity - coefficient A<br />

DVCB LIBRARY vapor thermal conductivity - coefficient B<br />

DVCC LIBRARY vapor thermal conductivity - coefficient C<br />

DVCD LIBRARY vapor thermal conductivity - coefficient D<br />

DVCE LIBRARY vapor thermal conductivity - coefficient E<br />

49


SAFT<br />

DST# LIBRARY surface tension - equation number<br />

DSTL LIBRARY surface tension - lower temperature bound<br />

DST1 LIBRARY surface tension - corresponding value<br />

DSTU LIBRARY surface tension - upper temperature bound<br />

DST2 LIBRARY surface tension - corresponding value<br />

DSTA LIBRARY surface tension - coefficient A<br />

DSTB LIBRARY surface tension - coefficient B<br />

DSTC LIBRARY surface tension - coefficient C<br />

DSTD LIBRARY surface tension - coefficient D<br />

DSTE LIBRARY surface tension - coefficient E<br />

ANTA Antoine vapor pressure - coefficient A<br />

ANTB Antoine vapor pressure - coefficient B<br />

ANTC Antoine vapor pressure - coefficient C<br />

APH ideal gas heat capacity - coefficient A<br />

BETT ideal gas heat capacity - coefficient B<br />

GAMM ideal gas heat capacity - coefficient C<br />

DTAA ideal gas heat capacity - coefficient D<br />

EPSS ideal gas heat capacity - coefficient E<br />

ETAA ideal gas heat capacity - coefficient F<br />

VISA liquid viscosity - coefficient A<br />

VISB liquid viscosity - coefficient B<br />

SURA surface tension - coefficient A<br />

SURB surface tension - coefficient B<br />

B1 Henry's constant 1<br />

B2 Henry's constant 2<br />

B3 Henry's constant 3<br />

B4 Henry's constant 4<br />

SRKM modified SRK constant M<br />

SRKN modified SRK constant N<br />

BIP BIP data for NRTL, PR, SRK, UNIQUAC, WILSON, BWRS, ESD, and<br />

IDG1 UNIFAC/UNIQUAC group ID - first group<br />

NGI1 UNIFAC/UNIQUAC frequency - first group<br />

IDG2 UNIFAC/UNIQUAC group ID - second group<br />

NGI2 UNIFAC/UNIQUAC frequency - second group<br />

IDG3 UNIFAC/UNIQUAC group ID - third group<br />

50


NGI3 UNIFAC/UNIQUAC frequency - third group<br />

IDG4 UNIFAC/UNIQUAC group ID - fourth group<br />

NGI4 UNIFAC/UNIQUAC frequency - fourth group<br />

IDG5 UNIFAC/UNIQUAC group ID - fifth group<br />

NGI5 UNIFAC/UNIQUAC frequency - fifth group<br />

IDG6 UNIFAC/UNIQUAC group ID - sixth group<br />

NGI6 UNIFAC/UNIQUAC frequency - sixth group<br />

IDG7 UNIFAC/UNIQUAC group ID - seventh group<br />

NGI7 UNIFAC/UNIQUAC frequency - seventh group<br />

IDG8 UNIFAC/UNIQUAC group ID - eighth group<br />

NGI8 UNIFAC/UNIQUAC frequency - eighth group<br />

ESTATE electrolyte state (0 through 3)<br />

ETYPE electrolyte type (0 through 4)<br />

ECHARGE electrolytic charge (dimensionless)<br />

LSHF liquid standard heat of formation - table 4<br />

LSGF liquid standard Gibbs of formation - table 4<br />

LSE liquid standard entropy - table 7<br />

ISHC ion standard heat capacity - table 7<br />

COMM Regression Data<br />

EDY liquid density data<br />

EVPL LIBRARY vapor pressure data<br />

EDHV heat of vaporization data<br />

ECPL liquid heat capacity data<br />

EVIS liquid viscosity data<br />

EVV vapor viscosity data<br />

ELTC liquid thermal conductivity data<br />

EVTC vapor thermal conductivity data<br />

ESUR surface tension data<br />

EPST Antoine vapor pressure data<br />

ECPV ideal gas heat capacity data<br />

EHRY Henry's coefficient data<br />

COMM ESD physical constants<br />

ESDB molecular volume - table 3<br />

ESDC shape factor - +ve float value<br />

ESDE disperse energy / Boltzmann's k - table 1<br />

ESDNL number of linear bonding segments per molecule - +ve integer value<br />

ESDKL Wertheim's linear bonding volume / ESDB<br />

ESDHL energy of linear H-bonding - table 4<br />

ESDNB number of binary bonding segments per molecule - +ve integer value<br />

51


ESDKB Wertheim's binary bonding volume / ESDB<br />

ESDHB energy of binary H-bonding - table 4<br />

COMM SAFT physical constants<br />

SAFTB molecular volume - table 3<br />

SAFTC shape factor - +ve float value<br />

SAFTE disperse energy / Boltzmann's k - table 1<br />

SAFTNL number of linear bonding segments per molecule - +ve integer value<br />

SAFTKL Wertheim's linear bonding volume / SAFTB<br />

SAFTHL energy of linear H-bonding - table 4<br />

SAFTNB number of binary bonding segments per molecule - +ve integer value<br />

SAFTKB Wertheim's binary bonding volume / SAFTB<br />

SAFTHB energy of binary H-bonding - table 4<br />

COMM WAR environmental impact factors<br />

ODP ozone depletion potential<br />

GWP global warming potential<br />

SFP smog formation potential, aka photochemical oxidation potential<br />

ARP acid rain potential, aka acidification potential<br />

HTA human toxicity in air - inhilation or dermal exposure<br />

HTW human toxicity in water - ingestion<br />

EEAQ ecological effects due to aquatic ecotoxicity<br />

EETER ecological effects due to terrestrial ecotoxicity<br />

EXAMPLE.NF 文件内容如下,读者可对照上述关键词,理解该文件每行、每字符的<br />

含义。<br />

COMM This is an example neutral file, containing physical properties data<br />

COMM for two components. The data for each component is bracketed by<br />

COMM STRC and ENDC and the neutral file is terminated with ENDF<br />

COMM Starting a new component<br />

STRC<br />

NAME Propylene<br />

FRM C3H6<br />

FRM CH2CHCH3<br />

SYN Propene<br />

COMM Specify singular properties<br />

WM 42.081<br />

TC 1 365<br />

52


PC 1 45.5<br />

VC 5 181<br />

TBOL 1 225<br />

SOL 0 6.43<br />

VW 9.69<br />

HVP 4 4.400<br />

HFOR 4 4.88<br />

HGIB 4 15.0<br />

WI 0.143<br />

DPM 0 0.4<br />

UOPK 14.2<br />

API 140<br />

SG 0.522<br />

ZRA 0.278<br />

SRKM 0.588<br />

SRKN 0.157<br />

COMM Specify UNIFAC groups<br />

NGI1 1<br />

IDG1 1<br />

NGI2 1<br />

IDG2 5<br />

COMM Specify a Peng-Robinson BIP<br />

BIP PR 1 -0.1037<br />

COMM Regress data for Ideal Gas heat Capacity<br />

ECPV 1 3 14<br />

72.95 8.73<br />

98.49 9.23<br />

124.02 9.81<br />

149.55 10.5<br />

175.08 11.2<br />

200.62 12.0<br />

226.15 12.8<br />

251.68 13.7<br />

277.22 14.6<br />

302.75 15.5<br />

550.00 24.5<br />

750.00 29.9<br />

1050.0 35.1<br />

1250.0 38.0<br />

COMM Regress data for Library Liquid Viscosity<br />

53


EVIS 1 0 10<br />

72.95 47.1<br />

98.49 5.01<br />

124.02 1.34<br />

149.55 0.563<br />

175.08 0.305<br />

200.62 0.193<br />

226.15 0.135<br />

251.68 0.102<br />

277.22 0.0808<br />

302.75 0.0667<br />

COMM Regress data for Library Surface Tension<br />

ESUR 1 2 10<br />

72.95 0.0409<br />

98.49 0.0366<br />

124.02 0.0324<br />

149.55 0.0283<br />

175.08 0.0243<br />

200.62 0.0204<br />

226.15 0.0166<br />

251.68 0.0130<br />

277.22 0.00957<br />

302.75 0.00631<br />

COMM Regress data for Antoine Vapor Pressure<br />

EPST 1 3 10<br />

72.95 0.424e-9<br />

98.49 0.134e-3<br />

124.02 0.0704<br />

149.55 2.96<br />

175.08 35.5<br />

200.62 209<br />

226.15 786<br />

251.68 2200<br />

277.22 5010<br />

302.75 9820<br />

COMM Regress data for Library Heat of Vaporization<br />

EDHV 1 2 10<br />

72.95 0.242E+8<br />

98.49 0.234E+8<br />

124.02 0.226E+8<br />

149.55 0.217E+8<br />

54


175.08 0.207E+8<br />

200.62 0.197E+8<br />

226.15 0.185E+8<br />

251.68 0.171E+8<br />

277.22 0.155E+8<br />

302.75 0.136E+8<br />

COMM Regress data for Library Liquid Density<br />

EDY 1 3 10<br />

72.95 120.406<br />

98.49 122.090<br />

124.02 123.774<br />

149.55 125.879<br />

175.08 127.984<br />

200.62 130.510<br />

226.15 133.457<br />

251.68 137.246<br />

277.22 141.456<br />

302.75 147.350<br />

COMM Regress data for Library Liquid Heat Capacity<br />

ECPL 1 2 10<br />

72.95 0.927e+5<br />

98.49 0.900e+5<br />

124.02 0.883e+5<br />

149.55 0.876e+5<br />

175.08 0.879e+5<br />

200.62 0.892e+5<br />

226.15 0.914e+5<br />

251.68 0.946e+5<br />

277.22 0.989e+5<br />

302.75 1.040e+5<br />

COMM Regress data for Library Vapor Pressure<br />

EVPL 1 7 10<br />

72.95 0.914e-6<br />

98.49 0.0314<br />

124.02 10.7<br />

149.55 413<br />

175.08 4880<br />

200.62 0.284e+5<br />

226.15 0.106e+6<br />

251.68 0.293e+6<br />

277.22 0.661e+6<br />

55


302.75 0.129e+7<br />

COMM End of data for this component ---------------------------------------<br />

ENDC<br />

COMM Starting a new component<br />

STRC<br />

NAME 1-Butene<br />

FRM C4H8<br />

FRM CH2CHCH2CH3<br />

COMM Specify singular properties<br />

WM 56.2<br />

TC 1 420<br />

PC 1 39.7<br />

VC 5 240<br />

TBOL 1 267<br />

SOL 0 6.76<br />

VW 12.2<br />

HVP 4 5.240<br />

HFOR 4 -0.030<br />

HGIB 4 17.0<br />

APH 7.93<br />

BETT 0.0194<br />

GAMM 0.129e-3<br />

DTAA -0.211e-6<br />

EPSS 0.131e-9<br />

ETAA -0.292e-13<br />

WI 0.191<br />

SURA 0.056<br />

SURB 1.23<br />

ANTA 15.9<br />

ANTB 2190<br />

ANTC -30.5<br />

DENA 1.10<br />

DENB 0.266<br />

DENC 420<br />

DEND 0.285<br />

VISA 256<br />

VISB 152<br />

DPM 0 0.3<br />

UOPK 13.0<br />

API 104<br />

SG 0.601<br />

56


ZRA 0.274<br />

CPLA 0.140e+6<br />

CPLB -0.555e+3<br />

CPLC 2.62<br />

CPLD -0.303e-2<br />

HVA 0.334e+8<br />

HVB 0.393<br />

SRKM 0.634<br />

SRKN 0.185<br />

VPA 67.8<br />

VPB -0.443e+4<br />

VPC -7.21<br />

VPD 0.840e-5<br />

VPE 2.00<br />

COMM Specify UNIFAC groups<br />

NGI1 1<br />

IDG1 1<br />

NGI2 1<br />

IDG2 2<br />

NGI3 1<br />

IDG3 5<br />

COMM End of data for this component ---------------------------------------<br />

ENDC<br />

COMM End of neutral file<br />

ENDF<br />

3) 中间文件格式中使用的关键词<br />

① 描述性关键词,这组中的关键词是可选的。<br />

NID 例 NID 8001<br />

用该关键词定义 CHEMCAD 组分的标识号。CHEMCAD 把用户添加的组分的标识号<br />

限定在 8001-9999 。如果不定义组分的标识号,CHEMCAD 将把这个范围内的下一个号码<br />

分配给组分。 如果标识号超出了范围,CHEMCAD 将发出一条警告信息,并忽略属于这个<br />

组分的所有数据。<br />

NAME 例 NAME Glycerol<br />

在这里规定的名称可以在所有数据输入屏幕和报告中使用。一个名称至多有 16 个字<br />

符,可以使用包括空格在内的所有字符。<br />

57


CLS 例 CLS Alcohol<br />

用户可以把组分划分到杂项、醇、醛、胺、羧酸、酯、醚、卤素、烃、酮、腈、酚、<br />

固体、电解质、真实种类等任何一类中。编辑组分或将其放到流程中时,要用到这些分类。<br />

这些分类在 CLASSES.SF 文件中,该文件位于系统目录(CC5)下。<br />

FRM 例 FRM C3H6COOH<br />

FRM CH2OHCHOHCH2OH<br />

用户可以为组分规定一种或多种分子式。当选择组分并对其编辑或将其放到流程上,<br />

要用到分子式。如果定义了组分分子式,选择组分时,可以直接输入分子式,不必用标识号<br />

或别名(见下面)。分子式可以用字母的大小写和 0-9 十个数字,不能使用其它字符。<br />

SYN 例 SYN 1,2,3-Propanetriol<br />

用户可以为组分定义一个或多个别名。选择组分并对其编辑或将其放到流程中,要用<br />

到同义词。如果定义了组分别名,选择组分时,可以直接输入别名,而不必用标识号或者分<br />

子式(见上面)。别名可以由 48 个字符组成,可以使用包括空格在内的任何字符。<br />

② 无量纲数据<br />

这组里的关键词是关于物理性质数据的。输入时可以无量纲,或者采用 CHEMCAD<br />

兼容的单位表示。包含这些关键词的行后面要有数值。<br />

WM 例 WM 92.095 分子量(是 WM,不是 MW)<br />

WI 例 WI 1.3196 偏心因子<br />

STEL Stiel 极性因数<br />

PP 极性参数<br />

EPK EPS/K<br />

HSD 分子直径(单位总是埃)<br />

UOPK Watson 因数<br />

API API 重度<br />

SG 60 F 下的比重<br />

ZRA 例 ZRA 0.28 Rackett 常数<br />

MAF 修正偏心因子<br />

UAP 例 UAP 3.0599 UNIQUAC 面积参数<br />

UVP 例 UVP 3.5857 UNIQUAC 体积参数<br />

WMV 例 WMV 73.19 Wilson 克分子体积<br />

VW 例 VW 10.56 液体体积常数(总是 cc/mol)<br />

ECHARGE 电解质电荷<br />

ESTATE 电解质状态 (0-3):0=水态,1=固态,2=气态,<br />

3=液态<br />

ETYPE 电解质类型 (0-4):0=分子,1=单一阴离子,<br />

2=单一阳离子,3=氧阴离子,4=酸氧阴离子<br />

58


COMM 下列关键词关于环境影响因素<br />

ODP 臭氧减少趋势<br />

GWP 全球变暖趋势<br />

SFP 烟雾形成趋势<br />

ARP 酸雨趋势<br />

HTA 人类毒性-空气中<br />

HTW 人类毒性-水中<br />

HTS 人类毒性-土壤中<br />

EEAQ 环境影响-水介质中<br />

EETER 环境影响-陆地介质中<br />

③ 有量纲数据<br />

这组中的关键词与下列单位表格中的某一个有关。一个数值可以用相应表格里列出的<br />

任何一种单位表示。每一行都要有一个关键词,其后是一个选择的单位,然后是数值。例如,<br />

要将临界温度定义为 723K,临界压力定义为 40 巴,在中间文件中应有下列两行:<br />

TC 1 723<br />

PC 4 40.0<br />

表 2-4 温度单位表格<br />

代号 单位<br />

0 R<br />

1 K<br />

2 F<br />

3 C<br />

表 2-5 压力单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 psia 7 Pa<br />

1 atm 8 kg/cm2<br />

2 psig 9 bar gauge<br />

3 mmHg 10 kg/cm2 gauge<br />

4 bar 11 torr<br />

5 kPa 12 英寸(水柱)<br />

6 MPa 13 毫米(水柱)<br />

表 2-6 比容单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 ft3/lbmol 4 litre/kmol<br />

1 gal/lbmol 5 cc/mol<br />

2 bbl/lbmol 6 litre/mol<br />

3 m3/kmol 7 Imp gal/lbmol<br />

59


表 2-7 单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 Btu/lbmol 5 Btu/lb<br />

1 J/mol 6 kJ/kg<br />

2 J/kmol 7 J/kg<br />

3 cal/mol 8 kcal/kg<br />

4 kcal/mol 9 kcal/g<br />

注意:如果用上面 5-9 中的任意一个表示数值的单位,首先要定义分子量(参考前述<br />

WM 关键词)。<br />

注:**表示乘方<br />

注:**表示乘方<br />

表 2-8 溶解度单位表格<br />

代号 单位<br />

0 (cal/cc)**0.5<br />

1 (J/m3)**0.5<br />

表 2-9 偶极矩单位表格<br />

代号 单位<br />

0 debyes<br />

1 C.m<br />

表 2-10 比热单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 Btu/lbmol-F 5 Btu/lb-F<br />

1 J/mol-K 6 kJ/kg-K<br />

2 J/kmol-K 7 J/kg-K<br />

3 cal/mol-C 8 kcal/kg-C<br />

4 kcal/mol-C 9 kcal/g-C<br />

注意:如果用上面 5-9 中的任意一个表示数值的单位,首先要定义分子量(参考前述<br />

WM 关键词)。<br />

表 2-11 密度单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 lb/ft3 4 kg/litre<br />

1 lb/gal 5 g/cc<br />

2 lb/bbl 6 g/litre<br />

3 kg/m3 7 lb/Imp gal<br />

注意:如果指定了用于回归的液体密度数据表(见 EDY 关键词),首先要定义分子量<br />

(参考 WM 关键词)。<br />

60


表 2-12 粘度单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 cP 5 lbm/ft-hr<br />

1 g/cm-sec 6 Pa-sec<br />

2 kg/m-s 7 N-s/m2<br />

3 lbm/ft-sec 8 mPa-sec<br />

4 lbf-sec/ft2<br />

表 2-13 导热系数单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 Btu/hr-ft-F 4 lbm-ft/sec3-F<br />

1 W/m-K 5 kcal/h-m-C<br />

2 cal/sec-cm-C 6 cal/h-mm-C<br />

3 lbf/sec-F<br />

表 2-14 表面张力单位表格<br />

代号 单位 代号 单位<br />

0 dyne/cm 4 N/m<br />

1 J/m2 5 lbf/ft<br />

TC 表 2-4 临界温度<br />

MP 表 2-4 熔点<br />

TBOL 表 2-4 正常沸点<br />

BPM 表 2-4 平均沸点<br />

PC 表 2-5 临界压力<br />

VC 表 2-6 临界体积<br />

LMV 表 2-6 液体克分子体积<br />

HFOR 表 2-7 理想气体生成热<br />

HGIB 表 2-7 理想气体 Gibbs 生成热<br />

SHF 表 2-7 固体生成热<br />

SGF 表 2-7 固体 Gibbs 生成热<br />

HVP 表 2-7 标准汽化热<br />

NHV 表 2-7 API 低热值(燃烧热)<br />

GHV 表 2-7 API 高热值<br />

LSHF 表 2-7 液体标准生成热<br />

LSGF 表 2-7 液体标准 Gibbs 生成热<br />

SOL 表 2-8 溶解度参数<br />

DPM 表 2-9 偶极矩<br />

61


LSE 表 2-10 液体标准熵值<br />

ISHC 表 2-10 离子标准热容<br />

表 2-11~2-14 与后面的章节有关。<br />

④ 库方程系数<br />

CHEMCAD 提供了一系列库方程,用于计算与温度有关的性质。例如,下面几行规<br />

定了用于计算液体密度和汽化热的系数:<br />

COMM 液体密度系数<br />

DEN# 105(库方程编号)<br />

DENL 291.33<br />

DEN1 13.688<br />

DENU 723<br />

DEN2 3.7905<br />

DENA 0.9439<br />

DENB 0.249<br />

DENC 723<br />

DEND 0.1541<br />

COMM 汽化热系数<br />

HV# 106<br />

HVL 291.33<br />

HV1 8.9203e+7<br />

HVU 563.15<br />

HV2 6.6128e+7<br />

HVA 1.042e+8<br />

HVB 0.3013<br />

DEN# 和 HV# 关键词确定了计算与温度有关的性质时要用到的库方程。每组用四个<br />

关键词定义方程的高低限,这 4 个数值是可选的,确定后可用它们检查中间文件的输入。计<br />

算密度的 105 号方程要用到 4 个系数,它们是:DENA、 DENB、 DENC 和 DEND。计算<br />

汽化热的 106 号方程要用到 HVA 和 HVB 。<br />

库方程中的系数关键词列表如下。<br />

性质 关键词<br />

表 2-15 库方程系数关键词列表<br />

库固体密度 DSD#, DSDL, DSD1, DSDU, DSD2, DSDA, DSDB, DSDC, DSDD, DSDE<br />

库液体密度 DEN#, DENL, DEN1, DENU, DEN2, DENA, DENB, DENC, DEND, DENE<br />

库气体压力 VP#, VPL, VP1, VPU, VP2, VPA, VPB, VPC, VPD, VPE<br />

62


库汽化热 HV#, HVL, HV1, HVU, HV2, HVA, HVB, HVC, HVD, HVE<br />

库固体热容 CPS#, CPSL, CPS1, CPSU, CPS2, CPSA, CPSB, CPSC, CPSD, CPSE<br />

库液体热容 CPL#, CPLL, CPL1, CPLU, CPL2, CPLA, CPLB, CPLC, CPLD, CPLE<br />

库理想气体热容 DIG#, DIGL, DIG1, DIGU, DIG2, DIGA, DIGB, DIGC, DIGD, DIGE<br />

对非库方程系数,使用如下关键词和单位。<br />

ANTA, ANTB, ANTC<br />

Antoine 蒸气压方程常数:<br />

Ln(Psat) = ANTA - ANTB/(T + ANTC)<br />

Psat 单位是 mmHg ,T 的单位是 K。<br />

APH, BETT, GAMM, DTAA, EPSS, ETAA<br />

理想气体热容方程的常数:<br />

Cp = APH + BETT*T + GAMM*T2 + DTAA*T3 + EPSS*T4 + ETAA*T5<br />

Cp 的单位是 cal/mol-K, T 的单位是 K。<br />

VISA, VISB<br />

液体粘度方程的常数:<br />

Log10(Visc) = VISA * (1/T - 1/VISB)<br />

Visc 的单位是 cP,T 的单位是 K。<br />

SURA, SURB<br />

表面张力方程的常数:<br />

ST = SURA * (1 - (T/Tcrit))**SURB<br />

ST 的单位是 Nm, T 和 Tcrit 的单位是 K。<br />

B1, B2, B3, B4<br />

Henry 方程的常数:<br />

Ln(H) = B1/T + B2*Ln(T) + B3*T + B4<br />

H的单位是 psia/摩尔分率,T 的单位是 R。<br />

SRKM, SRKN<br />

修正的 SRK 参数。<br />

二元交互参数 (BIP):通过中间文件,用户可以把 BIP 数据装入用户数据库。每行<br />

BIP 的格式是:<br />

BIP type sec-ID BIP-A, [BIP-B, BIP-C, BIP-D, etc]<br />

BIP 的类型必须是下列类型之一:<br />

NRTL<br />

63


PR (Peng-Robinson)<br />

SRK (Soave-Redlich-Kwong)<br />

UNIQUAC<br />

WILSON<br />

BWRS<br />

ESD<br />

SAFT<br />

系统目录下的 BIPNAMES.SF 文件中列出了有效名称。<br />

BIP 的 sec-ID 是该 BIP 数据的副标识。所以有两个组分与 BIP 数值有关:主组分和<br />

副组分。BIP 关键词必须处在 STRC 和 ENDC 关键词之间。STRC 和 ENDC 关键词用于定<br />

义同一组分的一行,并且认为该组分是主组分,BIP 的 sec-ID 是该数据的副标识,同时也<br />

是副组分在 CHEMCAD 中的标识号。可以选择任意一个小于标识号的数字作为副标识。例<br />

如,下面这行将 WILSON 的 BIP 值定义在用户添加组分的值与水的值之间(水的 <strong>ChemCAD</strong><br />

标识号是 62)。<br />

BIP WILSON 62 -52.605 620.63<br />

如果中间文件中的当前行的组分是 8001,并且包括下面这行,由于副标识号大于主标<br />

识号,这行信息无效:<br />

BIP WILSON 8005 -52.605 620.63 [invalid data]<br />

定义 BIP 参数的顺序十分重要。至少要定义一个 BIP 参数。依 BIP 的类型,确定参<br />

数的个数。<br />

系统目录下的 BIPNAMES.SF 文件中包含每个 BIP 类型可以定义的参数的最多个数。<br />

定义 BIP 参数的顺序十分重要。下面给出了定义每种 BIP 类型的正确顺序:<br />

BIP NRTL secID Bij, Bji, alphaIJ, Aij, Aji [最多 5 个参数]<br />

BIP PR secID Bij [只有 1 个参数]<br />

BIP SRK secID Bij [只有 1 个参数]<br />

BIP UNIQUAC secID Aij, Aji, Uij, Uji [最多 4 个参数]<br />

BIP WILSON secID Aij, Aji [最多 2 个参数]<br />

BIP BWRS secID Kij [只有 1 个参数]<br />

BIP ESD secID Kij, KTij, KaLin, dHLin, KaBin, dHBin [最多 6 个参数]<br />

BIP SAFT secID Kij, KTij, KaLin, dHLin, KaBin, dHBin [最多 6 个参数]<br />

UNIFAC/UNIQUAC 亚基团分布<br />

IDG1, NGI1, IDG2, NGI2, IDG3, NGI3, IDG4, NGI4, etc.<br />

这些关键词用于定义 UNIFAC/UNIQUAC 亚基团标识和它们出现的次数。一个组分最<br />

多可以有 8 个亚基团,定义是必须包括两行,一行是亚基团标识关键词(IDG?),另一行是<br />

64


次数关键词(NGI?)。比如,下面这几行表示一个组分由三个 UNIFAC 亚基团组成:有 2 个<br />

2 类亚基团 (CH2), 1个 3类亚基团 (CH),3 个 15 类亚基团(OH):<br />

IDG1 2<br />

NGI1 2<br />

IDG2 3<br />

NGI2 1<br />

IDG3 15<br />

NGI3 3<br />

⑤ 要回归的数值<br />

对于 CHEMCAD 使用的方程,只要在中间文件中包含了数据表,就可以生成与温度<br />

有关的系数。作为中间文件导入过程的一部分,这些表格会自动回归。保存在 CHEMCAD<br />

系统目录下的 EXAMPLE.NF 文件是一个样例,它包含了几张回归数据表。每张数据表由一<br />

个标题和几行要回归的数据值组成。要回归的数据必须按对定义,每行一对。第一个数值是<br />

温度(独立数值),第二个值是随温度变化的值,标题行的格式如下:<br />

regtype T-units dep-units table-size<br />

regtype 必须是下列关键词之一:<br />

EVPL 表 2-5 库蒸汽压力<br />

EPST 表 2-5 Antoine 蒸汽压力<br />

EDHV 表 2-7 库汽化热<br />

ECPL 表 2-10 库液体热容<br />

ECPV 表 2-10 理想气体热容<br />

EDY 表 2-11 库液体密度<br />

EVIS 表 2-12 库液体粘度(不是 ELVIS)<br />

EVV 表 2-12 库气体粘度<br />

ELTC 表 2-13 库液体导热系数<br />

EVTC 表 2-13 库气体导热系数<br />

ESUR 表 2-14 库表面张力<br />

EHRY 表 2-5 Henry 气体压力<br />

T-units 是从上面表格中查到的单位标识。它与回归表格中用的温度单位相对应。<br />

dep-units 是回归表中独立数值的单位标识,从上面列出的相关表格中得来。<br />

table-size 是表格中条目的个数,即标题行下的行数。下表是一个例子,它包括 8 个蒸<br />

汽压的值,其中温度是 K,蒸汽压力用 mmHg 表示:<br />

EPST 1 3 8<br />

124.02 0.0704<br />

149.55 2.96<br />

65


175.08 35.5<br />

200.62 209<br />

226.15 786<br />

251.68 2200<br />

277.22 5010<br />

302.75 9820<br />

2.5.5 纯组分数据回归<br />

对于用户组分,<strong>ChemCAD</strong> 提供了一个数据回归软件包,允许用户从实验数据中回归<br />

纯组分的性质值。<br />

下文演示从实验数据回归纯组分的性质值。首先导入 example.nf 中的用户组分,或者<br />

复制一个组分作为用户组分,以备后用。<br />

从主菜单 Tools 命令中选择 Pure regression,出现如图 2-31 画面:<br />

图 2-31 纯组分数据回归菜单<br />

由图 2-31 可见,<strong>ChemCAD</strong> 允许用户回归蒸气压 Antoine 方程、蒸气压库方程、蒸发<br />

热、液体密度、液体热容、液体粘度、液体导热系数、液体表面张力、理想气体热容、气体<br />

粘度、气体导热系数等数据。现以回归蒸气压 Antoine 方程为例说明回归方法,其它内容的<br />

回归方法与之类似。<br />

点击上述画面中 Antoine 蒸气压(Antoine Vapor Pressor)按钮,出现如图 2-32 所示画<br />

面:<br />

66


图 2-32 回归组分的选择对话框<br />

选择要回归数据的组分,假设选 8001,双击该组分或选中该组分后点击 OK 按钮,出<br />

现如下画面<br />

图 2-33 组分 Antoine 蒸气压回归参数<br />

此画面右上角给出组分号和 Antoine 蒸气压方程,其左侧给出回归最大迭代次数(Max.<br />

iterations)、相对收敛精度(Relative error)和绝对收敛精度(Absolute error),底下三行给出<br />

三个 Antoine 蒸气压方程系数(AntoineA、AntoineB 和 AntoineC)的初值(Initial Value)、<br />

67


下限值(Lower Bound)和上限值(Upper Bound)。如果不需修改,点击 OK 按钮,出现如<br />

图 2-34 所示画面<br />

图 2-34 蒸气压数据输入屏<br />

该画面要求用户输入不同温度下的蒸气压数据及其加权因子,正确输入后,点击 OK<br />

按钮。如果得到一条收敛信息,就获得了被回归的系数的值,把它们添加到数据库中。<br />

2.6 蒸馏曲线数据输入<br />

有时可用的原始数据是以蒸馏曲线的形式存在的。在这种情况下,<strong>ChemCAD</strong> 允许用<br />

户输入整条曲线,并把它变成一套虚拟组分,这套虚拟组分可覆盖整个馏程范围。<br />

从主菜单的 ThermoPhysical 命令中选择 Distillation Curves 命令即可输入蒸馏曲线。程<br />

序把蒸馏曲线中的物质按沸程分为若干个虚拟组分,然后就可以当作纯组分来处理,即可以<br />

对其进行性质和汽液平衡常数如对纯组分一样计算。<br />

第一次应用此命令时,程序引导着一步一步地做。然后给出一个编辑菜单,以便用户<br />

单独选择每个命令。<br />

输入原油分析数据:<br />

1)首先,定义流程中的纯组分。如果曲线在有水蒸汽的精馏塔中使用,则必须在组<br />

分列表中有水(62),其它轻烃,即“轻端”,通常是存在的,用户也必须选择这些组分。<br />

68


2)从组分菜单中输入精馏曲线命令。当第一次应用此命令时,程序将显示一个屏幕,<br />

用户在此对物流的地址号给出一个特征名,如果输入多于一股的物流,则二股物流的性质由<br />

CHEMCAD 进行混合并产生一组通常的虚拟组分(见下面的 5)。<br />

3)对使用哪一种关联式做出选择,并估算虚拟组分的分子量和临界性质。<br />

选项:<br />

分子量<br />

Chemstations [缺省]<br />

原有的 API<br />

更新的 API<br />

Lee Kesler<br />

临界性质<br />

Cavett [缺省]<br />

API<br />

Lee Kesler<br />

ASTM D86-TBP 互变方法<br />

Chemstations [缺省]<br />

更新的 API<br />

4)下一屏幕将输入温度切割范围,切割范围和切割数决定了每个虚拟组分的沸程“宽<br />

度”,输入屏幕上显示有缺省的范围。<br />

例如,缺省范围是在 1200~1600 ℉范围间有 4 个点。即,该范围内的每个虚拟组分的<br />

沸程宽度将是 100 度。<br />

5)选择编辑曲线数据输入整个物流的曲线性质。<br />

曲线类型: 输入正在应用的精馏曲线类型。选择:<br />

ASTM D86 (760 mmHg)<br />

ASTM D1160 (10 mmHg)<br />

实沸点(760 mmHg)<br />

实沸点(10 mmHg)<br />

给定压力下的 D1160<br />

给定压力下的实沸点<br />

D2887(气相色谱)<br />

不同精馏曲线类型的信息请见精馏曲线类型。<br />

压力: 输入上面选项中所需的压力值。<br />

比重类型: 选择流体的重度类型。选择比重或 API 重度。<br />

比重: 输入作分析曲线的原料比重。<br />

总流量单位: 选择进料流率使用的流量单位。<br />

总流率: 用上面指定的单位输入总流率。<br />

69


总水流率: 如水和油一起存在,在上面指定的速率单元输入水的流率。<br />

轻端流率: 选择现存数据的流率单位。包括:体积%,重量 %,摩尔/hr,质量/hr。<br />

蒸馏曲线单位:定义蒸馏曲线的单位。 选择: 体积 %,重量 %<br />

混合/无混合:指明程序是否将两条曲线合并同时产生较少的组分。如果不执行合并,每<br />

条曲线将含有更多的分割线而且将更精确。选择有:混合,不混合。<br />

6)程序现在显示输入表,允许输入实际的蒸馏曲线。<br />

7)下一屏幕允许输入整个曲线的重度曲线。如果已输入原料重度,这个数据则是选<br />

择的。然而,如果用户既提供原料重度,又提供重度曲线,则程序将调整重度曲线与原料重<br />

度相匹配。<br />

8)最后,出现轻端分析输入屏幕,仅当水或轻烃在进料中存在时,才显示此屏幕。<br />

9)应用编辑曲线数据选择返回并改变分析流中的任何数据。<br />

10)按保存及退出,以便开始计算。<br />

进行完上述步骤后,CHEMCAD 将显示虚拟组分和计算性质的报告。用户也可以从绘<br />

图菜单上选择精馏曲线来绘制这些数据。<br />

2.7 CHEMCAD 中固体的处理<br />

结晶过程、熔化过程、熔融过程十分复杂,无法采用一般的规则。对于大多数系统,<br />

只有实验数据模型才是精确的。同样,过程模拟器也不是专为固体所设计。<br />

CHEMCAD 提供两种方法处理固体。对于第三种方法,即仿真模型,通常建议将它作<br />

为一个工作区。<br />

定义成固体:用选择固体命令把一个组分定义成固体。闪蒸计算时,一般忽略固体组<br />

分的蒸气压;在分离单元,固体组分总是和重质液态组分在一起。如果有固体存在,要用到<br />

其热容值。<br />

用主菜单的 ThermoPhysical 命令中 Particle Size Distribution(PSD)命令,用户可以定<br />

义固体的粒度分布。<br />

固体处理单元操作可以和所定义的固体一同使用。<br />

电解质盐:采用真实的电解质模型时,可以将电解质定义为沉淀物。 电解质模型将<br />

确定盐类是否沉淀。沉淀的盐类与定义的固体表现一致。如果已知盐的溶解度数据,可以将<br />

它回归到电解质系统。<br />

仿真模型:通常,用户已知不同温度下的溶解度数据。温度与溶解度数据的关系可以<br />

回归成一个动力学表达式。一个析出的组分可以作为固体,用一台动力学反应器将其变为固<br />

体组分。<br />

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习题<br />

1 查询乙烷(Ethane)热容、蒸气压、临界性质、沸点、熔点等数据,绘制蒸气压曲线。<br />

2 绘制下列物系在各自条件下的气液平衡曲线<br />

物系 条件 备注<br />

甲烷~乙烷 13.3kPa SRK 法<br />

乙醇~水 101.3kPa NRTL 法<br />

硝酸~水 101.3kPa NRTL 法<br />

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