化工研学社 发表于 2022-8-13 17:08:28

Aspen Plus物性方法：状态方程法和活度系数法

在化工流程模拟过程中，所执行的最主要的热力学计算是相平衡。而其中又以汽液相平衡最为主要。我们在Aspen Plus当中也可以看到非常多的物性方法供我们进行选择，其中主要有两大类：状态方程法和活度系数法。本期推送，我们就来揭开这两类方法的区别。**https://pic4.zhimg.com/80/v2-1faa523e0f469917cd165e151793f04e_1440w.jpg?source=d16d100b一个平衡系统的汽液相中对于每个组分最基本的关系，是组分在气相中的逸度等于在液相当中的逸度。组分的逸度既可以用逸度系数表示，也可以用活度系数来表示。对于气相而言，由于气相的活度系数关系式尚未建立，因此逸度常用逸度系数来表示。而对于液相而言，逸度既可以用逸度系数来表示，也可以用活度系数来表示。也正是因为液相中逸度的表达方式有两种，所以也就出现两种方法：状态方程法和活度系数法。**https://pic3.zhimg.com/80/v2-309d8adf3fd124fd5c598924586bc420_1440w.png?source=d16d100b气液相平衡判据：逸度当汽液相逸度均使用逸度系数来进行表示时，如下图，那么根据气液相逸度相等（等式1和2左侧相等），便可得到第三个等式。**https://pic2.zhimg.com/80/v2-3ed51ddd534776c7402f37df662fc610_1440w.jpg?source=d16d100b公式中逸度系数的计算如下所示，可以发现逸度系数的计算与温度、压力和组成相关，需要依赖状态方程和混合规则，因此被称为状态方程法。**https://pic1.zhimg.com/80/v2-4b6ae976b12b25445746381946da6756_1440w.jpg?source=d16d100bAspen Plus当中常用的状态方程法有Peng-Robinson、R-K-Soave等等，具体如下表所示：**https://pic1.zhimg.com/80/v2-500bd3213ecd58b0931173627b5f819e_1440w.jpg?source=d16d100b对于活度系数法，气相逸度采用逸度系数表示，而液相逸度则采用活度系数来表示，如下图。同样根据气液相逸度相等（等式1和2左侧相等），便可得到第三个等式。其中左边包含了逸度系数，前面提到，需要依赖状态方程和混合规则计算。而右边包含了活度系数，活度系数的计算，是通过活度系数模型来得到的。**https://pica.zhimg.com/80/v2-12df533a1d2635f15fc0c41e2737776a_1440w.jpg?source=d16d100b活度系数模型分为两类，一类是经典模型，以vanLaar、Margules方程为代表，对于较简单的系统能获得较理想的结果。第二类是20世纪60年代以后从局部组成概念发展起来的活度系数模型，典型代表有Wilson和NRTL方程等等。能从较少的特征参数关联或推算混合物的相平衡，特别是对于非理想性系统的气液相平衡有较为满意的结果。所以说，相比而言，第二类模型更加优秀。**根据前面的介绍我们也知道，活度系数法其实是包含了液相活度系数的计算和气相逸度系数的计算。所以物性方法的缩写也就是这两个计算方法的缩写，比如NRTL-RK所代表的物性方法其实就是液相活度系数用NRTL方程计算，气相逸度系数用RK方程计算。所以活度系数方程和逸度系数方程进行组合可以有很多种物性方法。以下是Aspen当中有的活度系数模型。**https://pic2.zhimg.com/80/v2-04170b2666b61e89933da2dfd8990b73_1440w.jpg?source=d16d100bhttps://pic1.zhimg.com/80/v2-e6a6f4a8d494f3c9c1f7def1fbfd8b22_1440w.jpg?source=d16d100b
https://pic1.zhimg.com/80/v2-d173bef0c6e9d29e5f54c2ad837633c4_1440w.jpg?source=d16d100b状态方程法和活度系数法各有优缺点，因此适用于不同的体系和温度压力范围。下表是孙兰义老师在书中对这两种方法进行的比较，之前在亨利组分推送当中也提到了一些（点击即可跳转什么时候要选择Henry组分，为什么要选Henry组分？）。https://pic2.zhimg.com/80/v2-ffd55018eb86a64cfca5e9961665473b_1440w.jpg?source=d16d100b两种物性方法的最关键区别，就是液相当中逸度计算方法的选择。看完本篇推送，以后在进行物性方法的选择时，至少应该能知道选择的物性方法是状态方程法还是活度系数法了吧~
参考文献：化工过程模拟实训—Aspen Plus教程（第二版）, 孙兰义主编,2017.ASPEN PLUS 10.0 用户指南小编水平有限，如果有误还请及时指出！
注：文章首发公众号“化工研学社”，知乎号“叶上初阳”，欢迎关注！

speedhorse 发表于 2022-8-13 17:08:28

楼主发的贴子都是有价值的
很早就关注公众号了
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Frank_2013 发表于 2022-8-13 17:08:28

楼主辛苦了

1365675967 发表于 2022-8-13 17:08:28

认真学习了，谢谢详细的讲解

常青1958 发表于 2022-8-13 17:08:28

谢谢楼主的分享！！！！

tz_yyj 发表于 2022-8-13 17:08:28

楼主辛苦了

qyf 发表于 2022-8-13 17:08:28

谢谢你的分享，学习热力学

zxckkzxc 发表于 2022-8-13 17:08:28

{:1110_549:}

北方的狼 发表于 2022-8-13 17:08:28

辛苦了，这篇文章很清晰

化化化工 发表于 2022-8-13 17:08:28

收藏学习，谢谢楼主详细的讲解

huairen1986 发表于 2022-8-13 17:08:28

{:1110_559:}

zhaodanbo 发表于 2022-8-13 17:08:28

楼主辛苦了

欧拉欧拉 发表于 2022-8-13 17:08:28

学习到了，谢谢

18729372512 发表于 2022-8-13 17:08:28

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hgw04044217 发表于 2022-8-13 17:08:28

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kenny4256 发表于 2022-8-13 17:08:28

谢谢你的分享！!!!

wygnei 发表于 2022-8-13 17:08:28

感谢分享

化工研学社 发表于 2022-8-13 17:08:28

speedhorse 发表于 2022-8-15 10:47
楼主发的贴子都是有价值的
很早就关注公众号了

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