我们在涉及到气体的流程模拟时,尤其是碰到轻组分(氢气、二氧化碳、氧气等等),Aspen Plus软件经常要求将它们设置为Henry组分,那么为什么需要设置Henry组分呢?在什么情况下要设置亨利组分呢?本期推送就来简要讲一讲。 Aspen Plus在计算气液相平衡时有两类方法,状态方程法(例如PENG-ROB)和活度系数法(例如NRTL、UNIFAC等),具体这两种方法的介绍我们有时间再讲。当使用活度系数法时,中低压下气液相平衡计算通式为下式,因此如果我们要计算相平衡,那么相平衡温度T下的该纯物质的饱和蒸气压Psi 就是必须已知的数值。 我们在之前讲过的一篇超临界的推送( 超临界状态——从知识到技术应用,所以这篇推送其实是来填坑的),关于流体的超临界状态,有一个示意图,当流体的温度或者压力超过临界点时,流体是没有气相和液相的分界线的,换句话说,就是没有沸点或者说饱和蒸气压数据。也就是说当我们的操作温度或者压力超过这个值之后,我们就没有办法通过活度系数法来计算该物质的气液相平衡。 而我们所说的很多轻气体或者难溶性气体,例如氢气、二氧化碳、氮气等等,它们的临界温度很多都在40℃以下,甚至到零下147℃,而我们通常的操作工况,基本上都会在40℃以上,因此,此时是无法通过活度系数法来计算出这些气体在液相当中的含量的。 而亨利定律,1803年由英国医学家亨利(W.Henry)提出,表述为“在一定的温度和压强下,一种气体在液体里的溶解度与该气体的平衡压强成正比”,表达式如下,Pg为气体分压,H就是亨利系数,亨利定律一般对稀溶液更为准确。并且亨利定律对于温度是没有限定范围的,也就是在常用温度范围内的稀溶液,亨利定律都是有效的。因此,通过亨利定律计算轻气体或者痕量溶解气体在液相当中的含量相比活度系数法会更准确。 当然,其实有时候不设置亨利组分,软件也能对相平衡进行计算,但是这时候如果选择的是活度系数法,需要用到饱和蒸汽压时,Aspen软件所采取的办法是对饱和蒸气压P-T的图进行延伸得到工况温度下的一个压力,将其视为饱和蒸气压数值,而这种处理办法通常准确性是很差的。 总的而言,对于一些不凝性气体、低溶解性气体以及工况下的超临界气体,亨利定律计算其在液相当中的含量比活度系数法要准确得多,所以,我们需要将它们设置成亨利组分。
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