LW-PROII模拟计算中热力学方程的选择

1应用PRO/II进行塔模拟计算时热力学系统的选择部分计算模块的讨论王崇智石油大学（北京）化学工程研究所（102200）摘要:本文总结了应用PRO/II进行炼油、石油化工装置模拟过程中塔模拟计算时热力学系统选择的一些经验，并讨论了塔模拟计算时的一些基本要素和基本技巧。关键词：PRO/II，塔，模拟，热力学方法，技巧一、概述PRO/II软件是美国SIMSCI公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件，该软件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程，对多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工艺装置的工艺流程模拟软件，同时作为装置标定计算、设备核算的软件。PRO/II软件在我国的应用十分广泛，其中DOS系统的V3.3、V4.02版本和WINDOWS操作系统的V4.13WITHPROVISIONV2.0以上版本是比较常用的。PRO/II软件是很多炼油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一，同时也是炼油、化工等生产单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。在实际工作中，有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题，而塔设备往往是需要进行标定或核算的重要设备之一，这时应用PRO/II软件提供的精馏、吸收、萃取等单元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。本文通过对PRO/II软件提供的热力学方法的初步分析，推荐了PRO/II软件在常见石油化工装置塔模拟计算中的热力学方法。二、PRO/II热力学方法的初步分析PRO/II软件提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传递性能参数等热力学计算方法，由于每种热力学方法有一定的适用范围，在应用PRO/II解决具体问题时，选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。以下分类讨论PRO/II提供的主要的热力学方法。2.1、普遍化方法普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的SRK方程、PR方程、BWRS方程、GS方程、IGS方程、BK10方程等，各方程的适用范围如下：热力学方程适用领域SRK气体、炼油过程的烃类物系SRKKD炼油过程的烃水物系，尤其高温、高压的气液液过程SRKM烃/醇等极性/非极性物系2SRKH酮/水等极性和高压物系PR气体、炼油过程的烃类物系PRM烃/醇等极性/非极性物系的气液液过程PRH酮/水等极性和高压物系BWRS气体、炼油过程的烃类物系GS常压以上的炼油物系IGS炼油体系的气液液过程BK10原油常压、减压蒸馏过程2.2、液相活度系数方法液相活度系数方法主要包括用化工、石油化工物系气液、液液、气液液平衡及相关物性参数计算的NRTL（Non-RandomTwoLiquid）方程、UNIQUAC方程、WILSON方程、UNIFAC方程、VANLAAR方程、FLORY方程、MARGULES方程等，各方程的适用范围如下：热力学方程适用领域NRTL有液相活度系数可以利用的化工、石油化工极性物系UNIQUAC没有提供气液、液液平衡数据的化工、石油化工极性物系WILSON极性物系的气液过程UNIFAC任何已知组分结构的物系VANLAAR化工、石油化工极性物系的气液、液液过程FLORY化工、石油化工极性物系的气液、液液过程MARGULES化工、石油化工极性物系的气液、液液过程2.3、专用数据包方法PRO/II专用数据包用于计算指定物系的气液、液液平衡及相关物性参数，主要包括GLYCOL数据包、SOURWATER数据包、ALCOHOL数据包、AMINE数据包等，各专用数据包的适用范围如下：专用数据包适用领域GLYCOL含有水、乙二醇、三甘醇和气体组分物系的脱水过程。温度26—204℃；压力≤13.6MPaSOURWATER含有H2S、NH3、CO2、H2O物系的计算。温度20—150℃；压力≤0.345MPa（原始关联式）；压力≤19.3MPa（修正VanDerWaals方程计算气相逸度）ALCOHOL含有醇、H2O和其他极性物系气液、液液、气液液过程。温度50—110℃；压力≤10.2MPaAMINE含有MEA、DEA、DGA、DIPA、MDEA物系的相关计算三、PRO/II在石油化工装置塔模拟中的热力学方法石油化工装置种类繁多，以下将分类介绍PRO/II软件在部分装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包。33.1、炼油装置常见炼油装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包如下。装置名称塔名称热力学方法数据包备注常减压装置初馏塔GSSIMSCI常压塔GSSIMSCI常压汽提塔GSSIMSCI减压塔BK10SIMSCI催化裂化装置分馏塔BK10SIMSCI柴油汽提塔BK10SIMSCI吸收塔SRK、PRSIMSCI解吸塔SRK、PRSIMSCI再吸收塔SRK、PRSIMSCI稳定塔SRK、PRSIMSCI催化重整装置脱轻塔SRK、PRSIMSCI脱重塔SRK、PRSIMSCI抽提塔NRTLALCOHOL非芳水洗塔NRTLALCOHOL汽提塔NRTLALCOHOL溶剂回收塔NRTLALCOHOL苯塔BK10SIMSCI甲苯塔BK10SIMSCI二甲苯塔BK10SIMSCI延迟焦化装置分馏塔BK10SIMSCI柴油吸收塔BK10、GSSIMSCI加氢裂化装置分馏塔BK10、GSSIMSCI脱乙烷塔SRK、PRSIMSCI脱丁烷塔BK10、GSSIMSCI石脑油汽提塔BK10、GSSIMSCI加氢装置汽提塔SRKSIMSCI稳定塔SRKSIMSCIMTBE装置催化蒸馏塔NRTLSIMSCI催化精馏流程碳四分离塔NRTLSIMSCI两器四塔流程甲醇萃取塔NRTLALCOHOL甲醇回收塔NRTLALCOHOL酸水汽提装置酸水汽提塔SOURSIMSCI脱硫装置干气脱硫塔AMINE&SRKSIMSCI液化气脱硫塔AMINE&SRKSIMSCI溶剂再生塔AMINE&SRK3.2、石油化工装置常见石油化工装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包如下。4装置名称塔名称热力学方法数据包备注乙烯装置油洗塔SRK、PRSIMSCI水洗塔SRK、PRSIMSCI脱甲烷塔SRK、PRSIMSCI脱乙烷塔SRK、PRSIMSCI加入Kij乙烯塔SRK、PRSIMSCI加入Kij脱丙烷塔SRK、PRSIMSCI加入Kij丙烯塔SRK、PRSIMSCI加入Kij脱丁烷塔SRK、PRSIMSCI环氧乙烷装置吸收塔NRTLSIMSCI解吸塔NRTLSIMSCI回收塔NRTLSIMSCI精制塔NRTLSIMSCI乙二醇装置脱水塔NRTLALCOHOL乙二醇塔NRTLALCOHOL二甘醇塔NRTLALCOHOL三甘醇塔NRTLALCOHOL乙苯装置吸收塔SRKSIMSCI稳定塔SRKSIMSCI循环苯塔BK10、SRKSIMSCI脱甲苯塔BK10、SRKSIMSCI乙苯精馏塔BK10、SRKSIMSCI多乙苯塔BK10、SRKSIMSCI苯乙烯装置苯-甲苯塔BK10、SRKSIMSCI乙苯回收塔BK10、SRKSIMSCI苯乙烯精馏塔BK10、SRKSIMSCI残液精制塔BK10、SRKSIMSCI醋酸乙烯装置醋酸吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI洗涤塔NRTL、SRKMSIMSCI二氧化碳吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI二氧化碳再生塔NRTL、SRKMSIMSCI初馏塔NRTL、SRKMSIMSCI脱水塔NRTL、SRKMSIMSCI脱轻塔NRTL、SRKMSIMSCI脱重塔NRTL、SRKMSIMSCI醋酸装置醋酸吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI洗涤塔NRTL、SRKMSIMSCI二氧化碳吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI二氧化碳再生塔NRTL、SRKMSIMSCI四、PRO/II中的重要计算模块1、RECYCLE模块的应用很多装置的模拟需要采用RECYCLE进行工艺计算，如：带外部冷回流的分馏过程、萃5取蒸馏单元、吸收—解吸过程、洗涤—再生过程等。在具有循环物流的计算过程中，正确的确定循环物流的初置、参考物流的温度或流量和循环加速对于模拟计算是必要的。2、CALCULATOR模块的应用对于有多股物流的工艺过程，PRO/II提供的CALCULATOR模块能够方便的计算各物流的组合工况或物流性质，灵活运用CALCULATOR模块对于完成全流程模拟计算的是一个有效的手段。3、OPTIMIZER模块的应用ROCESSSIMULATIONCOMPARISONontheTWOSTAGESEXTRACTIONDISTILLATIONtoSEPERATEcis-BUTADIENEUNITWangChongzhiUniversity（Beijing）PetrochemicalEngineeringCo.Ltd.（102200）ABSTRACT：Inthepaper,processoftwostagesextractiondistillationtoseparatecis-butadieneunitinwhichacetonitrileistobeusedassolventhasbeenestablishedandsimulatedbyPRO/IIandHYSIMsoftware.theresultsofPRO/IIandHYSIMcalculationcomparasionwiththeactualprocessshowthatthesimulationcalculationresultsareaccuracy.Keywords:Acetonitrile,Extractiondistillation,cis-Butadiene,PRO/II，HYSIM，Processsimulation