[发明专利]一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及多级分离过程中热力学模型研究领域，特别地，涉及 一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法。

背景技术

热力学计算是化工过程模拟的一个重要环节，许多化工装置的计算 都需要调用热力学模型进行气液平衡等计算，尤其是精馏、吸收等多 级传质分离过程。热力学模型的准确性直接决定了过程模拟结果能否 很好地符合现场数据。尤其是产品纯度为10^-6的高纯度体系，需要上 百级分离，多次调用同一批热力学数据，因此这一浓度下的热力学计 算准确性对过程模拟的影响很大。

传统的气液平衡热力学参数通过汽液平衡循环釜实验得到，一般 需要测定特定条件下的二元或多元体系的气液平衡数据，然后用测量 数据估计既定模型的热力学参数。很多商业流程模拟软件都针对一些 常用体系和某些特定体系开发了热力学包，但是代价高昂而且不能面 面俱到。工程上通常利用已知组成和操作条件下的实验数据外推获得 所需热力学模型的新参数，当工程操作的条件和物料组成不能完全落 在实验数据范围内时，计算误差会明显增大。尽管如此，在没有更准 确的热力学数据和更合适的模型参数之前，工程设计还是会采用容易 获得的热力学模型进行所有条件下的过程模拟。当模拟计算与工程现 场的数据有一定误差时，可以考虑调整工程模型的经验参数(如塔板 效率)来减小模拟误差。如果在合理的上下界内调整经验模型参数都 不能达到理想的仿真效果时，就应该考虑是热力学模型偏差导致了模 拟误差，需要对热力学参数甚至模型进行整定修正来改善计算效果。

多级分离过程中有一些分离高纯度产品的设备，其产品纯度达到 10^-6数量级。由于相平衡实验在高纯度条件下加料和测量都比较困难， 很难获得这一浓度范围的平衡数据，高纯度条件的气液平衡数据都采 用常规热力学模型推算，计算误差大。因此在高纯度精馏模拟计算过 程中，经常出现模拟数据无法与实测数据吻合的现象，而且其误差受 塔板效率这一可调设备经验参数的影响较小，即无法通过设备参数的 调整来获取满意的模型，这就需要整定热力学模型参数，研究如何直 接利用高纯度分离过程的工程测量数据对热力学模型参数进行简单 并且有效的整定，从而避免对每一个体系都进行复杂的热力学平衡实 验。考虑到工程设计的精度要求比严格的热力学实验要低得多，而文 献报道针对于高纯度范围的相平衡关系的研究也很少。

发明内容

为了克服已有用于多级分离过程高纯度体系的气液平衡数据的测 量困难、计算误差大的不足，本发明提供一种测量方便、可用于多级 分离过程高纯度体系的热力学参数整定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于高纯度体系多级分离过程的热力学参数整定方法，包括 以下步骤：

1)、建立包含了多级分离设备的高纯度体系化工装置的计算模型：根 据高纯度体系化工装置的结构建立各个多级分离设备的计算方程组； 一个N级C个组分的分离设备有如下基本方程：

第j层理论级上第i个组分的物料平衡方程：

F_jz_i，j+V_j+1y_i，j+1+L_j-1x_i，j-1-(L_j+U_j)x_i，j-(V_j+W_j)y_i，j＝0    (4)

第j层理论级上第i个组分的相平衡方程：

(y_i，j-y_i，j+1)-ε_ij(m_ijx_i，j-y_i，j+1)＝0    (5)

第j层理论级上的分子归一方程：