LW-PROII模拟计算中热力学方程的选择

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V4.13 WITH PROVISION V2.0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

SRKH 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-Random Two Liquid）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、SOUR WATER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≤13.6MPa

SOUR WATER 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Van Der Waals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≤10.2MPa

AMINE 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。

3.1、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 GS SIMSCI

常压塔 GS SIMSCI

常压汽提塔 GS SIMSCI

减压塔 BK10 SIMSCI

催化裂化装置分馏塔 BK10 SIMSCI

柴油汽提塔 BK10 SIMSCI

吸收塔 SRK、PR SIMSCI

解吸塔 SRK、PR SIMSCI

再吸收塔 SRK、PR SIMSCI

稳定塔 SRK、PR SIMSCI

催化重整装置脱轻塔 SRK、PR SIMSCI

脱重塔 SRK、PR SIMSCI

抽提塔 NRTL ALCOHOL

非芳水洗塔 NRTL ALCOHOL

汽提塔 NRTL ALCOHOL

溶剂回收塔 NRTL ALCOHOL

苯塔 BK10 SIMSCI

甲苯塔 BK10 SIMSCI

二甲苯塔 BK10 SIMSCI

延迟焦化装置分馏塔 BK10 SIMSCI

柴油吸收塔 BK10、GS SIMSCI

加氢裂化装置分馏塔 BK10、GS SIMSCI

脱乙烷塔 SRK、PR SIMSCI

脱丁烷塔 BK10、GS SIMSCI

石脑油汽提塔 BK10、GS SIMSCI

加氢装置汽提塔 SRK SIMSCI

稳定塔 SRK SIMSCI

MTBE装置催化蒸馏塔 NRTL SIMSCI 催化精馏流程

碳四分离塔 NRTL SIMSCI 两器四塔流程

甲醇萃取塔 NRTL ALCOHOL

甲醇回收塔 NRTL ALCOHOL

酸水汽提装置酸水汽提塔 SOUR SIMSCI

脱硫装置干气脱硫塔 AMINE&SRK SIMSCI

液化气脱硫塔 AMINE&SRK SIMSCI

溶剂再生塔 AMINE&SRK

3.2、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。