低溫下含CO2的二元及多元混合物相平衡特性研究.pdf

1、為了實現CO2的減排及資源高效利用，低溫相變碳捕集法以其無污染、產品純度高等優(yōu)點受到研究者青睞，其中含CO2混合物的相平衡數據是實現系統(tǒng)設計、操作、分析的重要基礎。
　　本文借助Towhee軟件運用吉布斯系綜蒙特卡羅(GEMC)法對含CO2的混合物進行氣液相平衡分子模擬。選用不同的力場模型對CO2、N2、O2三種純物質的氣液相密度進行NVT-GEMC模擬，通過與已有實驗數據對比，得出適用于CO2、N2、O2三種純物質的最佳力場模型

2、分別為EPM2力場、TraPPE力場和Coon1987力場。
　　運用優(yōu)選出的純物質力場模型，結合Lorentz-Berthelot混合規(guī)則，采用NPT-GEMC方法，對CO2-N2二元混合物氣液相平衡進行模擬，通過與已有實驗值對比分析得出，CO2摩爾含量的模擬值與實驗值的最大相對誤差均小于9％，平均相對誤差均小于6％;氣相CO2摩爾含量最大相對誤差為220 K時的8.08％，液相CO2摩爾含量最大相對誤差為220K時的6.79％

3、。通過對CO2-N2-O2三元混合物研究發(fā)現，模擬值與實驗值吻合較好，證明了所選模型的準確性。運用驗證過的模型對摩爾含量為24.5％N2、72.7％CO2、2.8％O2的典型富氧燃燒煙氣進行氣液相平衡分子模擬發(fā)現，分離溫度越低、壓力越高，所得液態(tài)CO2產品純度越低，但CO2分離率增大。與復雜的實驗過程相比，分子模擬的方法從微觀角度出發(fā)，不受實驗條件的制約，具有安全快捷、精度高的優(yōu)點，可以推廣到實驗數據不足的研究范圍。
　　狀態(tài)方程

4、法是工程實踐中計算相平衡的常用方法，運算速度優(yōu)于分子模擬，但計算精度有待提高。本文運用PR、SRK狀態(tài)方程法及Henry常數法計算了N2在液態(tài)CO2中的溶解度，通過與實驗數據比較得PR方程優(yōu)于SRK方程，Henry常數法計算結果誤差最大;并發(fā)現隨溫度降低或壓力增大，N2的溶解度逐漸增大。為進一步提高PR方程的計算精度，通過實驗數據及分子模擬數據計算N2-CO2之間的二元交互作用系數，分子模擬數據的應用可以填補實驗數據不足造成的空缺，使二

5、元交互作用系數的數量更豐富，更加明顯的呈現一定的規(guī)律性。本文計算得出220K、240K及250K溫度下的二元交互作用系數，并提出其值與溫度壓力有關的關聯式;運用關聯式的計算結果與實驗數據比較得出溶解度相對誤差均小于2％，證明了所得關聯式的準確性，提高了PR方程的計算精度。
　　本文分析了CO2-N2之間的二元交互作用系數kij對精餾過程的影響，模擬結果表明kij對塔板數、進料位置、再沸器及冷凝器負荷的影響較小，對回流比的影響較大，