Advanced cubic equation of state models

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-08-18
Department
Major/Subject
Chemical and Process Engineering
Mcode
CHEM3043
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
91+7
Series
Abstract
Phase equilibrium modelling plays a crucial part in chemical engineering. The chemical and oil industry handle systems with phase equilibriums of hundreds of compounds, which vary from being organic or inorganic having a polar or nonpolar part or being a small molecule to long and branched hydrocarbons. An accurate model in prevailing conditions is needed for successful and feasible design. A poor model can lead to over- or undersizing, which can cause a big safety issue and lead to significant value losses. Over the years a various models and methods have been proposed and in this thesis the volume-transalate Peng-Robinson (VTPR) model by Ahlers et al. is evaluated as a new promising solution. The aim of VTPR model is to predict more accurately saturated liquid densities, extend the scope further in the supercritical domain and enhance prediction of the asymmetric systems. VTPR model features volume translation to correct systematic error in volume, Gibbs free energy with binary interaction parameters and temperature dependent pure component specific alpha function. In this thesis's applied part VTPR model alpha function and its parameters were evaluated comprehensively. Alpha function parameter regressions were carried out with two separate methods, which both utilize Aspen Plus process simulator and RStudio R programming environment. This thesis points out that VTPR model can accurately describe various pure component and mixture properties in varying conditions. The biggest weakness was found to be specific heat capacity prediction where the VTPR model failed in many cases.

Faasitasapainon mallintaminen on tärkeässä asemassa kemiantekniikasa. Kemian- ja öljyteollisuuden proseseissa on systeemejä, jotka muodostuvat jopa sadoista komponenteista. Komponentit voivat olla orgaanisia tai epäorgaanisia, poolisia tai poolittomia tai olla kooltaan suuria hiiliketjuja tai todella pieniä molekyylejä. Näihin vaihteleviin olosuhteisiin vaaditaan tarkka malli, jotta suunnittelutyö voi onnistua. Huonosti toimiva malli voi johtaa yli- tai alimitoitukseen, joka voi aiheuttaa suuria turvalisuusriskejä ja siten arvonmenetyksiä. Vuosien saatossa on käytetty monia malleja ja tapoja mallintaa kemiallisia prosesseja. Uutena lupaavana vaihtoehtona Volume-translated Peng-Robinson (VTPR), jonka Ahlersin tutkimusryhmä on luonut, arvioidaan tässä diplomityössä. VTPR mallin tavoite on parantaa nestefaasien tiheyden mallinnustarkkuutta, laajentaa toiminta-aluetta pidemämlle superkriittisen pisteen yli ja tarkentaa asymmetristen systeemien mallinnusta. VTPR mallin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat volume-translation parametri, joka korjaa systemaattista virhettä tilavuudessa, Gibbsin vapaan energian binäärivuorovaikutus parametrit ja lämpötilariippuvainen puhtaan komponentin alfa funktio. Tämän diplomityön soveltavassa osassa VTPR mallin alfa funktio ja sen parametrit ovat tutkimuksen kohteena. Alfa funktion parametrien sovitus toteutetaan kahdella eri metodilla, jotka molemmat hyödyntävät Aspen Plus prosessisimulaattoria ja R ohjelmointia RStudio kehitysympäristössä. Tärkeimpiä havaintoja ovat VTPR mallin kyky ennustaa tarkasti höyrynpaineita puhtaille aineille. Suurimmaksi heikkoudeksi osoittautui ominaislämpökapasiteetin ennustaminen, missä VTPR malli alisuoriutui useammassa tapauksessa.
Description
Supervisor
Alopaeus, Ville
Thesis advisor
Kuitunen, Susanna
Ropponen, Artturi
Keywords
VTPR, alpha function, consistency, volume-translated Peng-Robinson, Twu91
Other note
Citation