GERG-2004 모델식과 Peng-Robinson 상태방정식을 이용한 천연가스 및 냉매 구성성분들의 물성 비교연구

김미진(Kim, Mi-Jin),노재현(Rho, Jae-Hyun),김동선(Kim, Dong-Sun),조정호(Cho, Jung-Ho) 한국산학기술학회 2012 한국산학기술학회논문지 Vol.13 No.2

본 연구에서는 천연가스 및 냉매를 구성하고 있는 성분들에 대한 증기압, 증발잠열, 액상의 밀도 및 이성분 계 기액 상평형을 추산하는데 있어서 GERG-2004 모델식과 Peng-Robinson(PR) 상태방정식을 서로 비교하였다. 비교 결과 GERG-2004모델식은 액상의 밀도 추산에 있어서 PR 상태방정식에 비해 정확성이 높았으나, 기액 상평형 추산 에 대한 정확성은 오히려 낮았다. 한편, PR 상태방정식에서 Costald 상관 관계식을 사용하여 액상의 밀도를 추산한 경우에는 실험값과 오차율이 1% 이내로써 GERG-2004 모델식을 사용한 추산 결과와 거의 차이가 없었으며, 증기압 과 증발 잠열의 추산은 GERG-2004모델식과 PR 상태방정식이 거의 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었다. In this study, we compared with results simulated by EOS(Equation of State) using Peng-Robinson model and GERG-2004 model for estimating vapor pressure, latent heat of vaporation, liquid density, and binary isotherm vapor-liquid equilibrium on pure components composing natural gases. We obtained the simulated results that while EOS using GERG-2004 model is more accurate than EOS using Peng-Robinson model for estimating liquid density, but rather it is less accurate for estimating binary isotherm vapor-liquid equilibrium. On the other hand, the use of Costald model in EOS using Peng-Robinson model for increasing more accuracy to calculate liquid density is almost same as EOS using GERG-2004 model within the error of 1 % compared with experimental data. Also, we confirmed that on the estimation of binary isotherm vapor-liquid equilibrium, EOS using GERG-2004 model is more accurate than EOS using Peng-Robinson model, but they are almost same.

이산화탄소와 디메틸포름아마이드 혼합물의 기포점 측정 및 모델링

정준영(Joon-Young Jung),이병철(Byung-Chul Lee) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.1

본 연구에서는 가변부피 투시창이 설치되어 있는 고압 상평형 측정 장치를 사용하여 이산화탄소의 임계온도 이상과 디메틸포름아마이드(DMF)의 임계온도 이하의 온도 범위에서 혼합물의 조성을 변화시키면서 이산화탄소와 디메틸포름아마이드 혼합물의 기포점 압력을 측정하였다. 실험적으로 측정된 기포점 압력 데이터를 Peng-Robinson 상태방정식에 상관시킴으로써 기포점 조성과 평형을 이루는 이슬점 조성을 추정하였다. 실험적으로 측정된 기포점 압력은 Peng-Robinson 상태방정식으로 계산한 결과와 매우 잘 일치하였다. 가변부피 투시창이 설치되어 있는 고압 상평형 실험장치는 고압의 압축유체 혼합물의 기포점을 매우 쉽고 빠르게 측정할 수 있는 방법이라고 할 수 있다. The bubble point pressures of binary mixtures of carbon dioxide (CO₂) and N,N-dimethylformamide (DMF) were measured by using a high-pressure experimental apparatus equipped with a variable-volume view cell, at various CO₂ compositions in the range of temperatures above the critical temperature of CO₂ and below the critical temperature of DMF. The experimental bubble point pressure data were correlated with the Peng-Robinson equation of state (PR-EOS) to estimate the corresponding dew point compositions at equilibrium with the bubble point compositions. The experimentally measured bubble point pressures gave good agreement with those calculated by the PR-EOS. The variable-volume view cell equipment was verified to be an easy and quick way to measure the bubble point pressures of high-pressure compressible fluid mixtures.

Predictions of thermodynamic properties of pure fluids, refrigerants, and binary mixtures using modified Peng-Robinson equation of state

Pradnya Nirmala Prabhakar Ghoderao,Mohan Narayan,Vishwanath Haily Dalvi,변헌수 한국화학공학회 2022 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.39 No.12

The Peng-Robinson (PR) EOS is a very successful two-parameter equation of state to estimate thermodynamicproperties of pure compounds as well as mixtures. The PR EOS has been modified and revised several ways toimprove estimates, and the most popular modification is for the attractive term through alpha function and temperaturedependent covolume parameter in the repulsive term. However, the unphysical, i.e., negative values of temperaturedependent co volume parameter at high temperature lead to undesirable results. We have addressed this issue inthe present work by incorporating a temperature dependent covolume parameter and yet physically consistent over alarge range of temperature. In the present work, the Modified-Peng-Robinson 2 (MPR2) equation of state is presentedby modifying the alpha function in attractive term and temperature dependent co-volume parameter in repulsive termof the PR EOS. The accuracy of MPR2 EOS is demonstrated by comparing results with the PR, HKM1, and MPR1equations of state. The thermodynamic properties, namely saturated vapor pressure and liquid density, enthalpy ofvaporization, compressed liquid densities in sub and supercritical region, heat capacities (isobaric and isochoric), andsound velocity of pure compounds, are predicted by MPR2 EOS which agrees very well with the experimental data. We have further studied 24 refrigerant properties like vapor and liquid densities. The work has also been extended tostudy the phase behavior of 26 binary mixtures using van der Waals single fluid mixing rules.

Volumetric properties of supercritical carbon dioxide from volume-translated and modified Peng-Robinson equations of state

Aliakbar Roosta,Javad Hekayati,Jafar Javanmardi 한국화학공학회 2016 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.33 No.11

Following three well-established approaches, different modifications have been proposed that significantly improve the Peng-Robinson EOS’s predictions of the volumetric properties of carbon dioxide in the supercritical region. By making use of 5301 experimental PVT data points of supercritical carbon dioxide (SC-CO2), three models have been developed based on the volume-translation concept, modification of the alpha function of the attractive term of the Peng-Robinson EOS and the addition of a third translation parameter to the EOS. The experimental data considered encompass a wide temperature and pressure range of 304.35-1,273.15 K and 7.38-800.00MPa, respectively. According to the results from several graphical and statistical analyses, the proposed models can reliably be employed for prediction and representation of the volumetric properties of SC-CO2 with AARDs below 1.3%. Comparisons have also been made with the modified Redlich-Kwong EOS as well as the standard reference multiparameter EOS developed by Span and Wagner, demonstrating the comparable accuracy of the proposed models, while offering notably simpler mathematical formulation.

탄화수소 및 불화탄화수소 혼합냉매의 기상-액상 평형에 관한 실험적 연구

강병복,김민수,김영일 대한설비공학회 2000 설비공학 논문집 Vol.12 No.11

Isothermal vapor-liquid equilibrium(VLE) data have been obtained for the systems of propane(R290)+1,1,1,2-tetrafluoroethane(R134a) and 1,1,1,2-tetrafluoroethane(R134a)+isobutane(R60A) in the temperature range of 253.15 to 323.15K. Experiments were performed in a circulation type apparatus by injecting vapor through liquid pool using a magnetic pump. Both systems form azeotropes in the temperature range of this study. The experimental results were estimated with the Peng-Robinson equation of state. When the temperature-dependent binary interaction parameter was used in the Peng-Robinson equation of state, the absolute average deviation of the measured bubble point pressures from the values correlated by the Peng-Robinson equation was 0.65% and 0.78% for R290+R134a and R134a+600a, respectively. Azeotropic compositions for both systems were presented.

히트펌프 연계 전열공조기 열 및 물질수지 수치해석

노영진,김선화,이선기,강은철 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.1

이 논문에서는 건물에너지 효율성 제고를 위해 히트펌프가 적용된 전열교환기에 대해 입출력 및 주변기기에 대한 열 및 물질수지를 분석하였다. 시스템에서 히트펌프가 적용되지 않은 모델과 히트펌프를 적용한 모델로 구분하였고, Peng-Robinson 식과 IDEAL 식을 이용하여 수치해석 모델을 통해 상대습도 35%, 40%, 45%의 결과를 비교 고찰하였다. 사용된 상태방정식에 따른 해석모델을 통해 열수지의 변동폭을 확인하였다. 이를 통해 전열교환기 운전모드, 히트펌프 냉매유량 및 상태방정식 종류에 따라 성능결과의 예측 변동폭을 가짐을 확인하였다. 이 논문에서는 히트펌프가 연계된 전열교환기의 설계시 전열교환기의 용량 뿐만 아니라 히트펌프 의 핵심부품인 압축기, 증발기, 응축기 등의 용량을 예측하는 방법론을 제안하였다..

이산화탄소와 에탄 이성분계의 기액 상평형 연구

김동선(Dong-Sun Kim),조정호(Jung-Ho Cho) 한국가스학회 2010 한국가스학회지 Vol.14 No.5

본 연구에서는 이산화탄소와 에탄 이성분계에 대해서 여러 등온 조건하에서 기액 상평형을 PRO/Ⅱ with PROVISION (PRO/Ⅱ) 전산 모사기에 내장되어 있는 Peng-Robinson (PR) 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 이용하여 추산하였다. 또한, 이산화탄소와 에탄 이성분계의 각각의 등온 기액 상평형에 대해서 기포점 압력의 편차의 제곱에 대한 합산값을 목적함수로 하여 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 회귀분석을 통하여 새로 결정하였다. 기존의 PRO/Ⅱ에 내장되어 있는 이성분계 상호작용 매개변수를 사용한 것과 새로 결정한 매개변수를 사용하여 기포점 압력의 편차의 절대값에 대한 평균값을 각각 비교하였다. 본 연구에서 새로 결정한 매개변수를 이용하여 추산한 결과가 기존의 PRO/Ⅱ에 내장되어 있는 매개변수를 이용하여 추산한 결과보다 우수함을 알 수 있었다. In this study, vapor-liquid equilibrium (VLE) data at several isothermal temperatures for carbon dioxide and ethane binary systems were estimated using binary interaction parameters (BIPs) in Peng-Robinson (PR) equation of state built-in PRO/Ⅱ with PROVISION (PRO/Ⅱ) process simulator. Moreover, BIPs in PR equation of state were newly determined by regressing the experimental VLE data for carbon dioxide and ethane systems for each different isothermal temperatures using the summation of squares of the bubble point deviations as an objective function. Comparative works have been performed for absolute average deviation % (AAD(%)) between experimental and predicted bubble pressures using built-in BIPs in PRO/Ⅱ and newly regressed one, respectively. Our calculation results gave a better estimation result than the simulation result using an existing parameter built-in PRO/Ⅱ.

Prediction of CO2 freezing points for the mixtures of CO2-CH4 at cryogenic conditions of NGL extraction plants

Bahman ZareNezhad 한국화학공학회 2006 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.23 No.5

carbon dioxide freezing phenomenon is investigated at the cryogenic operating conditions of the turbo-expansion-based NGL plants. The Peng-Robinson equation of state is used for predicting the CO2liquid and vapor mixtures of CO2-CH4. A new quadratic temperature dependent kij corelation is also presented for properdescription of binary interactions at low temperatures. The overall average absolute relative deviation between experi-mental and predicted CO2 freezing temperatures is 0.26% .

액체혼합물의 밀도 측정과 3차 상태방정식에 의한 과잉 몰부피의 예측

김정민 ( Jung Min Kim ),배효광 ( Hyo Kwang Bae ) 한국화학공학회 2005 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.43 No.5

극성과 비극성의 물질인 methyl tert-butyl ether(MTBE)와 2,2,4-trimethylpentane 혼합물과 methyl ethyl ketone(MEK)와 2,2,4-trimethylpentane 2성분의 액체혼합물 그리고 극성의 물질인 MTBE과 MEK 2성분 액체혼합물의 밀도를 densitometer를 사용하여 278.15 K, 288.15 K, 298.15 K에서 각각 측정하였다. 측정한 밀도로부터 얻은 2성분계 과잉 몰부피의 측정값과 Huron-Vidal의 혼합법칙을 사용한 Peng-Robinson-Stryjek-Vera(PRSV)의 3차 상태방정식으로부터 계산한 계산값이 잘 일치하였으며 극성물질을 포함한 혼합물의 몰부피 계산에 3차의 PRSV 상태방정식이 이용될 수 있음을 확인하였다. The density of polar-nonpolar liquid mixtures composed of methyl tert-butyl ether(MTBE) and 2,2,4-trimethylpentane, and methyl ethyl ketone (MEK) and 2,2,4-trimethylpentane, and the density of polar-polar liquid mixture of MTBE and MEK were measured by densitometer at 278.15 K, 288.15 K and 298.15 K, respectively. The excess molar volume of the binary systems calculated from the measured density was shown good agreement with the calculated one by the cubic Peng-Robinson- Stryjek-Vera (PRSV) equation of state together with Huron-Vidal mixing rule and it confirmed that the cubic PRSV equation of state could be used in the molar volume calculation of polar mixture.

천연가스 액화를 위한 캐스케이드 냉동사이클의 전산모사에 대한 연구 [1]

김소희(Kim, So-Hee),조정호(Cho, Jung-Ho) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.1

본 논문에서는 천연가스를 액화시키기 위해서 프로판, 에틸렌 및 메탄 냉매를 이용한 캐스케이드 냉동 사이 클에 대한 전산모사를 PRO/II with PROVISION 8.3에 내장되어 있는 Peng-Robinson 상태방정식을 활용하여 수행하였 다. 천연가스의 조성은 한국가스공사로부터 제공받은 것을 적용하였으며, 유량은 년간 500만톤으로 가정하였다. 프로 판 냉매의 공급온도는 -40˚C로, 에틸렌 냉매의 공급온도는 -95˚C로 메탄 냉매의 공급온도는 -155˚C로 각각 정하였으 며, 천연가스와 각각의 냉매의 최소 접근온도는 3˚C로 정하였다. 메탄 냉매에 의해서 -152˚C까지 냉각된 천연가스는 줄-톰슨 팽창에 의해서 -162˚C까지 냉각되어 액화가 일어나도록 하였다. 결론적으로 캐스케이드 냉동 사이클과 줄-톰 슨 팽창을 통해서 천연가스의 액화율은 몰비로 91.64%임을 알 수 있었다. In this paper, simulation works for a cascade refrigeration cycle using propane, ethylene and methane as a refrigerant have been performed for the liquefaction of natural gas using Peng-Robinson equation of state built-in PRO/II with PROVISION release 8.3. The natural gas feed compositions were supplied from Korea Gas Corporation and the flow rate was assumed to be 5.0 million tons per annual. Supply temperature for propane refrigerant was fixed as -40˚C, that for ethylene refrigerant as -95˚C, and that for methane refrigerant as -155˚C. Natural gas was finally cooled and liquefied to -162˚C by Joule-Thomson expansion. Conclusively, 91.64% by mole of the natural gas liquefaction ratio was obtained through a cascade refrigeration cycle and Joule-Thomson expansion.