ASPEN第二讲物性方法

第2讲物性方法2.1AspenPlus数据库2.2AspenPlus中的主要物性模型2.3物性方法的选择2.4定义物性集2.5物性分析2.6物性估算2.7物性数据回归2.8电解质组分2.1AspenPlus数据库系统数据库•是AspenPlus的一部分，适用于每一个程序的运行，包括PURECOMP、SOLIDS、AQUEOUS、INORGANIC、BINARY等数据库内置数据库•与AspenPlus的数据库无关，用户自己输入，用户需自己创建并激活用户数据库•用户需要自己创建并激活，且数据具有针对性，不是对所有用户开放PURECOMP常数参数。例如热力学温度、绝对压力。相变的性质参数。例如沸点、三相点。参考态的性质参数。例如标准生成焓以及标准生成吉布斯自由能。随温度变化的热力学性质参数。例如饱和蒸汽压。传递性质的参数，例如粘度。安全性质的参数。例如闪点、着火点。状态方程中的参数。与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及硫含量等2.1AspenPlus数据库2.2AspenPlus中的主要物性模型AspenPlus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。物性方法与模型选择不同，模拟结果大相径庭。如精馏塔模拟的例子。相同的条件计算理论塔板数，用理想方法得到11块，用状态方程得到7块，用活度系数法得42块。显然物性方法和模型选择的是否合适，也直接影响模拟结果是否有意义。《Aspenplus物性方法和模型》•IDEAL、SYSOP0理想模型•Lee方程、PR方程、RK方程状态方程模型•Pitzer、NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、VANLAAR、WILSON活度系数模型•AMINES、BK-10、STEAM-TA特殊模型2.3物性方法的选择过程模拟必须选择合适的热力学模型在使用模拟软件进行流程模拟时，用户定义了一个流程以后，模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方面的问题，而热力学模型的选择则需要用户作决定。流程模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算，迄今为止，还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系和所有的过程。流程模拟中要用到多个热力学模型，热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确性、可靠性和模拟成功与否。选取方法由物系特点及操作温度、压力经验选取由帮助系统进行选择2.3物性方法的选择经验选取由物系特点及其操作条件进行选择物系极性物系非极性物系真实？真实虚拟&真实PENG-ROBRK-SOAVEPR-BMRKS-BMP1atm真空BK10IDEALELECNRTL电解质非电解质CHAOSEABK10GARYSON参考（b）电解质？图（a）2.3物性方法的选择经验选取压力有交互作用参数？有交互作用参数？P10barP10barNRTLUNIQUACWILSONNRTLUNIQUAC是否PRWSRKSWSSR-POLARPSRKRKSNHV2是否有液液平衡数据？有液液平衡数据？UNIF-LLUNIFACUNIF-LBYUNIF-DMD是否是否极性非电解质物系图（b）2.3物性方法的选择经验选取有气相缔合？聚合度是否WILS-NTHWILS-HOCNRTL-NTHNRTL-HOCUNIQ-NTJUNIQ-HOCUNIF-HOC二聚物HF六聚物WILS-HFWILSONWILS-RKWILS-LRWILS-GLRNRTLNRTL-RKNRTL-2UNIQUACUNIQ-RKUNIQ-2UNIFACUNIF-LLUNIF-LBYUNIF-DMB活度系数模型图（c）以丙烯、苯以及异丙苯体系为例，分析体系为非极性体系，考虑到为真实物系，可以选择PENG-ROB、RK-SOAVE、PR-BM、RKS-BM等物性方法2.3物性方法的选择帮助系统AspenPlus为用户提供了选择物性方法的帮助系统，系统会根据组分的性质或者化工处理过程的特点为用户推荐不同类型的物性方法以上题中的丙烯、苯和异丙苯为例：点击菜单栏Tools下的PropertyMethodSelectionAssistant，启动帮助系统2.3物性方法的选择系统提供了两种方法，可以通过组分类型或是化工过程的类型进行选择。以指定组分类型为例，选择第一项，Specifycomponenttype2.3物性方法的选择系统提供了三种组分类型，化学系统、烃类系统以及特殊系统，这里选择烃类系统2.3物性方法的选择选择完成后，系统提示用户是否含有石油产品的数据分析或是虚拟组分，点击No2.3物性方法的选择系统给用户提供几种物性方法作为参考2.3物性方法的选择常见化工体系的物性方法推荐化工体系推荐的物性方法空分PR，SRK气体加工PR，SRK气体净化Kent-Eisnberg，ENRTL石油炼制BK10，Chao-Seader，Grayson-Streed，PR，SRK石油化工中VLE体系PR，SRK，PSRK石油化工中LLE体系NRTL，UNIQUAC化工过程NRTL，UNIQUAC，PSRK电解质体系ENRTL，Zemaitis低聚物PolymerNRTL高聚物PolymerNRTL，PC-SAFT环境UNIFAC+Henrry’Law常见化工体系所推荐的物性方法2.4定义物性集物性集是多个物性的集合，用户可以给物性集指定名称，在一个应用中使用物性时只需引用物性集的名称。在GeneralwithMetricunits模板中，系统默认物性集如下图所示：2.4定义物性集物性集设定若是物性参数不存在上述物性集中，则需要设置新的物性参数集，比如若需要查看物流的pH值，则需要点击New，设置一个新的物性参数集PS-12.4定义物性集物性集设定选择物性参数PH2.4定义物性集物性集设定2.4定义物性集输出报告选项物性集的输出需要在输出报告中设置2.4定义物性集输出报告选项选择要输出的物性，完成后，重新运行模拟，即可在结果栏中显示对应的物性参数。2.5物性分析AspenPlus为用户提供了物性分析功能，主要是用来生成简单的物性图表，验证物性模型和数据的准确性。物性分析中可以提供的图表主要分为以下三种：（1）纯组分，例如蒸汽压相对于温度变化的关系图；（2）二元物系，例如T-x-y、P-x-y相图；（3）三元相图。例2.1运用物性分析功能做出甲醇-水体系在0.1MPa下的T-x-y相图。已知甲醇、水的流率均为50kmol/hr2.5物性分析启动AspenPlus，选择模板GeneralwithMetricUnits，运行类型（RunType）选择物性分析（PropertyAnalysis）2.5物性分析设定分析物性2.5物性分析设定分析物性2.5物性分析设定分析物性本题需要做出甲醇、水体系的T-x-y相图，而T-x-y相图是表示不同组成下物系的泡露点温度，默认物性集没有此参数，需要首先设定分析的物性集，并设定输出报告选项。2.5物性分析作图在结果页面，选中X轴变量对应参数，点击菜单栏Plot下的X-AxisVariable，即设定X轴变量2.5物性分析选中Y轴变量参数，（若Y轴包含多个变量，需要同时选中），点击菜单栏Plot下的Y-AxisVariable，即可设定Y轴变量2.5物性分析甲醇-水体系的T-x-y相图2.6物性估算AspenPlus中的物性估算系统可以估算物性模型中的许多参数。物性估算以基团贡献法和对比状态相关性为基础，可以估算纯组分的物性常数，与温度相关的模型参数，Wilson、NRTL以及UNIQUAC方法的二元交互作用参数以及UNIFAC方法的基团参数例2.2估算二聚物“乙基-2-乙氧基乙醇”的物性。已知：乙基-2-乙氧基乙醇的分子式CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH乙基-2-乙氧基乙醇的正常沸点TB=195℃2.6物性估算启动AspenPlus，选择模板GeneralwithMetricUnits，运行类型（RunType）选择物性估算（PropertyEstimation）2.6物性估算输入组分及分子结构2.6物性估算输入组分及分子结构注：如果分子结构中含有苯环，可以在化学键类型中选择Benzenering2.6物性估算输入已知物性参数2.6物性估算定义物性估算本题选择估算所有缺失的物性参数，也可以再对应页面下设置需要的物性参数设置完成后，运行模拟，查看结果2.7物性数据回归物性数据回归系统可以拟合多种纯组分的物性数据，如饱和蒸汽压；该系统可以将物性模型参数与纯组分或多组分系统的实验数据相拟合，用户可以输入任意物性的实验数据，例如汽液平衡数据、液液平衡数据、密度、热容或活度系数数据；该系统也可以回归AspenPlus中的物性模型，如电解质和用户模型。物性数据回归是基于最大似然估计的思想，利用原始实验数据计算物性模型中的参数，可以处理多种数据类型，并且可以同时回归多种类型的参数2.7物性数据回归主要步骤：运行类型（RunType）选择数据回归（DataRegression）全局设定输入组分选择物性方法输入实验数据定义回归参数2.7物性数据回归输入实验数据Setup页面定义数据类型，Data页面输入实验数据2.7物性数据回归定义回归参数Setup页面定义数据来源，Parameters页面定义回归参数2.7物性数据回归定义回归参数2.7物性数据回归温度，℃摩尔分率xⅠ摩尔分率xⅡ00.0001420.999891100.0001280.999844200.0001130.999784250.0001060.999763例2.3利用甲苯-水体系的液液平衡数据回归VanLaar方程中的二元交互作用参数aij和aji，甲苯-水体系的液液平衡数据（各相中水的摩尔分率）见下表，所有的数据是在0.1MPa下测得的。甲苯-水体系的液液平衡数据2.8电解质组分当体系中包含水及在水中会发生电离的电解质（Electrolytes）时，需要使用电解质向导（ElecWizard）完成组分输入，电解质向导可以用来帮助生成可能发生的各种电离反应以及电离反应生成的各种电解质组分2.8电解质组分2.8电解质组分电解质向导分四个步骤操作：定义基本组分和定义反应生成选项；去除不存在的盐及反应；选择模拟采用的计算方法；检查前面设置和调整自动生成的亨利组分和反应式。2.8电解质组分定义基本组分和定义反应生成选项2.8电解质组分去除不存在的盐及反应2.8电解质组分选择模拟采用的计算方法2.8电解质组分检查前面设置和调整自动生成的亨利组分和反应式。2.8电解质组分作业将1000m3/hr的氢氧化钙水溶液（氢氧化钙5.2kmol/m3，30℃，0.1MPa）与4750m3/hr的氯化钠盐酸溶液（氯化钠5.1kmol/m3，氯化氢2.2kmol/m3，20℃，0.15MPa）混合，求混合后溶液的温度和pH值。