Aspen 模拟物性数据分析
ASPEN-0-5B-ASPEN物性方法和模型5-6章
ASPEN PLUS 10 版 物性方法和模型
5-2
第 5 章 电解质模拟
于电解质溶液化学反应 离子 盐和不挥发性分子溶质可能会作为附加真实组分出现 这些 组分被定义为
l 溶剂 水是水溶液电解质系统的溶剂 对于混合溶剂电解质系统 除了水之外还有 其它的溶剂组分
l 分子溶质是非溶剂化合物的分子组分 它们以分子形式存在于液相中 所有的分子 溶质都用亨利定律处理 它们经常是超临界组分
这两个组分集对电解质过程模拟的处理有较大的影响 表观组分通常对一些电解质过程 有较大关系 因为过程的测量值通常用表观组分来表示 对于其它电解质过程 使用真实离 子来表示是描述一个电解质系统特性的唯一方法 因此表观组分或真实组分的选择取决于你 模拟的电解质类型
在一个电解质系统中可能会出现三种类型的分子组分 溶剂 分子溶质 和电解质 由
Pitzer 方程
Pitzer 方程是一个维里展开方程 该模型在低浓度下需要二级参数 在高浓度下需要二 级和三级参数 对于单个强电解质水溶液系统和多组分强电解质水溶液系统 从稀释溶液到 六个摩尔的离子强度范围内 该方程都能成功地计算 其误差在实验误差范围内 Pitzer 1973) Pitzer 方程还被扩展来模拟弱电解质水溶液系统(Chen et al. 1982) 它为许多工业电 解质水溶液系统提供了一个精确地描述电解质的非理想性的在热力学上一致的模型
l 液 (水溶液) 相平衡(例如 计算有机酸溶液与碱溶液滴定的 PH 值) l 汽-液(水溶液))平衡(例如 用盐作为萃取介质的萃取蒸馏 和酸性水汽提) l 液(水溶液))-液(有机)相平衡(例如 烃-酸水系统和金属的液-液抽提) l 盐沉淀的液(水溶液))-固平衡(例如 有机盐或无机盐的结晶) 要模拟一个电解质系统 你必须正确地标识所有相关的化学反应 在溶液中的发生的物 理的相互作用有时由假定化学反应处于平衡状态来描述 溶解的化学理论仅用于实际的化学 反应 关于溶液化学反应不正确的假设是反应化学系统模拟不精确的主要原因 使用 Electrolyte Expert System(电解质专家系统)标识出所有相关的化学反应 从这个反 应集开始 你可以根据需要删除和/或增加反应以正确地表示你模拟的过程 你可以使用 Reactions Chemistry 表页描述溶液化学反应和输入化学反应平衡常数 然 而 我们强烈推荐你使用 Component.Main(组分主)表页上的 Elec 按钮并让 Electrolyte Expert System(电解质专家系统)为你建立性质规定 对于有一个绝缘常数小于 10 的溶剂的系统 不会发生离子反应 因此 对这样的系统 ASPEN PLUS 省略所有的溶液化学计算 如果你在 Reactions Chemistry(反应化学)窗口上定义这些反应 ASPEN PLUS 就会检查 找出不可能的和多余的反应 如果这样的反应存在 ASPEN PLUS 就会在计算期间把它们 忽略掉
自-利用ASPENPLUS软件进行物性估算
利用ASPEN ＰLＵＳ软件进行物性估算系别:生物与化学工程学院专业:化学工程与工艺班级：0９161１姓名:杨振学号：0１61０90５1指导老师：宋伟利用ＡSPEN PＬＵS 软件进行物性估算Ａｓｐen Ｐlｕs 是一款功能十分强大的工艺模拟软件，对有模拟。
其自带的各种物质的物性数据库较全, 可满足绝大多数的工艺过程的模拟要求。
但在实际的工艺模拟计算过程中, 有时也会遇到在Ａspen Plus 自带的物性数据库中查不到的物质，使模拟过程无法正常进行下去。
此时, 利用Aspen Plｕｓ软件提供的物性估算功能, 可以很好地解决此类问题。
以下以发酵液中低浓度１,3- 丙二醇分离项目中的重要的中间产物2－甲基- 1,3- 二噁烷( 2MＤ) 的物性估算为例, 说明AsｐeｎPlｕs 软件物性估算功能的使用。
正文:Aｓpen Pｌus提供一套功能强大的模型分析工具,最大化工艺模型的效益: 收敛分析:自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即使是巨大的具有多个物流和信息循环的流程，收敛分析非常方便。
cａlｃulatｏｒmｏｄｅlｓ计算模式: 包含在线FOＲTRAＮ和Exceｌ模型界面。
灵敏度分析:非常方便地用表格和图形表示工艺参数随设备规定和操作条件的变化而变化。
案例研究：用不同的输入进行多个计算，比较和分析。
设计规定能力:自动计算操作条件或设备参数,满足规定的性能目标。
数据拟合：将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真实装置模型。
优化功能:确定装置操作条件，最大化任何规定的目标,如收率、能耗、物流纯度和工艺经济条件。
提供必要的基本物性数据, 包括分子结构、常压沸点、分子量、各种试验测得的物性等。
以上这些物性中, 仅分子结构是物性估算中所必需的, 依据分子结构，ＡsｐeｎPluｓ软件可计算出常压沸点和1０.水溶液数据库,包括9０0 种离子,主要用于电解质的应用。
１．2MD 物性的输入2- 甲基- 1，3－二噁烷( ２MＤ）是1,3- 丙二醇分离项目中的中间产物，由于Aspen Pluｓ软件自带的物性数据库中查不到２MD，使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难，所以采用物性估算的功能对２MD 计算。
利用ASPEN-PLUS-软件进行物性估算
利用ASPEN PLUS 软件进行物性估算Aspen Plus 是一款功能十分强大的工艺模拟软件, 对有机化工、无机化工、电化学、石油化工等各领域的各种单元操作均可模拟。
其自带的各种物质的物性数据库较全, 可满足绝大多数的工艺过程的模拟要求。
但在实际的工艺模拟计算过程中, 有时也会遇到在Aspen Plus 自带的物性数据库中查不到的物质, 使模拟过程无法正常进行下去。
此时, 利用Aspen Plus 软件提供的物性估算功能, 可以很好地解决此类问题。
以下以发酵液中低浓度1,3- 丙二醇分离项目中的重要的中间产物2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 的物性估算为例, 说明Aspen Plus 软件物性估算功能的使用。
为了成功估算2MD 的物性, 首先要向AspenPlus 软件提供必要的基本物性数据, 包括分子结构、常压沸点、分子量、各种试验测得的物性等。
以上这些物性中, 仅分子结构是物性估算中所必需的, 依据分子结构, Aspen Plus 软件可计算出常压沸点和分子量, 从而进一步计算所需的其它各种物性。
1. 2MD 物性的输入2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 是1,3- 丙二醇分离项目中的中间产物, 由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中查不到2MD, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对2MD 计算。
其分子结构如下:已知的其它物数据: 分子量102.13; 沸点(1atm):110°C; 密度(25°C):0.98kg/m3; 粘度(25°C):0.603cp; 标准生成热(25°C):- 363.02kJ/mol; 标准熵(25°C):303J/(mol·K); 表面张力(25°C):24.93dyn/cm。
因为采用基团贡献法来估算2MD 的物性, 所以在properties 中选用UNIFCA 为计算方法, 然后输入分子结构。
ASPEN第二讲 物性方法课件PPT
2021/3/10
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
以指定组分类型为例选择第一项specifycomponenttype23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23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no23系统给用户提供几种物性方法作为参考23常见化工体系的物性方法推荐化工体系推荐的物性方法prsrk气体加工prsrk气体净化kenteisnbergenrtl石油炼制bk10chaoseadergraysonstreedprsrk石油化工中vle体系prsrkpsrk石油化工中lle体系nrtluniquac化工过程nrtluniquacpsrk电解质体系enrtlzemaitispolymernrtl高聚物polymernrtlpcsaft环境unifachenrrylaw常见化工体系所推荐的物性方法24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
➢ 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
第三章ASPENPLUS的物性数据库及其应用课件
3.1 ASPEN PLUS的物性方法和模型
类别
详细内容
热力学性质模型
状态方程模型 活度系数模型 蒸汽压和液体逸度模型 汽化热模型 摩尔体积和密度模型 热容模型 溶解度关联模型 其它
传递性质模型
粘度模型 导热系数模型 扩散系数模型 表面张力模型
非常规固体性质模型
一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型
液体活度系数性质方法
NRTL UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR WILSON
理想气体定律 Redlich-Kwong Redlich-Kwong-Soave Nothnagel Hayden-O Connell HF状态方程
液体活度系数模型
汽相状态方程
如何选择热力学方法
热力学模型选择方法
物性的查询
运行tool中的检索参数结果
参数的输入
参数回归
已知实验数据（如蒸汽压） 演示 已知平衡数据（T－XY)回归wilson参数 2参数模型，回归Aij，Aji,Bij,Bji 演示
物性推算（1)
输入化合物组份 输入已知的物性
物性推算（2)
结构输入 结果
for aqueous organics, NRTL for alcohols, Wilson for alcohols and phenols, Wilson for alcohols, ketones, and ethers Wilson or Margules for C4-C18 hydrocarbons, Wilson for aromatics Wilson or Margules
aspen不同流程段物性方法
aspen不同流程段物性方法Aspen provides different process segment physical property methods to allow users to accurately model various chemical processes. These methods play a crucial role in determining the behavior of components within a process, such as their phase compositions and phase equilibria. By utilizing these methods, engineers and scientists can effectively design, analyze, and optimize chemical processes to achieve desired outcomes.Aspen的不同流程段物性方法提供了准确建模各种化学过程的工具。
这些方法对于确定过程中组分的行为，如相组成和相平衡，具有至关重要的作用。
通过利用这些方法，工程师和科学家可以有效地设计、分析和优化化学过程，以实现预期的结果。
One of the key aspects of Aspen's physical property methods is their ability to accurately predict the thermodynamic properties of components under different conditions. This allows users to simulate a wide range of industrial processes with confidence in the accuracyof the results. By incorporating these methods into their simulations,users can make informed decisions based on reliable data and ensure the success of their projects.Aspen的物性方法的一个关键方面是它们能够准确预测不同条件下组分的热力学性质。
ASPEN Plus培训教程 第二讲 组分、物性及物性计算模型
物性计算方法和模型 (2)
亨利组分 (1)
在操作条件下表现为不凝性气体的 组分被称为亨利组分(Henry Components), 其在液相中的溶解度用亨利定律描述。 亨 利 组 分 在 Components 大 类 下 的 Henry Comp子类目录里创建一个对象来定 义 ， 同 时 还 需 在 Properties 大 类 下 的 Parameters 子类下的 Binary Interaction 目录 下的 Henry-1 对象中输入亨利系数的温度 关联系数（从数据库里调用）。
henrycomponentscomponents大类下的大类下的interaction目录目录亨利组分亨利组分22亨利组分亨利组分33电解质组分电解质组分11如果系统包含水和在水中会发生如果系统包含水和在水中会发生电离的电解质电离的电解质electrolytes电离的电解质电离的电解质electrolyteselectrolyteselectrolytes我们则需我们则需我们则需我们则需利用电解质向导利用电解质向导elecelecwizardwizard来帮助我来帮助我们生成可能发生的各种电离反应和生成们生成可能发生的各种电离反应和生成的各种电解质组分的各种电解质组分
物性集合
(2)
物性集合
(3)
物性集合
(4)
物性集合
(5)
报告选项 (1)
如果希望在输出结果中包含所需 的物性数据，则可在全局设置大类下的
报告选项子类下(Report Options)予以
定义。
报告选项 (2)
报告选项 (3)
报告选项 (4)
Example 2
电离平衡和酸碱中和
将1000 m3/hr的氢氧化钙水溶液 (氢 氧化钙 5.2 kmol/m3 ， 30 C，1 bar) 与 4750 m3/hr 的氯化钠盐酸溶液(氯化钠 5.1 kmol/m3，氯化氢 2.2 kmol/m3，20 C， 1.5 bar)混合。 求混合后的流股温度、组成和pH 值。
第3章Aspen物性方法资料
BWR-LS
BWR Lee-Starling
LK-PLOCK
Lee-Kesler-Plöcker
基于PR方程的物性方法
PR-BM
Peng-Robinson with Boston-Mathias alpha function
PRWS
Peng-Robinson with Wong-Sandler mixing rules
UNIFAC
UNIF-DMD
Dortmund-modified UNIFAC
UNIF-HOC
UNIFAC
UNIF-LBY
Lyngby-modified UNIFAC
UNIF-LL
UNIFAC for liquid-liquid systems
汽相逸度系数
Redlich-Kwong-Soave Redlich-Kwong-Soave Redlich-Kwong-Soave
RKSMHV2
Redlich-Kwong-Soave with modified Huron-Vidal mixing rules
RK-ASPEN
Redlich-Kwong-ASPEN
RK-SOAVE
Redlich-Kwong-Soave
RKS-BM
Redlich-Kwong-Soave with Boston-Mathias alpha function
第3章 物性方法
物性方法
3.1 Aspen Plus数据库 3.2 Aspen Plus中的主要物性模型 3.3 物性方法的选择 3.4 定义物性集 3.5 物性分析 3.6 物性估算 3.7 物性数据回归 3.8 电解质组分
3.1 Aspen Plus数据库
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理想物性方法
状态方程物性方法
逸度系数物性方法
专用系统物性方法
其中，最常用的物性方法为：
Chao-Seader法 van Laar法 SRK法 Peng-Rob 法
Wilson 法 Unifac 法 NRTL法
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气液平衡基础---物性方法
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气液平衡基础---物性方法
练习 • 选择不同的物性方法,画出乙醇-水的Txy图
NRTL, WILSON , PENG-R, RSK,等方法
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气液平衡VLE中的非理想性
甲醇-水物系的非理想行为
课堂练习：完成图1.13的绘制
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1.气液平衡基础 1.7 VLE中的非理想性
列表
混合吉布斯能 在给定温度和压力下,吉布斯能
对液相的列表
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交互生成物性分析--二元系统物性
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交互生成物性分析--二元系统物性
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二元VLE相图
T-x-y图
x-y曲线图
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二元VLE相图解读
（384.7K） 饱和液体
饱和气体
（353.0K）
（0.375） （0.586）
图1.2 苯、甲苯T-xy图
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二元VLE相图解读
相图的读解
图1.8 丙烯/丙烷的xy图
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交互生成物性分析--二元系统物性
图形智能 系统
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交互生成物性分析--二元系统物性
1000/T(with T in K)
12
11
10
9
8
7
lnPS(Benzene)
6
lnPS(Toluene)
5
4
温度升高
3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
ln Ps(with Ps in mmHg)
图1.1 苯、甲苯的蒸气压曲线
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P=106.7kPa下，求： 1）溶液的泡点温度及平衡气相组成 2）溶液的露点温度及平衡液相组成
• 温度 • 压力 • 气相分率 • 热负荷 • 组成
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物性分析 Property analysis
进入property analysis的方法
• 法1 通过访问工具菜单的交互方法可以快速容 易的生成许多图表
• 法2 从data Browser(数据浏览)菜单中的Prope rty Analysis (物性分析)文件夹Property Analys is,这种方法最灵活.
提示： 利用物性分析工具
Tools/analysis/property/pure
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交互生成物性分析—纯组分
• 确认set up(设定), component(组分), properties( 性质)规定已经完成
• 在tools(工具)菜单中选择analysis(分析),后选择 property,再选择pure.
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交互生成物性分析
Tool/analysis/ property/pure,binary,residue ….
纯组分物性 • 二元系统物性 • 三元系统的三元共沸曲线图 • 物流物性,为生成物流物性,必须定义至少
一个物流
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交互生成物性分析—纯组分
• 确认set up(设定), component(组分), prope rties(性质)规定已经完成
乙醇-水物系的非理想行为
课堂练习：完成图1.14的绘制
6.75
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气液平衡基础--泡点/露点
泡点：液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度， 称为混合物在这压力下的泡点温度
露点：气体混合物处于某压力下开始凝结的温度， 称为混合物在这压力下的露点温度
最常见的VLE 问题就是已知系统总压P 和液相组成
(即各个xj 的数值)，计算气液相平衡时的温度和气相 的组成yj；或者已知系统总压P 和气相组成(即各个yj 的数值)，计算气液相平衡时的温度和液相的组成xj
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气液平衡基础-- 泡点/ 露点
【例题】利用闪蒸单元操作，完成以下例题 • 物系：苯，甲苯，其中苯的摩尔分率为0.2,
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交互生成物性分析--二元系统物性
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交互生成物性分析--二元系统物性
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气液平衡基础 ----物性方法
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气液平衡基础---物性方法
对于精馏计算而言最重要的问题是选择一种合适的物性方法以精确 的描述所选化学组分的相平衡。物性分析 Property a Nhomakorabeaalysis
可通过以下方法使用property analysis • 单独运行 • 在flowsheet(流程图) 中运行 • 在data regression(数据回归) 中运行
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物性分析 Property analysis
Property analysis可生成与下列变量有关的物性 窗口
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交互生成物性分析--二元系统物性
在Tools(工具)菜单中选择analysis(分析),后选择prope rty, 再选择Binary 对于Binary Analysis的三种分析类型.
Txy 给定压力下,温度对液相(x)和气相(y)组成
列表
Pxy 给定温度下,压力对液相(x)和气相(y)组成
• 在tools(工具)菜单中选择analysis(分析),后 选择property,再选择pure.
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交互生成物性分析—纯组分-蒸汽压
蒸气压是纯化学组分的一种物理属性。即某特定温 度下，当气液两相均存在时该纯化学组分所具有的压 力。蒸气压仅与温度有关，与组成无关，这种相关性 很强，当温度增长时，蒸气压呈指数式增长。
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交互生成物性分析-纯组分
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交互生成物性分析-纯组分
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交互生成物性分析-纯组分
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交互生成物性分析--二元系统物性
可以生成二元系统的常用相图,用于 检测数据和参数值的有效性 估计非理想程度 检测共沸物存在 检测两相存在 检测模型外推质量