ASPEN PLUS的物性方法和模型
Aspen Plus 物性方法的选择
合成气体 煤气化 煤液化 蒸汽系统，冷却剂
PR-BM,RKS-BM
PR-BM,RKS-BM PR-BM,RKS-BM，
BWR-LS STEAMNBS,STEAM-TA
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ11
行业
用途
方法
（10）矿物和冶金 Power generation
机械加工：压碎、碾碎 、筛分‘洗涤
湿法冶金：矿物沥取
熔炉、转炉
物性方法的选择
● 91中性质方法 ● 四种类型 ● 可按行业和用途选择
A
1
1. Aspen Plus 91 种性质方法
AMINES ENRTLSA MXBONNE
C
L
APISOUR EPNRTL NRTL
B-PITZER FACT
NRTL-2
BK10
BWR-LS
BWRS
CHAOSEA
COSMOSA C
空气分离
PR-BM,RKSBM,PENGROB,RK-SOAVE
用乙二醇进行气体 脱水
用甲醇或NMP进行 酸性气吸收
克劳斯过程
PRWS，RKSWS，
PRMHV2， RKSMHV2，PSRK
，SR-POLAR
用水、氨水、胺、 胺+甲醇、碱、石灰、 热碳酸盐吸收酸性
气体
ELECNRTL
A
7
行业
用途
方法
K值计算方法
理想气体/道尔顿定律/亨利定律 理想气体/道尔顿定律（发布版本8）
②状态方程模型——13 种
表（2-1） 基于Lee方程的物性方法
物性方法代码 BWR-LS LK-PLOCK
状态方程 BWR-Starling Lee-Kesler-Pl?ck
化工模拟软件aspen plus第3章 物性方法
BK-10
Braun K-10
石油
SOLIDS
Ideal Gas/ Raoult's law/Henry's law /solid 冶金
activity coefficients
CHAO-SEA Chao-Seader corresponding states model 石油
GRAYSON Grayson-Streed corresponding states model 石油
Electrolyte NRTL
ENRTL-HF
Electrolyte NRTL
ENRTL-HG
Electrolyte NRTL
NRTL
NRTL
NRTL-HOC
NRTL
NRTL-NTH
NRTL
NRTL-RK
NRTL
NRTL-2
NRTL (using dataset 2)
基于UNIFAC的物性方法
UNIFAC
其他物性方法
SR-POLAR
Schwartzentruber-Renon
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
活度系数模型
方法
液相活度系数
基于Pitzer的物性方法
PITZER
Pitzer
PITZ-HG
Pitzer
B-PITZER
Bromley-Pitzer
基于NRTL的物性方法
ELECNRTL
Wilson (using dataset 2)
WILS-HF
Wilson
WILS-GLR
Wilson (ideal gas and liquid enthalpy reference state)
利用ASPEN_PLUS_软件进行物性估算
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。
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。
calculator models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。
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。
在ASPEN PLUS中选用的物性方法
在ASPEN PLUS中选用的物性方法—Chao-Seader本设计中所选用的两种物质苯、甲苯都为烃类物质，且操作条件为Chao-Seader用来计算烃类混合物对重质烃类用此方法ASPEN PLUS中的塔设备单元操作模块1、DSTWU模块对单一进料两出料精馏塔进行简捷设计计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板和加料版位置。
已知平衡级数，可以得到回流比；已知回流比，可以得出理论级数。
同时也能得到最佳进料位置和再沸器及冷凝器热负荷。
运用DSTWU能够得到回流比与理论级数关系曲线与表格。
可以利用此单元操作得到严格计算初值。
2、RadFrac模块此模块为严格多级气液分离模型，尤其适用于三相、宽沸程和窄沸程以及液相强非理想系体系，用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。
可以同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算法求解给定塔设备的操作结果3、DISTL模块此模块对单一进料两出料精馏塔进行简捷校核计算。
给定平衡级数、回流比和塔顶产品速率及冷凝器类型（全凝或部分冷凝），可估算出再沸器和冷凝器热负荷。
4、EXTRACT模块此模块为液液萃取模拟计算的严格模型，只用来进行校核计算。
可处理多进料、带侧线以及有加热和冷却单元的各种萃取体系。
分配系数的求取可采取活度系数法、状态方程法或内置温度关联式二元精馏是最为简单的一种精馏操作，其设计和操作计算是多元精馏计算的基础。
二元精馏的设计可采用简捷法和逐板计算法，Aspen Plus则采用Winn-Underwood-Gilliland简捷法进行设计，对应“Colums”中“DSTWU”模块。
由于简捷法的计算误差较大，所以需要用严格精馏模型对设计结果进行验证，采用“Colums”中的“RadFrac”模块。
所以本设计的单元操作也选用RadFrac模块。
ASPEN_PLUS(PRO_II)官方用户指南1-2
必须对下列组分都可得到 参加化学反应的组分 用RGibbs 反应模型模拟的平衡反应中涉及的组分
常规的固体组分参考状态
常规的固体组分可能需要 l 标准固体生成热 DHSFRM l 标准固体吉布斯生成自由能 DGSFRM 在Properties Parameters Pure Component Scalar Input 页面上输入它们
ASPEN PLUS 10 版 用户指南
7-16
本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有， 仅供试用。 第8章 物性参数和数据
第８ 章 物性参数和数据
这一章介绍怎样评估模拟中对物性参数需求 确定可以从数据库中得到的参数 并且输 入数据库中查不到的参数和数据 标题包括 l 关于参数和数据 l 确定物性参数需求 l 从数据库中检索参数 l 输入物性参数 l 使用表数据和多项式系数 l 使用物性数据包
二元交互 在Properties Parameters Binary Interaction Henry－１ （物性参数 二元交互参数 亨利－１） 表页上的Henry－１对象的Input 输入 页面上 输入亨利常数模型参数
热力学参考状态要求的参数
热力学性质的参考状态是２５ 和１atm理想气体状态下的各组成要素 为了计算焓 熵
检索纯组分参数
对于许多组分 ASPEN PLUS 自动从它的纯组分数据库检索纯组分参数 使用 Componets Specifications Databanks 组分规定 数据库 页面指定所要查找数据库和查找 顺序 从第一个所选数据库查不到的参数将在所选的后续数据库中查找 若输入你自己的参数值 使用Properties Parameters （物性参数）的Pure Component Scalar Input 纯组分标量 输入 和 T －Dependent Input 温度相关参数输入）页面来输入 参见 输入纯组分常数 因为内置的纯组参数是和模拟引擎放在一起的 所以在任何Parameters Pure Component Input （纯组分参数输入）页面上都不能自动出现可用的参数 用户输入的参数将取代从ASPEN PLUS 数据库检索出的参数值
ASPENPLUS10.0物性方法和模型
例子有 l 甲烷和己烷或庚烷二元系统 van der Kooi， １９８１；Davenport and Rowlinson， １９６３；
１５
l 吉布斯能的偏差
( ) ∫ Gm − Gmig
=
−
v ∞
p
−
RT V
dV
−
RT
ln
V V ig
+
RT (Zm
− 1)
１６
l 摩尔体积 求解p T Vm 得到Vm 对于一个给定的状态方程 逸度根据方程１３计算 混合物其它的热力学性质能由偏差函 数计算 l 汽相焓
H
v m
=
H
ig m
+
(H
v m
−
H
ig m
)
f i v = ϕiv yi P （８）
校正因子ϕiv是逸度系数 对于在中压下一个汽相 ϕiv接近于１ 相同的方程可应用到液 相
f i l = ϕil xi P ９
Kohn， １９６１） l 乙烷和C数为１８－２６的正构烷烃二元系统（Peters et al．， １９８６） l 二氧化碳和C数为７－２０的正构烷烃二元系统（Fall et al．， １９８５） 不互溶的化合物分子大小差别越大 液－液和液－液－汽平衡越可能涉及重组分的固化 例如 乙烷和五环或六环烷烃则显示这个特性 碳原子数差别的增大将引起液－液分离消失 例如 在乙烷和碳原子数大于２６的正构烷烃混合物中 相对固体－流体 汽或液 平衡来说 液－液分离变成了亚稳平衡（Peters et al．， １９８６） 状态方程方法不能处理固体
ASPEN物性系统
ASPEN物性系统Aspen Plus具有最完备的物性系统物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。
人们普遍认为 Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。
许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用 Aspen Plus的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。
二、Aspen Plus 的物性系统包括：2.1 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型用户可在流程的不同部分选用不同的物性模型。
兹将 Aspen Plus 中的物性模型列举如下：2.1.1 状态方程（共有 20 多种模型）ASME 水蒸汽表关联式 ASME 水蒸汽表关联式理想气体模型 BWR－Lee－Starling 模型Hayden－O’Connell 模型（具有气相缔合） HF 模型（气相水理想性）Lee Kesler 模型 MHV2 混合规则Lee Kesler Plocker 模型（具有气相缔合） NBS/NRC 蒸汽表Nothnagel 模型 Peng Robinson 模型Peng Robinson Boston Math 水－碳氢物体系模型 Peng Robinson MHV2 模型Peng Robinson Wong－Sandler 模型 Predictive SRK 模型PSRK 混合规则 Redlich Kwong 模型Redlich Kwong ASPEN 模型 Redlich Kwong Soave 模型Redlich Kwong Soave Wong Sandler 模型 Redlich Kwong Soave MHV2 模型RK-Sovae Alpha 函数 Schwartzentruber-Renon 模型Helgeson 状态方程（电解质比热及焓计算）2.1.2 活度系数模型扩展的 Scatchard Hildebrand 方程 NRTL 局部组成电解质方程MSA 电解质方程 NRTL 方程 Pitzer 电解质方程Chien Null 模型 Redlich－Kister 模型三后缀 Margules 模型 VanLaar 方程Wilson 方程 UNIFAC 方法Dortmund 改进 UNIFAC Lyngby 改进 UNIQUAC 方法Brornley Pitzer 活及系数模型多项式活度系数模型理想流体模型2.1.3 摩尔体积模型用于石油馏分的 API 液体体积模型Brelvi O’Connell 偏摩尔液体体积模型多项式固体体积模型Cheuh Prausnitz/Rackett 压缩液体体积模型 Campbell Thodos 液体体积模型COSTALD 饱和和压缩液体体积模型 Clark 电解质液体体积模型Debye Huckel 电解质液体体积模型 Cavett 饱和液体体积模型Rackett 饱和液体体积模型表数据输入2.1.4 蒸发潜热模型DIPPR/Watson/IK-CAPE 方程 Clausius Clapeyron 方程2.1.5 焓、自由能、熵模型Cavett 饱和液体和水蒸汽表液体模型Criss Cobble 电解质液体焓模型综合固体升华模型多项式固体升华模型多项式固体模型改进的多项式固体模型 DIPPR 比热模型BARIN 方程改进的 Watson 方程多项式固体熔化热模型Yen Alexander 液体和气体模型汽化热模型表数据输入Yen Alexander 水蒸汽表气体模型2.1.6 蒸汽压模型扩展的 Antoine 液体模型C avett 液体模型改进的多项式模型表数据输入 Antoine 固体模型2.1.7 气液平衡比模型API SOUR 模型 Kent Eisenberg 模型改进的多项式模型表数据输入2.1.8 Henry 常数模型改进的多项式模型表数据输入2.1.9 复合固体密度模型综合广义的密度模型IGT 干燥固体模型2.1.10 复合固体焓模型Boie 关联式Chang Jirapongphan Boston 关联式温度的三次方程 Dulong 关联式综合焓模型 Grummel 和 Davis 关联式基于燃烧热的关联式 Kirov 关联式2.1.11 热导率模型Chung Lee Starling 液体和气体模型IAPS 水的液体和气体模型多项式固体模型 Sato Riedel 液体模型Stiel Thodos 高压气体模型TRAPP 液体和气体模型Wassiljewa Mason Saxena 低压气体模型表数据输入2.1.12 表面张力模型石油馏分的 API 模型Hakim Steinberg Stiel 模型水的 IAPS 模型表数据输入 Onsager Samaras 模型2.1.13 粘度模型Chapman Enskog Brokaw 低压气体模型Chung Lee Starling 液体和气体模型Dean Stiel 高压气体模型水的 IAPS 液体和气体模型API 液体粘度模型Letsou Stiel 高温液体模型Lucas 气体模型改进的 Andrade 液体模型TRAPP 液体和气体模型表数据输入 Andrade/DIPPR 模型2.1.14 扩散系数模型Chapman Enskog/Wilke Lee 低压气体模型Dawson Khoury Kobayashi 高压气体模型Wilke Chang 表数据输入2.2 Aspen Plus 数据库包括24000多种纯组分的物性数据及下列数据库1、纯组分数据库，包括 5000 种化合物的参数。
ASPENPLUS第1章
第1章ASPEN PLUS 性质方法概述 ....................................................................................... 1-1 热力学性质方法................................................................................................................... 1-1 状态方程方法............................................................................................................... 1-2活度系数方法............................................................................................................... 1-7状态方程模型..............................................................................................................1-15活度系数模型..............................................................................................................1-22传递性质方法..............................................................................................................1-23非常规组分焓计算......................................................................................................1-25脚注..............................................................................................................................1-26第1章ASPEN PLUS 性质方法概述所有的单元操作模型都需要性质计算而生成结果。
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路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
3.1 ASPEN PLUS的物性方法和模型
类别 热力学性模型
传递性质模型 非常规固体性质模型
详细内容
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
粘度模型 导热系数模型 扩散系数模型 表面张力模型
极性物系，采用状态方程与活度系数方程相 结合的组合法，即汽相采用状态方程法，液 相逸度采用活度系数法计算，液相的其它性 质采用状态方程或经验关联式法。
过程工业推荐使用的热力学方法
Galen J. Suppes选择方法
for aqueous organics, NRTL for alcohols, Wilson for alcohols and phenols, Wilson for alcohols, ketones, and ethers Wilson or
5、灵活的和预测性的状态方程性质方法： PRM计算H高温V、高2压、、接P近临R界W点混S合物、及在P高S压下R的K液-、液分离R的K体系-。A（S如P乙二E醇N、 RKS气M体干燥H、V甲醇2脱、硫及超R临K界萃S取W） S、SR-POLAR
液体活度系数性质方法
液体活度系数模型
NRTL UNIFAC UNIQUA
3、针对石油调整的状态方程性质方法： PENG-ROB、RK-SOAVE 用于气体加工、炼油及化工应用。（如气体加工装置、原油塔及乙烯装置）
4、用于高压烃应用的状态方程性质方法： BW处R理高-温L、S高、压以及L接K近-临P界点L的O体系C（K如气、体管P线R传输-或B超M临界、抽提）RKS-BM
物性推算（1)
输入化合物组份
输入已知的物性
Margules for C4-C18 hydrocarbons, Wilson for aromatics Wilson or Margules
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
C VAN
LAAR WILSON
汽相状态方程
理想气体定律 Redlich-Kwong
Redlich-KwongSoave
Nothnagel Hayden-O
Connell HF状态方程
如何选择热力学方法
热力学模型选择方法
对非极性或弱极性物系，可采用状态方程法。 该法利用状态方程计算所需的全部性质和汽 液平衡常数。
一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型
物性模型
状态方程模型
1、IDEAL理想状态性质方法用于气相和液相处于理想状态的体系（如 减压体系、低压下的同分异构体系）
2、用于石油混合物的性质方法：BK10、 CHAO-SEA、GRAYSON 用于炼油应用它能用于原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程