第三章 ASPEN PLUS的物性数据库及其应用

1、ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用在化工过程设计中的应用 第三章第三章 ASPEN PLUS物性数物性数 据库及其应用据库及其应用 第第三三章章 ASPEN PLUS的物性数据库及其应用的物性数据库及其应用 C3.1 基础组分数据库 C3.2 如何建立物性模型 C3.3 性质集 C3.4 物性计算与分析实例 3.1 基础组分数据库基础组分数据库 ASPEN PLUS物性数据库的数据包括： C 5千个纯组分、4万个二元交互参数、5千个 二元混合物 C 离子种类、二元交互参数、离子反应所需 数据 C 25万多个混合物实验数据的DETHERM数 据库接口和与In-house（内部）数据库接口

2、 C 用户数据库用户数据库 系系 统统 数数 据据 库库 PUREXX PUREXX 数据库数据库 C 包括多于5000多个组分（大多数为有机物）的参数， 这是ASPEN PLUS纯组分参数的主要数据源。 A （1）与状态无关的固有属性，如分子量、临界参数、偏 心因子等； A （2）标准状态下一定相态的属性，如25时的标准生成 热、标准燃烧热、标准生成自由能等； A （3）一定状态下的属性，如各温度下的热容、饱和蒸汽 压、粘度等，通常以一定的方程形式关联，将方程 参数作为基础物性数据。 A （4）其他专用模型参数，如UNIFAC模型的官能团信息。 固有性质固有性质 物性代号物性代号 分子量MW

3、临界压缩因子ZC 临界温度TC偏心因子OMEGA 临界压力PC偶极距MUP 临界体积VC回转半径RGYR 标准态下的物性标准态下的物性 物性物性代号代号物性物性代号代号 生成热DHFORMAPI重度API 生成自由能DGFORM溶解度参数DELTA 沸点TB等张比容PARC 标准沸点下 的摩尔体 积 VB气体粘度MUVDIP 汽化热DHVLB液体粘度MULAND 凝固点TEP导热系数KVDIP 相对密度SG表面张力SIGDIP 关联式参数关联式参数 物性物性代号代号参数个数参数个数 ANTOIN蒸汽压关联式参数PLXANT9 理想气体热容关联式参数CPIG11 WASTON关联式参数DHVLW

4、T5 RACKETT液体容积方程关联式RKTZRA1 CAVETT综合方程参数DHLCAT1 CAVETT综合关联式参数PLCAVT4 SEALCHASD-HILDEBRNUD方程参数VLCVT11 标准液体容积方程参数VLSTD3 水溶解度方程参数WATSOL5 AUDRADE液体年度关联式参数MULAND5 功能团参数功能团参数 物性物性代号代号 UNIFAC方程功能团的Q参数GMUFQ UNIFAC方程功能团的P参数GMUFP UNIFAC方程功能团的相互作用参数GMUFB 其他组分数据库其他组分数据库 工况研究工况研究- - 丙酮回收丙酮回收 理理想想方方法法状状态态方方程程方方法法活

5、活度度系系数数模模型型方方法法 预计所需理论级11742 大约费用（美元）520,000390,000880,000 FEED OVHD BTMS COLUMN 5000 lbmol/hr 丙酮：丙酮：10 mole % 水：水：90 mole % 规定规定: 丙酮回收率为丙酮回收率为99.5 mole % 3.2 ASPEN PLUS的的物性方法和模型物性方法和模型 物性物性 术语的定义 C物性物性:计算出的物质的物性值，例如混合物焓 C物性集物性集 ( (Prop-Set)Prop-Set):访问物性的一个方法，以便能 够使用或在别处列表 C物性参数物性参数:物性模型中用到的常数 C物性模

6、型物性模型:用于计算一个物性的方程式或方程组 C物性方法物性方法:用于计算一个模拟中所需性质的物性模 型的集合 类别类别详细内容详细内容 热力学性质模型热力学性质模型 状态方程模型状态方程模型 活度系数模型活度系数模型 蒸汽压和液体逸度模型蒸汽压和液体逸度模型 汽化热模型汽化热模型 摩尔体积和密度模型摩尔体积和密度模型 热容模型热容模型 溶解度关联模型溶解度关联模型 其它其它 传递性质模型传递性质模型 粘度模型粘度模型 导热系数模型导热系数模型 扩散系数模型扩散系数模型 表面张力模型表面张力模型 非常规固体性质模型非常规固体性质模型 一般焓和密度模型一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型煤和

7、焦碳的焓和密度模型 ASEPN PLUS的物性计算模型分类的物性计算模型分类 状态方程状态方程模型模型 C1、IDEAL理想状态性质方法理想状态性质方法 C2、用于石油混合物的性质方法、用于石油混合物的性质方法：BK10、 CHAO-SEA、GRAYSON C3、针对石油调整的状态方程性质方法：、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） 用于炼油(如原油塔、减压塔和乙烯 装置的部分工艺过程） 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） C4 4、用于高压烃应用的状态方

8、程性质方法：、用于高压烃应用的状态方程性质方法： BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM C5、灵活的和预测性的状态方程性质方法灵活的和预测性的状态方程性质方法： PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-ASPEN、 RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR 计算高温、高压、接近临界点混合物 及在高压下的液-液分离的体系。（如 乙二醇气体干燥、甲醇脱硫及超临界 萃取） 处理高温、高压以及接近临界 点的体系（如气体管线传输或 超临界抽提） 液体活度系数性质方法液体活度系数性质方法 C NRTL C UNIFAC C UNIQUAC C VAN LAAR C WILSON C

9、理想气体定律 CRedlich-Kwong C Redlich-Kwong-Soave CNothnagel CHayden-O Connell CHF状态方程 液体活度系数模型液体活度系数模型 汽相状态方程汽相状态方程 活度系数模型与状态方程方法的比较活度系数模型与状态方程方法的比较 状态方程模型状态方程模型活度系数模型活度系数模型 描绘非理想状态有一定局限性描绘非理想状态有一定局限性能描绘高度非理想液体能描绘高度非理想液体 需要较少的二元参数需要较少的二元参数要求许多二元参数要求许多二元参数 参数随温度适当外推参数随温度适当外推二元参数与温度密切相关二元参数与温度密切相关 在临界区一致在临

10、界区一致在临界区不一致在临界区不一致 常用选项集常用选项集 C状态方程物性方法 A PENG-ROB A RK-SOAVE C活度系数物性方法 A NRTL A UNIFAC A UNIQUAC A WILSON 如何选择热力学方法如何选择热力学方法 C物系中含有水、醇、醚物系中含有水、醇、醚(NRTL(NRTL、UNIFACUNIFAC、 WILSON)WILSON) C物系中物系中不不含水、醇、醚含水、醇、醚(RK-SOAVE(RK-SOAVE、PENG-ROBPENG-ROB、 PSRK)PSRK) C炼油系统炼油系统( (BK10BK10、CHAO-SEACHAO-SEA、GRAYSO

11、NGRAYSON） C纯水或纯蒸汽系统用纯水或纯蒸汽系统用STEAM-TABLESTEAM-TABLE 注意：物性方法选择完后，如果涉及到二元交注意：物性方法选择完后，如果涉及到二元交 互作用参数，要到参数表上看一下参数是否存在。互作用参数，要到参数表上看一下参数是否存在。 选择物性方法选择物性方法 如何建立物性如何建立物性 选择一个物性方法选择一个物性方法 检查参数检查参数/获得其它参数获得其它参数 确认结果确认结果 创建流程创建流程 步骤步骤 1. 选择物性方法 -根据下列条件选择一个物性方法： A 模拟中存在的组分 A 模拟的操作条件 A 对于组分可得到的数据和参数 2检查参数 - 确定

12、在Aspen Plus 数据库中可用的参数 获得附加参数 (必要时) - 所需的参数可以通过下列途径 获得 A 查找文献 A 实验数据回归 (数据回归) A 物性常数估算 (物性估算) 3. 确认结果 - 通过下列方法来检验对物性方法和所用物性数 据的选择是否正确 A 物性分析 C 物性集 (Prop-Set) 是一个把物性集或集合作为一个用户给 定名的对象来访问的一种方法。当在一个应用中使用物性 时只引用物性集名。 C 用物性集可以报告热力学性质、传递性质和其它性质值。 C 目前的物性集应用包括: A 设计规定、Fortran 模块、灵敏度 A 物流报告 A 物性表 (Property An

13、alysis) A 塔盘性质 (RadFrac, MultiFrac, 等.) A 加热/冷却曲线 (Flash2, MHeatX, 等.) 3.3 物性集（物性集（Property Sets） Prop-Sets 中包括的物性中包括的物性 C物性集中通常包括的物性有: A VFRAC -物流气体摩尔分率 A BETA -在第二液相中的液体分率 A CPMX -混合物恒压热容 A MUMX -混合物粘度 C可用的性质包括: A 混合物中组分的热力学性质 A 纯组分热力学性质 A 传递性质 A 电解质性质 A 与石油有关的性 预先定义的物性集预先定义的物性集 一些模拟模板包括预先定义的物性集 下

14、表列出了 General 模板中包括的预先定义 的物性集和物性类型: 预先定义的物性集预先定义的物性集物性类型物性类型 HXDESIGN换热器设计 THERMAL混合物热性质(HMX, CPMX, KMX) TXPORT传输性质 VLE汽-液平衡 (PHIMX, GAMMA, PL) VLLE汽-液-液平衡 定义物性集定义物性集 C用 Properties Prop-Sets 表来指定一个物性集中的物 性 C用 Search 按钮可以查找一个物性 C将所有所指定的限定符都应用于每一个指定的物性。 C用户可以在 Properties Advanced User-Properties 表 中通过提

15、供 Fortran 子程序定义新的物性 物性数据输出物性数据输出 CProperty Sets按钮指定物性集名，该物性集含 有对每一个物流都要报告的附加性质 C1.ASPEN PLUS的物性分析(Property Analysis) C2. ASPEN PLUS的参数估值与数据回归(Data Regression) C3. ASPEN PLUS的物性估算 (Property Estimation) 3.4 ASPEN PLUS物性数据库的应用物性数据库的应用 A 计算ASPEN PLUS数据库中所有的组分的热力学 性质以及传递性质； A 生成简单的图表，验证物性模型和数据的准确性。 A 例例3

16、-1：采用ASPEN PLUS的理想气体方法（Ideal Gas Method）查找水在1 atm和100500范围内 的摩尔体积和压缩因子。 3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能的物性分析功能 计算类型计算类型 计算值与流量无关 单击鼠标右键 说明域 结果可以导入结果可以导入EXCEL表格表格 例3-1 计算结果 C例例3-2：采用ASPEN PLUS分别计算在25、 35和45下不同质量浓度甲醇水溶液（甲 醇含量从0100%范围内变化）的密度，热力 学计算方法选择NRTL模型。 3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能的物性分析功能 c 混合物密度混合物密度 例3-2 计算

17、结果 C练习1：利用ASPEN PLUS 分别计算PCl3和 POCl3在30、35、45、50、55、60下的液体 纯组分导热系数（K），P=1atm ，用理想气 体模型（IDEAL）。 C物性估算是估算物性模型所需参数的一个系 统。它可以用来估算： A 纯组分的物性常数 A 与温度相关的模型参数 A Wilson、 NRTL 和 UNIQUAC 方法的二元交互 作用参数 A UNIFAC方法的基团参数 C估算是以基团贡献法和对比状态相关性为基 础的。 C可以把实验数据引入估算中。 3.4.2 ASPEN PLUS的物性估算的物性估算 使用物性估算的步骤使用物性估算的步骤 1. 在Prope

18、rties Molecular Structure窗口上定义 分子结构。 2. 利用Parameters或Data窗体输入实验数据。 A 实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都 是非常重要的。因此只要有可能就应该输入实 验数据。 3. 在Properties Estimation Input窗口上激活 Property Estimation并选择物性估算选项。 1.1.定义分子结构定义分子结构 C用通用法定义异丁醇的分子结构 A 勾画出该分子的结构，然后给每个原子编号， 忽略氢原子。 C3 C1 C4 C2 O5 定义分子结构的示例定义分子结构的示例 C转到Properties Mole

19、cular Structure对象管理器中， 选定该组分，然后选择Edit命令。 C在Properties Molecular Structure General 页上，按 照其连接顺序描述分子，一次描述两个原子。 B指定原子类型 (C, O, S, ) B指定连接这两个原子的 键的类型 (单键、双键 ) 原子类型原子类型 原子类型原子类型描述描述原子类型原子类型描述描述 CCarbon（碳）（碳）PPhosphorous（磷）（磷） OOxygen（氧）（氧）ZnZinc（锌）（锌） NNitrogen（氮）（氮）GaGallium（镓）（镓） SSulfur（硫）（硫）GeGermaniu

20、m（锗）（锗） BBoron（硼）（硼）AsArsenic（砷）（砷） SiSilicon（硅）（硅）CdCadmium（镉）（镉） FFluorine（氟）（氟）SnTin（锡）（锡） ClChlorine（氯）（氯）SbAntimony（锑）（锑） BrBromine（溴）（溴）HgMercury（汞）（汞） IIodine（碘）（碘）PbLead（铅）（铅） AlAluminum（铝）（铝）BiBismuth（铋）（铋） 键类型键类型 C目前可用的键类型: A Single bond(单键) A Double bond(双键) A Triple bond(叁键) A Benzene ri

21、ng(苯环) A Saturated 5-membered ring(饱和五元环) A Saturated 6-membered ring (饱和六元环) A Saturated 7-membered ring (饱和七元环) A Saturated hydrocarbon chain (饱和烃链) 注释: 分给苯环、饱和五元环、饱和六元环、 饱和七元环和饱和烃链键的原子编号必须是 连续的。 使用物性估算的步骤使用物性估算的步骤 1. 在Properties Molecular Structure窗体上定义 分子结构。 2. 利用Parameters或Data窗口输入实验数据。 A 实验数据如

22、标准沸点(TB)对于许多估算方法都 是非常重要的。因此只要有可能就应该输入实 验数据。 3. 在Properties Estimation Input窗口上激活 Property Estimation并选择物性估算选项。 2.2.输入辅助数据输入辅助数据 C对于异丁醇，可得到它的下列数据。 A 标准沸点 (TB) = 107.6 C A 临界温度 (TC) = 274.6 C A 临界压力 (PC) = 43 bar C把这些数据输入到模拟中可改善估算出的数 值。 使用物性估算的步骤使用物性估算的步骤 1. 在Properties Molecular Structure窗体上定义 分子结构。

23、2. 利用Parameters或Data窗口输入实验数据。 A 实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都 是非常重要的。因此只要有可能就应该输入实 验数据。 3. 在Properties Estimation Input窗口上激活 Property Estimation并选择物性估算选项。 3.3.激活物性估算激活物性估算 C要打开Property Estimation（物性估算），可 转到Properties Estimation Input Setup页上， 并选择下列选项之一： A Estimate all missing parameters 估算所有缺少的必需参数以及在Pure

24、Component、T- Dependent、Binary和UNIFAC-Group页中你可能需要 的参数 A Estimate only the selected parameters 只估算你在这页上（以及以后在适当的附加页上）选 择的参数类型 练习练习3-4：物性估算：物性估算 估算二聚物估算二聚物-乙基乙基2-乙氧基乙醇的物性。乙氧基乙醇的物性。 乙基乙基-2-乙氧基乙醇不是乙氧基乙醇不是 Aspen Plus 数据库 中的组分。 使用 Property Estimation 的Run Type （运行 类型） , 并估算新组分的性质。 该组分的分子 式以及从文献中查到的标准沸点如下所示： 分子式:CH3-CH -O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH TB = 195 C练习题2 2： 1- 1-甲氧基-2-2-丙醇丙酸酯物性估算。 已知： 分子量146.186146.186，沸点160.5160.5。 3.4.3 ASPEN PLUS的参数估值与数据回归的参数估值与数据回归 A 例例3-4： 使用G