基于Aspen Plus的环氧乙烷吸收工序模拟研究

1、沈阳化工学院学士学位论文 摘要 摘要摘要 环氧乙烷（eo）分子式c2h4o，分子量为 44.05，cas 号 75-21-8，是以 乙烯为原料产品的第三大产品，仅次于聚乙烯和苯乙烯。环氧乙烷的主 要用途是生产乙二醇，目前世界上的环氧乙烷乙二醇装置普遍采用氧 气氧化法。经过世界各公司的不断研究和改进，氧气氧化法生产环氧乙 烷的技术日臻完善。目前世界上占有氧气氧化法技术市场份额较大的公 司主要是 shell、dow 和 sd 三家。 化工过程模拟系统的开发与推广，为化工及相关产业的技术研发与 创新提供了先进、有效的便捷的手段。应用化工过程模拟系统使以上步 骤得以简化，等于是站在巨人的肩膀上工作，不

2、但使工作简单易行，而 且可以极大地拓展研究者的视野。有代表性的这类软件有美国的 aspenplus、process、加拿大的 hysim、中国的 ecss。 aspen p1us 化工模拟系统是美国麻省理工学院于 1970 年后研制开 发的大型化工模拟软件。 这个项目称为先进过程工程系统， 简称 aspen。 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件，它几乎能满 足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该 软件也和其他软件一样在不断地升级。这套软件系统功能齐全、规模庞 大，可用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、 沈阳化工学院学士学位论文 摘要

3、 节能、食品加工等许多工业领域，目前已在全世界范围内广泛使用。 本课题用 aspen p1us 模拟环氧乙烷的工艺流程，并以环氧乙烷吸 收工序为例，详细讲述模拟过程。该模型采用的物性方法是 nrtl 活度 系数模型，能准确模拟非理想溶液的 vle 和 lle 性质，能正确模拟环氧 乙烷吸收体系。吸收塔模型采用的是 radfrac 模块，使得模块能准确 完整的体现工业装置的效用。工业装置数据的采集，必须在吸收单元稳 定操作的前提下进行，以保证所采集数据的有效性。本模型采用的操作 参数来自抚顺乙烯厂，是在装置稳定操作的情况下进行采集的，所有参 数全部在控制指标内。 模拟结果表明，在 aspen p

4、lus 工艺流程模拟软件基础上进行的吸收 稳定系统工艺模拟是成功的，它为工艺设计提供了可靠的基础数据，大 大提高设计效率和设计水平，今后应在工艺设计中适宜大力推广。同时 该软件也可用于指导生产、优化操作，的确是工程技术人员进行设计和 生产的有利工具。 关键词：关键词： 环氧乙烷； aspen p1us； 模拟； 吸收 沈阳化工学院学士学位论文 abstract abstract ethylene oxide (eo) molecular formula is c2h4o, molecular weight is 44.05, and cas no. is 75-21-8. it is the

5、third largest domestic product, which make ethylene as raw materials, second only to polyethylene and styrene. ethylene oxide is mainly used in producing ethylene glycol, currently the worlds ethylene oxide / ethylene glycol plant commonly used oxygen oxidation. after the research and improvement, t

6、he technology of oxygen oxidation product ethylene oxide is improving increasing. at present, the world oxygen oxidation technology market was shared by the larger firms, mainly the three that shell, dow and sd. chemical process simulation system development and the dissemination provide advanced, e

7、ffective and convenient means for the chemical and related industries in the research and development and technical innovation .application of chemical process simulation systems will be simplified for the above procedures; it is equal to standing on the shoulders of giants. it is not only making wo

8、rk simple, but also can greatly expand researchers field. the representatives of this software are the united states aspen plus, process, hysim canada, china ecss. aspen p1us chemical simulation system was the massachusetts institute of technology developed after 1970, which the large-scale chemical

9、 simulation software. the project is known as the advanced process engineering, shorter form: aspen. it is a powerful chemical design, dynamic simulation and calculation of the various types of software, it almost met the majority of chemical engineering design and calculations demands .the results

10、have been recognized by many peer. the software is constantly escalating the same as the other software. the software function of the system is complete and the scale is larger can be used for petrochemical, gas 沈阳化工学院学士学位论文 abstract processing, coal, medicine, metallurgy, environmental protection,

11、power, energy, food processing and many other industrial fields, which is used world-wide. the issues are simulation of the process of ethylene oxide with aspen p1us and make ethylene oxide absorb procedure for example, account of the details about the simulation. the property of simulation is nrtl

12、activity coefficient model. the model can accurately simulate the nature of non-ideal solution vle and lle; can accurately simulate ethylene oxide absorption system. absorber model is adopted radfrac module, making it complete accurately reflect the effectiveness of industrial installations. acquire

13、 industrial data must under the stable absorption operating unit, to premise the validity of data collection. the operation parameters of the model adopted from the ethylene plant in fushun, the acquisition are under the stable operating conditions, all parameters is within the control targets. simu

14、lation results show that base on aspen plus process simulation software the absorption process simulation system stability is a success; it provides a reliable data base for process design, greatly improving design efficiency and design standards, it should promote in the future process design to pr

15、omoting. the software also can be used to guide production, optimizing operation. it was indeed a useful tool of engineering and technical personnel for design and production. keywords: ethylene oxide; aspen p1us; simulation; absorb 沈阳化工学院学士学位论文 目录 目 录 引言 . 1 第一章 文献综述 . 2 1.1 环氧乙烷在国民经济中的重要作用 . 2 1.2

16、 环氧乙烷的工业生产方法 . 2 1.3 化工过程模拟软件 . 3 1.4 aspen plus 介绍 . 4 1.4 aspen plus 的功能特点 . 6 1.5 本课题研究内容的提出 . 6 第二章 工业装置分析和数据采集 . 8 2.1 流程简述 . 8 2.2 工业装置分析 . 8 2.2.1 环氧乙烷吸收塔 . 8 2.2.2 产品第二冷却器 . 9 2.3 数据采集 . 9 2.3.1 进料组成 . 9 2.4 小结 . 10 第三章 aspen plus 建模 . 11 沈阳化工学院学士学位论文 目录 3.1 物性分析 . 11 3.1.1 组分性质 . 11 3.1.2 物

17、性方法 . 12 3.1.3 物性数据 . 14 3.2 模型建立 . 14 3.2.1 模块的选取 . 14 3.2.2 radfrac 的设定 . 15 3.4 小结 . 17 第四章 模拟步骤及解释 . 18 第五章 模拟结果分析 . 34 5.1 模拟值和工业值比较 . 35 第六章 结论 . 36 附录 . 38 致谢 . 66 沈阳化工学院学士学位论文 目录 沈阳化工学院学士学位论文 引言 1 引言 aspen plus 软件是 aspen 工程套件中的首个产品。自 1980 年发布以来，经过 20 多年的不断改进，已经成为举世公认的大型流程模拟标准软件。全球各主要石油化工 和炼油

18、等工业制造企业与著名工程公司均是 aspen plus 的用户。 软件是 aspen 工程套件的核心， 可广泛地应用于新工艺开发、 装置优化设计以及 脱瓶颈分析与改造。此稳态模拟工具具有丰富的物性数据库，可以处理非理想、极性 高的复杂物系； 并独具联立方程法和序贯模块法相结合的解算方法以及一系列拓展的 单元模型库。此外，该软件还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法以及报告等 功能。中国石油化工集团公司和 aspentech 公司于 2000 年底签署了“流程模拟技术 合作原则协议”。由总部统一引进 aspen plus 等 aspen 工程套件产品，并在主要的设 计研究单位和生产企业推广应用

19、，以提高石化生产过程设计、研究和管理水平。双方 还合作开发石化生产装置的稳态或动态模型，以优化生产装置、消除瓶颈、节能降耗 以及开发新产品。齐鲁石化就是利用其准确的物性模型进行露点、流化气速等物性 数据的计算。 流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数字模型进行描述， 并 且在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，如操作条件等。 本课题的目的有二： 一、用 aspen plus 模拟环氧乙烷工艺流程中的各个设备，并与工业值进行比较， 通过调整物性方法及操作条件，达到工业要求。 二、通过环氧乙烷的吸收工序，详细讲述 aspen plus 的模拟过程。 沈阳化工学院学士学位论文

20、 第一章 文献综述 2 第一章 文献综述 1.1 1.1 环氧乙烷在国民经济中的重要作用环氧乙烷在国民经济中的重要作用 1 1 环氧乙烷（eo）是以乙烯为原料产品的第三大产品，仅次于聚乙烯和苯乙烯。 环氧乙烷的主要用途是生产乙二醇，占其总用量的 60，乙二醇转化为单乙二醇 (meg)用于生产聚酯纤维、聚酯固态树脂和聚酯薄膜等聚酯产品，还可用于汽车防 冻剂。另有 13用于其他乙二醇类，如聚乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。第二位最 大的用途是生产非离子表面活性剂乙醇盐(羟乙基盐)类，用于生产洗涤剂。其他的 环氧乙烷衍生物有乙醇胺类、溶剂和乙二醇醚。也可用作医药原料，生产熏蒸剂和 药物的消毒剂等。 1.

21、2 1.2 环氧乙烷的工业生产方法环氧乙烷的工业生产方法 2 2 1920 年，美国联碳公司建立了第一套氯乙醇法生产环氧乙烷装置。由于该生产 方法技术简单、对原料乙烯纯度要求不高等原因，所以曾被广泛采用。尽管该法乙 烯利用率比较高，但存在消耗大量氯气、设备腐蚀、排水污染严重及生产成本高等 缺陷， 因此到了上世纪 70 年代， 氯乙醇法基本被后来发展起来的乙烯直接氧化法生 产技术所取代。而氯乙醇装置经改造可转产环氧丙烷。 直接氧化法发展很快， 1940 年美国科学设计公司(sd 公司)建立了空气氧化法试 验装置，1953 年建立了工业装置。到 1958 年，壳牌公司(shell 公司)开发了氧气

22、氧 化法技术，并建立了第一套近 20kta 的氧气氧化法环氧乙烷生产装置。由于直接 氧化法技术先进，适应大规模生产，生产成本低，产品质量好，因此获得了广泛的 应用。 氧气氧化法与空气氧化法相比，工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少；氧化 反应中催化剂的选择性高，反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产 的平稳操作较为有利。通常氧气氧化法的生产成本比空气氧化法低 10左右。 由于氧气氧化法比空气氧化法有明显的优越性，因此目前世界上的环氧乙烷 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 文献综述 3 乙二醇装置普遍采用氧气氧化法。经过世界各公司的不断研究和改进，氧气氧化法 生产环氧乙烷的技术日臻完善。

23、目前世界上占有氧气氧化法技术市场份额较大的公 司主要是 shell、dow (陶式化学公司)和 sd 三家。这三家技术的生产能力合计占总 生产能力的 91，其中 she 儿占 38，sd 占 31，dow 占 22，余下的 9主 要为德国的 basf 公司、日本的触媒公司、意大利的 snam 等公司占有。 1.31.3 化工化工过程过程模拟模拟软件软件 3 3 化工模拟优化技术的发展是建立在化学工业的发展、人类对化工过程认识的深 入及计算机技术的迅速发展等的历史背景下的。近现代以来，化学工业朝着综合化 方向发展，流程结构日益复杂，装置规模日趋大型化，化工行业的资源短缺、环境 污染等问题变得越来

24、越重要同时，人们对化工过程的认识也越来越深入，1915 年美 国的 a. d little 首次提出的单元操作的概念，上世纪 50 年代，传递过程理论诞生， 随后，化工过程系统工程应运而生。自 1965 年以来，大型电子计算机出现，计算方 法得到迅速发展。这一切为现代化工过程模拟优化技术的发展奠定了坚实的基础。 化工过程模拟系统开始产生于上世纪后半叶，其标志性事件就是化工流程模拟 软件的出现与开发。化工流程模拟软件是由化学工程学、化工热力学、系统工程、 应用数理统计、计算方法及计算机技术等多学科理论在计算机上实现的综合性模拟 系统。 化工过程模拟系统的开发与推广，为化工及相关产业的技术研发与创

25、新提供了 先进、有效的便捷的手段。应用化工过程模拟系统使以上步骤得以简化，等于是站 在巨人的肩膀上工作，不但使工作简单易行，而且可以极大地拓展研究者的视野。 但是，也应当指出，考虑到物性数据的可靠性、计算工具的限制及几何边界的复杂 性等，人们所建立合数学模型永远只是真实世界的不完善描述，模型的准确性与可 靠性必须经过反复的论证和实践检验。 从应用的角度出发，化工过程模拟系统可以分为两大类：专用化工过程模拟和 通用化工过程模拟。专用化工过程模拟是对特定单元的模拟，针对性强、同时应用 范围窄；通用化工过程模拟系统一般采用标准的高级程序设计语言编写，应用范围 广，其规模很大。一般的化工流程均可模拟，

26、具体应用时需进行艰巨的二次开发工 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 文献综述 4 作，有代表性的这类软件有美国的 aspenplus、process、加拿大的 hysim、 中国的 ecss。 1.4 1.4 a aspen plusspen plus 介绍介绍 4 5 4 5 6 6 aspentech 公司的模型从诞生到现在已经有 30 多年的历史。据报道，国外已有 20 多家软件公司相继推出了在化工过程专用和通用的流程模拟软件 60 多种，已有 20 多家公司推出化工优化软件 30 余种。 目前， aspentech 公司作为为过程工业提供 集成软件和解决方案的全球领先地位的供应商，开发

27、出了涵盖化工/石油化工、聚合 物工业、精细化工、医药工业、石油工业、工程应用、电力工业等领域的包括稳态 及动态模拟与优化、间歇过程模拟、在线应用、物性数据与模型、过程综合与分析、 项目定义与经济评估、工艺知识和数据管理、设备设计与校核等的一系列工程软件 套件，其核心和基石为 aspen plus 软件。 aspen plus 软件作为目前最流行的国际通用性化工流程模拟软件，其广泛应用 于科研、 生产和工程中。 全球有 1200 多家过程工业客户选择与艾斯苯技术公司结为 合作伙伴，包括全球主要的顶级过程工业公司。该公司的解决方案己为全球化工 50 强中的 46 家、石油 25 强中的 23 家、

28、制药 20 强中的 18 家所采用。石油工业的客户 包括:bp 公司、雪佛龙公司、科诺科公司、埃克森美孚公司、马拉松石油公司、壳 牌公司、德士古公司、埃奎斯塔公司、omv 公司、司等。化学工业客户包括:巴斯 夫公司、道化学公司、杜邦公司、阿托菲纳公 repsol 公司、赫斯特公司、ici 公司、 罗纳一普朗克公司、壳牌化工公司、埃克森美孚化工公司、住友化学公司等。 该软件在 1980 年初开始进入中国。80 年代初，中石化北京设计院首先采用 aspentech技术公司的aspen plus， 其后， 中石化所属的许多企业均先后采用了aspen tech 的有关软件和技术，包括北京石化工程公司、

29、北京化工研究院、北京设计院、 广州石化、济南炼厂、金陵石化、九江石化、洛阳石化、兰州设计院、洛阳石化工 程公司、茂名石化、齐鲁石化、高桥石化、上海石化、上海医工院、石家庄炼厂、 石科院、武汉石化、燕山石化、镇海炼化、扬子石化等单位等，均取得了一定的成 果和效益。 aspen plus 软件作为 aspen 软件的核心和基石，它提供了一套完整的单元操作 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 文献综述 5 模型，用于模拟各种操作过程，从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。该系统提 供了 29 个单元操作模块，涵盖了几乎所有的化工单元操作过程，如单级平衡、多级 平衡、反应器、热交换器及压力变送等。aspe

30、n plus 采用序贯模块方法来进行流程 模拟，用户可以根据自己的需要选用以上所列出的单元操作模块来组成不同的流程 模拟系统。用户还可以将自己的专用单元操作模型以用户模型的形式加入到 aspen plus 系统中，如单元操作、物性、反应动力学、反应器压力降、反应产率及液液 分配系数等。aspen plus 的物性数据均可用于这些用户模型，为用户提供了极大的 方便和灵活性。 aspen plus 软件具有工业上最适用而完备的物性系统，用于计算热力学性质和 传递性质的方案和模型都组装为选择集。每一个选择集包含一项模拟中需要的方法 和模型。在典型的 aspen plus 模拟中所用的物理性质是逸度系

31、数、焓、密度、熵和 自由能。aspen plus、共提供约 44 个物性选择集，为处理广泛的操作条件和各种类 型的混合物提供了灵活性。物性模型需要数据以便计算物性数据，当用户选定模型 所用的选择集后，用户必须确定需要的参数，这些参数存贮在各类 aspen plus 数据 库中。这些数据库包含的组分数据约有:1773 种有机物、2450 种无机物、3314 种固 体物、900 种水溶电解质的基本物性参数。aspen plus 软件还提供灵活的数据回归 系统(drs)，使用实验数据来求物性参数，可以回归实际应用中的任何类型的数据， 计算任何模型参数， 包括用户自编的模型。 aspen plus、

32、中的物性常数估算系统(pces) 能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。 aspen plus 软件提供流程模拟所需的多种功能，快速而可靠地收敛流程，进行 流程优化计算。aspen plus 软件具有先进的数值计算方案，能使循环物料和设计规 定迅速了准确地收敛。这些方法包括直接迭代法，正割法，拟牛顿法，broyden 法 等。这些方法经 aspen plus 进行了修正。aspen plus 可以同时收敛多股撕裂(tear) 流股，多个设计规定，甚至收敛有设计规定的撕裂流股。应用 aspen plus 的优化功 能，可寻求工厂操作条件的最优值以达到任何目标函数的最大值。可以将任何

33、工程 和技术经济变量作为目标函数，对约束条件和可变参数的数目没有限制。 aspen p1us 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件，它几乎 能满足大多数化工设计及计算的要求，其计算结果得到许多同行的认可，该软件也 和其他软件一样在不断地升级。在美国能源部的拨款资助下，麻省理上学院化工系 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 文献综述 6 有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开发小组，集中进行新 一代化工流程模拟系统的开发，于 1979 年初开发成功 aspen，并投入使用。1981 年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作，同时软件更名为 aspen p

34、1us。它被用于化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和 采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术等领域，在过程开发、过程设计及老厂 的改造中发挥着重要的作用。 1.4 1.4 aspen plusaspen plus 的功能特点的功能特点 6 6 第一、aspen plus 有一个公认的跟踪记录，在一个工艺过程的制造的整个生命 周期中提供巨大的经济效益，制造生命周期包括从研究、开发到生产。 第二、 aspen plus 使用最新的软件工程技术通过它的 microsoft windows 图形界 面和交互式客户-服务器模拟结构使得工程生产力最大。 第三、aspen plus 拥有精确

35、模拟范围广泛的实际应用所需的工程能力，这些实 际应用包括从炼油到非理想化学系统到含电解质和固体的工艺过程。 第四、aspen plus 是 aspentech 的集成聪明制造系统技术的一个核心部分，该 技术能在你公司的整个过程工程基本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。 1.1.5 5 本课题研究本课题研究内容的提出内容的提出 5 7 8 5 7 8 中国石油股份有限公司大庆分公司研究院应用 aspen plus 化工模拟系统中的 ratefrac 精馏模块对催化裂化气分工艺中的精馏塔进行模拟，模拟结果与装置原始 设计结果吻合，可用于指导生产，并提供装置改造依据。 中国石化扬子石油化工股份有

36、限公司炼油厂通过 aspen plus 模拟软件计算，找 出扬子石油化工股份有限公司炼油厂气体分馏装置在高负荷下的瓶颈问题。通过整 改，使总进料量达原设计负荷的 127，丙烯塔达原设计负荷的 157.8情况下，丙 烯产品质量仍然合格，每年可多产丙烯 9 912.6t，获得经济效益 2 .79941l07元。 在燕化公司炼油厂第一套催化裂化装置掺炼重油技术改造中，他们应用 aspen plus 软件对吸收稳定系统进行了全流程模拟。相对而言，该系统工艺流程较长，原 沈阳化工学院学士学位论文 第一章 文献综述 7 料组分复杂，设计要求严格，且含有多个循环回路，模拟计算难度较大。通过不断 摸索，成功地

37、完成了该系统流程模拟，并在此基础上完成了吸收稳定系统技术改造 的工艺设计。 本课题主要是基于 aspen plus 对环氧乙烷生产的工艺流程进行模拟，包括混合 器、反应器、换热器、吸收塔、解吸塔、精馏塔等。但由于环氧乙烷生产的整个工 艺流程复杂，所以环氧乙烷吸收工序为例，详细讲述模拟过程。 沈阳化工学院学士学位论文 第二章 工业装置分析和数据采集 8 第二章 工业装置分析和数据采集 2.12.1 流程简述流程简述 反应产品气 212 经过二次冷却后，温度降到 135，然后物料 217 混合。这股 气流在产品第二冷却器 e203 中，进一步冷却到 51，冷却后的反应产品气体进到 eo 吸收塔 c

38、-203 的底部。 吸收剂从塔顶加入，流量为 15433.7kmol/hr，吸收率达 99.6%。富吸收液 213 从塔底采出，温度 46，再到后续的解吸工序。塔顶气体 216 采出温度 35，到二 氧化碳吸收工序。流程图如图 2.1 所示： c203 e203 b3 212 217 mixed feed 222 216 213 图 2.1 环氧乙烷吸收工艺流程 2.2 2.2 工业装置分析工业装置分析 2.2.1 2.2.1 环氧乙烷吸收塔环氧乙烷吸收塔 规格（mm）内径壁厚塔高：30002.630885 沈阳化工学院学士学位论文 第二章 工业装置分析和数据采集 9 塔盘层数：34 进料位置

39、：反应气塔底进料，吸收剂塔顶进料 2.2.2 2.2.2 产品第二冷却器产品第二冷却器 规格（mm）内径壁厚长：12291210930 管程：r101 产品气，1.39mpa，51（出口） 壳程：冷凝水，0.4mpa，67（出口） 2.3 2.3 数据采集数据采集 要建立一个工业模型，需要采集某一时段的稳态工业数据，加以整理得到模型 输入的数据。本数据采集来自抚顺乙烯环氧乙烷吸收工序。 2.3.12.3.1 进料组成进料组成 进料组成是本模型的基础，见表 2.1。 沈阳化工学院学士学位论文 第二章 工业装置分析和数据采集 10 表 2.1 模型进料输入数据 物料号 106/212 217/30

40、8 222 名称 反应器出料 k301 入口物料 c203 贫液进料 组成 mol% 气相 气相 液相 eo acal h2o meg deg teg tteg n2 ar o2 ch4 c2h4 c2h6 co2 fa nahco3 k2co3 khco3 2.576 0.001 1.697 0.000 0.000 0.000 0.000 1.109 3.281 5.359 50.74 27.22 1.754 6.254 0.000 0.000 0.000 0.000 0.303 0.000 1.966 0.000 0.000 0.000 0.000 0.220 1.286 1.942 19

41、.049 31.488 0.759 42.988 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 98.96 0.974 0.061 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.005 0.000 0.000 温度() 134.18 155.4 35 压力(mpa) 1.47 1.57 1.475 质量流量 (kg/hr) 184031 571.9 285540 摩尔流量 (kmol/h) 7720.9 17.5 15433.7 体积流量 (m3/hr) 17439.8 38.8 284.9

42、 密度 （kg/m3） 10.6 14.7 1002.2 2.4 2.4 小结小结 要对工业装置进行模拟，必须要对工业流程中各种设备及单元操作进行分析， 了解各个单元的作用，使之能选取适当的模块进行建模。 工业装置数据的采集，必须在吸收单元稳定操作的前提下进行，以保证所采集 数据的有效性。本模型采用的操作参数是在装置稳定操作的情况下进行采集的，所 有参数全部在控制指标内。 对采集的工业数据进行整理，确定主要的操作参数和模型参数。 沈阳化工学院学士学位论文 第三章 aspen plus 建模 11 第三章 aspen plus 建模 3.1 3.1 物性分析物性分析 c203 进料除含环氧乙烷外

43、，还含有乙醛、水、氮气、甲烷、乙烯等，详见表 3.1 所示。 表 3.1 模型组分 component id type component name formula ethyl-01 conv ethylene-oxide c2h4o aceta-01 conv acetaldehyde c2h4o h2o conv water h2o ethyl-02 conv ethylene-glycol c2h6o2 dieth-01 conv diethylene-glycol c4h10o3 n2 conv nitrogen n2 ar conv argon ar o2 conv oxygen o

44、2 ch4 conv methane ch4 c2h4 conv ethylene c2h4 c2h6 conv ethane c2h6 co2 conv carbon-dioxide co2 3.1.1 3.1.1 组分性质组分性质 环氧乙烷又叫氧化乙烯，分子式 c2h4o，分子量为 44.05，cas 号 75-21-8，英 文名称 ethylene oxide， 是无色具有烯烃芳香味的有刺激性气体， 环氧乙烷是极易燃的， 并与空气形成爆炸性混合物，即使在缺氧条件下加热也可引起爆炸危险。在空气中爆 炸极限为 3-100%，能以任何比例与水、乙醇、醚以及多数有机溶剂混合，沸点为 10.4，在

45、低于 10.4或压力下为无色液体，在流动状态下易挥发，由于反应性很活 泼，贮藏保管都有要特别注意。环氧乙烷的物理性质如表 3.2 所示。 沈阳化工学院学士学位论文 第三章 aspen plus 建模 12 表 3.2 环氧乙烷的物理性质一览表 性质 单位 数值 性质 单位 数值 熔点 -111.2 沸点 10.4 临界温度 195.8 临界压力 mpa 7.19 蒸汽压 kpa/20 145.91 密度(0) kg/m3 898 3.1.2 3.1.2 物性方法物性方法 9 9 在 aspen plus 中选择适当的物性方法是比较重要的， 物性方法的适当与否关系到 模型的准确性。 物性方法和模

46、型的参数以及热力学数据基本来源于 aspen plus 的数据 库，某些参数则需要根据工业数据来进行调整。 物性方法的选择是有一定的准则的。根据不同的物性体系，体系中是否极性物质 为主， 以及电解质， 压力的大小， 是否存在气体等不同的条件来选取不同的物性方法。 dechea vapor-liquid equilibrium data collection中用五种活度系数模型进 行关联比较的结果。由表所列出的数字可见，对有机水溶液说，其中有 40.3%的体系 用 nrtl 方程关联效果最佳。 表 3.3 dechea vapor-liquid equilibrium data collecti

47、on 中五种活度系数关联方法的最佳拟合频率 收集的部分 数据数 margules 式 van laar 式 wilson 式 nrtl 式 uniqac 式 1 有机水溶液 504 0.143 0.071 0.240 0.403 0.143 2a 醇 574 0.166 0.085 0.395 0.223 0.131 2b 醇和酚 480 0.213 0.119 0.342 0.225 0.102 3/4 醇、酮、醚 490 0.280 0.167 0.234 0.155 0.155 6ac4-c6烃类 578 0.172 0.133 0.356 0.232 0.099 6bc7-c18烃类

48、435 0.225 0.170 0.260 0.206 0.136 7 芳烃 493 0.260 0.187 0.225 0.160 0.172 总的 7 分册 3563 0.206 0.131 0.300 0.230 0.133 本文采用的物性方法是 nrtl 活度系数模型，该模型能准确模拟非理想溶液的 vle 和 lle 性质。该模型需要二元系数，aspen 数据库包含了许多从文献上的实验 数据回归出来的二元系数。 沈阳化工学院学士学位论文 第三章 aspen plus 建模 13 renon 和 prausnitz 修正了局部组成表达式， 并在双流体理论的基础上提出 nrtl (non-

49、random two-liquids)方程： ln i jijiji mmimi jiij m ij j kkikijkij kkk xg xg xg xgxgxg =+ （3-1） 其中： exp() ijijij g= ln ij ijijijij b etft t =+ (273.15) ijijij cdtk=+ 0 ij = 1 ij g = ijji ijji bb ijji cc ijji dd 其中 ij ， ij b ， ij c ， ij d ， ij e ， ij f 都是从 vle 和 lle 回归得到的参数。aspen plus 中的二元参数都是从dortmund数据

50、库的vel和lle数据回归得到。 其中应用于vle 的二元参数是用理性气体方程 redlich-kwong， hayden oconnell 状态方程来回归的； 应用于 lle 的二元参数则是从标记为 lle-aspen 的方程来回归的。 renon 等对不同类型的混合系统的 cij值做了推荐： 表 3.4 cij值的选择 cij 混合体系 0.30 非极性物质;非极性和极性非交联液体;稍微偏离理想液的混合物 0.20 饱和烃和极性非交联液体，存在液液不互溶的体系 0.47 强自交联物质和非极性物质 以下是从 aspen plus 中回归出来的主要二元交互系数： 沈阳化工学院学士学位论文 第三

51、章 aspen plus 建模 14 表 3.5 模型中组分间的二元交互系数 component i ethyl-01 ethyl-01 aceta-01 h2o h2o ethyl-02 component j aceta-01 h2o h2o ethyl-02 dieth-01 dieth-01 temperature units c c c c c c source vle-ig vle-ig vle-ig vle-ig vle-ig vle-ig aij 0 0 10.912 0.3479 0 -12.4123 aji 0 0 3.7792 -0.0567 0 0.5405 bij 113.4895 868.971 -2709.53 34.8234 241.9891 7051.642