Aspen_模拟物性数据分析(教学课件)
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【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,
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
第37页
共沸混合物
第38页
共沸混合物
第39页
共沸混合物
第40页
交互生成物性分析—三元共沸曲线图
• 三元共沸曲线可以绘制三元混合物在全回 流下的组成曲线.通过曲线可以观察到存在 的共沸物并限制共沸物影响分离度.
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
Sep2
两股出料组 分分离器
把入口物流组分分离到 两个出口物流
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
第31页
1.气液平衡基础 1.5 泡点 露点
• 1）添加组分 • 2）选择热力学模型（Peng-Rob）
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第31页模型说明目的用途flash2确定热和相态条件闪蒸器蒸发器分离罐确定热和相态条件倾析器带有两个液相的单级分decanter液液倾析器确定热和相态条件倾析器带有两个液相无汽相的单级分离罐sep组分分离器把入口物流组分分离到出口物流组分分离操作例如当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收sep2分分离器把入口物流组分分离到两个出口物流组分分离操作例如当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收第32页2选择热力学模型pengrob第33页3绘制模拟流程图separatorsflash2第34页4定义进料流股第35页5定义单元操作第36页6运行模拟计算查看结果第37页例题利用闪蒸单元操作完成以下例题物系
交互生成物性分析-纯组分
第9页
交互生成物性分析-纯组分
第10页
交互生成物性分析-纯组分
第11页
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
第12页
交互生成物性分析--二元系统物性
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，建立物性集后，在setup/report options 下选streams
第52页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
不同初始组成的 轨迹图，即体系 的残余曲线图
第44页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 1）调用界面
第45页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 2）设置面板
第46页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 3）计算结果
第47页
流股中物性数据的查看
Aspen中，物性方法可分为：
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
第24页
气液平衡基础---物性方法
第25页
气液平衡基础---物性方法
Property analysis可生成与下列变量有关的物性 窗口
• 温度 • 压力 • 气相分率 • 热负荷 • 组成
第3页
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.
相图的读解
图1.8 丙烯/丙烷的xy图
第18页
交互生成物性分析--二元系统物性
图形智能 系统
第19页
交互生成物性分析--二元系统物性
第20页
交互生成物性分析--二元系统物性
第21页
交互生成物性分析--二元系统物性
第22页
气液平衡基础 ----物性方法
第23页
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。
称，建立物性集后，在setup/report options 下选streams 选择property sets
第53页
流股中物性数据的查看 setup/report options下选streams， 选择prope
rty sets 选择需要的物性集，运行，查看Results Sum
mary文件夹下的streams
谢谢大家
第55页
•
9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。21.4.1421.4.14Wed nesday, April 14, 2021
•
10、低头要有勇气，抬头要有低气。02:16:1302:16:1302:164/14/2021 2:16:13 AM
利用ASPEN PLUS进行 物性分析
1
第1页
物性分析 Property analysis
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
第2页
物性分析 Property analysis
• 在tools(工具)菜单中选择analysis(分析),后 选择property,再选择pure.
第6页
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。
第29页
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,
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
第30页
Aspen中的单元操作模型 -- Separators
模型 说明
目的
通过例题，
✓流股中物性数据的查看
通过Results Summary文件夹下的streams 查看流股的性质。如果所查找的物性数据 没有，可通过properties/pro-set新建物性 集。 以露点为例说明，物性数据的查看。
第48页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 选择新建New
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
列表
➢ 混合吉布斯能 在给定温度和压力下,吉布斯能
0.2
0
C6 0
0.5
1 C5
图 三元体系图
第42页
三元图
三元混合规则： 若两股三元物流彼此混合，则混合物的组成（坐标为z1和z2）在以x1-x2
表示的三元体系图上，必然处于两股物流对应坐标点的连线上。
C4
D，xD,C5=0.05 xD,C6≈0
60 psia
C4 C5 C6
组成平衡线
F
C6
B, xB,C4=0.05 xB,C6=?
•
12、人乱于心，不宽余请。02:16:1302:16:1302:16W ednesd ay, April 14, 2021
•
13、生气是拿别人做错的事来惩罚自 己。21. 4.1421. 4.1402: 16:1302:16:13April 14, 2021
•
14、抱最大的希望，作最大的努力。2021年4月14日 星期三 上午2时16分13秒02: 16:1321.4.14
6.75
第28页
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
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
提示： 利用物性分析工具
第49页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，
第50页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，
第51页
第32页
气液平衡基础--泡点 露点
• 3）绘制模拟流程图（Separators/Flash2）
第33页
气液平衡基础--泡点/露点
• 4）定义进料流股
第34页
气液平衡基础--泡点/露点
• 5）定义单元操作
第35页
气液平衡基础-- 泡点/ 露点
• 6）运行模拟计算，查看结果
第36页
气液平衡基础--泡点/露点
对液相的列表
第13页
交互生成物性分析--二元系统物性
第14页
交互生成物性分析--二元系统物性
第15页
二元VLE相图
T-x-y图
x-y曲线图
第16页
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
第17页
二元VLE相图解读
第54页
•
9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。21.4.1421.4.14Wed nesday, April 14, 2021
•
10、低头要有勇气，抬头要有低气。02:16:1302:16:1302:164/14/2021 2:16:13 AM
•
11、人总是珍惜为得到。21.4.1402:16: 1302:16Apr-2114-Ap r-21
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
第26页
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
第27页
1.气液平衡基础 1.7 VLE中的非理想性
乙醇-水物系的非理想行为
课堂练习：完成图1.14的绘制
用途
Flash2
两股出料闪 蒸
确定热和相态条件
闪蒸器, 蒸发器,
三股出料闪 蒸
确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相的单级分 离罐
Decanter 液-液倾析器 确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相无汽相的 单级分离罐
Sep
组分分离器
把入口物流组分分离到 出口物流
• 使用三元共沸曲线可以预测可能的分离’ 选择夹带剂和分析塔的潜在操作问题.
• 三元共沸曲线可用于非理想的化学体系以 及代表这种体系的物性方法.例如活度系数 基准的物性方法如NRTL, WILSON, UNIQUAC ,UNIFAC.不能使用电解质物性方法
第41页
三元图
C4 1
Feed composition： ZC4=0.2 ZC5=0.5
Tools/analysis/property/pure
第7页
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.
第8页
第4页
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
第5页
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
•
15、一个人炫耀什么，说明他内心缺 少什么 。。2021年4月 上午2时16分21.4.1402:16Ap ril 14, 2021
•
16、业余生活要有意义，不要越轨。2021年4月14日 星期三 2时16分13秒02:16:1314 April 2021
•
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。上 午2时16分13秒 上午2时16分02:16:13 21.4.14
C5
图1.11 三元混合规则
C4
C5 C6
第43页
三元物系的残余曲线
残余曲线： 假设容器中有一初始组成为的x1(0)和x2(0)三元混合物，维持系统压力恒定，
将气相物流连续自容器中移除，容器中残余液相的组成连续标于三元组成 图上，即得残余曲线图。
固定相对挥发度： αA=4 ；αB=2 ；αC=1
初始组成： xA=0.5 ；xB=0.25 ；
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
第37页
共沸混合物
第38页
共沸混合物
第39页
共沸混合物
第40页
交互生成物性分析—三元共沸曲线图
• 三元共沸曲线可以绘制三元混合物在全回 流下的组成曲线.通过曲线可以观察到存在 的共沸物并限制共沸物影响分离度.
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
Sep2
两股出料组 分分离器
把入口物流组分分离到 两个出口物流
组分分离操作，例如，当分离的 详细资料不知道或不重要时的蒸 馏和吸收
第31页
1.气液平衡基础 1.5 泡点 露点
• 1）添加组分 • 2）选择热力学模型（Peng-Rob）
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第31页模型说明目的用途flash2确定热和相态条件闪蒸器蒸发器分离罐确定热和相态条件倾析器带有两个液相的单级分decanter液液倾析器确定热和相态条件倾析器带有两个液相无汽相的单级分离罐sep组分分离器把入口物流组分分离到出口物流组分分离操作例如当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收sep2分分离器把入口物流组分分离到两个出口物流组分分离操作例如当分离的详细资料不知道或不重要时的蒸馏和吸收第32页2选择热力学模型pengrob第33页3绘制模拟流程图separatorsflash2第34页4定义进料流股第35页5定义单元操作第36页6运行模拟计算查看结果第37页例题利用闪蒸单元操作完成以下例题物系
交互生成物性分析-纯组分
第9页
交互生成物性分析-纯组分
第10页
交互生成物性分析-纯组分
第11页
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
第12页
交互生成物性分析--二元系统物性
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，建立物性集后，在setup/report options 下选streams
第52页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
不同初始组成的 轨迹图，即体系 的残余曲线图
第44页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 1）调用界面
第45页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 2）设置面板
第46页
三元物系的残余曲线
Aspen绘制三元体系残余曲线 – 3）计算结果
第47页
流股中物性数据的查看
Aspen中，物性方法可分为：
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
第24页
气液平衡基础---物性方法
第25页
气液平衡基础---物性方法
Property analysis可生成与下列变量有关的物性 窗口
• 温度 • 压力 • 气相分率 • 热负荷 • 组成
第3页
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.
相图的读解
图1.8 丙烯/丙烷的xy图
第18页
交互生成物性分析--二元系统物性
图形智能 系统
第19页
交互生成物性分析--二元系统物性
第20页
交互生成物性分析--二元系统物性
第21页
交互生成物性分析--二元系统物性
第22页
气液平衡基础 ----物性方法
第23页
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。
称，建立物性集后，在setup/report options 下选streams 选择property sets
第53页
流股中物性数据的查看 setup/report options下选streams， 选择prope
rty sets 选择需要的物性集，运行，查看Results Sum
mary文件夹下的streams
谢谢大家
第55页
•
9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。21.4.1421.4.14Wed nesday, April 14, 2021
•
10、低头要有勇气，抬头要有低气。02:16:1302:16:1302:164/14/2021 2:16:13 AM
利用ASPEN PLUS进行 物性分析
1
第1页
物性分析 Property analysis
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
第2页
物性分析 Property analysis
• 在tools(工具)菜单中选择analysis(分析),后 选择property,再选择pure.
第6页
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。
第29页
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,
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
第30页
Aspen中的单元操作模型 -- Separators
模型 说明
目的
通过例题，
✓流股中物性数据的查看
通过Results Summary文件夹下的streams 查看流股的性质。如果所查找的物性数据 没有，可通过properties/pro-set新建物性 集。 以露点为例说明，物性数据的查看。
第48页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 选择新建New
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
列表
➢ 混合吉布斯能 在给定温度和压力下,吉布斯能
0.2
0
C6 0
0.5
1 C5
图 三元体系图
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三元图
三元混合规则： 若两股三元物流彼此混合，则混合物的组成（坐标为z1和z2）在以x1-x2
表示的三元体系图上，必然处于两股物流对应坐标点的连线上。
C4
D，xD,C5=0.05 xD,C6≈0
60 psia
C4 C5 C6
组成平衡线
F
C6
B, xB,C4=0.05 xB,C6=?
•
12、人乱于心，不宽余请。02:16:1302:16:1302:16W ednesd ay, April 14, 2021
•
13、生气是拿别人做错的事来惩罚自 己。21. 4.1421. 4.1402: 16:1302:16:13April 14, 2021
•
14、抱最大的希望，作最大的努力。2021年4月14日 星期三 上午2时16分13秒02: 16:1321.4.14
6.75
第28页
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
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
提示： 利用物性分析工具
第49页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，
第50页
流股中物性数据的查看 通过Properties/pro-set新建物性集 在Physical properties下查找所需要的物性名
称，
第51页
第32页
气液平衡基础--泡点 露点
• 3）绘制模拟流程图（Separators/Flash2）
第33页
气液平衡基础--泡点/露点
• 4）定义进料流股
第34页
气液平衡基础--泡点/露点
• 5）定义单元操作
第35页
气液平衡基础-- 泡点/ 露点
• 6）运行模拟计算，查看结果
第36页
气液平衡基础--泡点/露点
对液相的列表
第13页
交互生成物性分析--二元系统物性
第14页
交互生成物性分析--二元系统物性
第15页
二元VLE相图
T-x-y图
x-y曲线图
第16页
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
第17页
二元VLE相图解读
第54页
•
9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定 。21.4.1421.4.14Wed nesday, April 14, 2021
•
10、低头要有勇气，抬头要有低气。02:16:1302:16:1302:164/14/2021 2:16:13 AM
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11、人总是珍惜为得到。21.4.1402:16: 1302:16Apr-2114-Ap r-21
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
第26页
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
第27页
1.气液平衡基础 1.7 VLE中的非理想性
乙醇-水物系的非理想行为
课堂练习：完成图1.14的绘制
用途
Flash2
两股出料闪 蒸
确定热和相态条件
闪蒸器, 蒸发器,
三股出料闪 蒸
确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相的单级分 离罐
Decanter 液-液倾析器 确定热和相态条件
倾析器, 带有两个液相无汽相的 单级分离罐
Sep
组分分离器
把入口物流组分分离到 出口物流
• 使用三元共沸曲线可以预测可能的分离’ 选择夹带剂和分析塔的潜在操作问题.
• 三元共沸曲线可用于非理想的化学体系以 及代表这种体系的物性方法.例如活度系数 基准的物性方法如NRTL, WILSON, UNIQUAC ,UNIFAC.不能使用电解质物性方法
第41页
三元图
C4 1
Feed composition： ZC4=0.2 ZC5=0.5
Tools/analysis/property/pure
第7页
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.
第8页
第4页
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
第5页
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
•
15、一个人炫耀什么，说明他内心缺 少什么 。。2021年4月 上午2时16分21.4.1402:16Ap ril 14, 2021
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2021年4月14日 星期三 2时16分13秒02:16:1314 April 2021
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17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。上 午2时16分13秒 上午2时16分02:16:13 21.4.14
C5
图1.11 三元混合规则
C4
C5 C6
第43页
三元物系的残余曲线
残余曲线： 假设容器中有一初始组成为的x1(0)和x2(0)三元混合物，维持系统压力恒定，
将气相物流连续自容器中移除，容器中残余液相的组成连续标于三元组成 图上，即得残余曲线图。
固定相对挥发度： αA=4 ；αB=2 ；αC=1
初始组成： xA=0.5 ；xB=0.25 ；