Aspen高级班培训讲义
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使用在Properties Specification Global页上所规定的Property Method（物性方法）中的物性模型。
2）对于非常规固体
计算焓和摩尔体积。
使用在Properties Advanced NC-Props窗口上规定的物性模型。
4.4.1常规固体
对于焓、自由能、熵和热容
1）Barin方程
离子：带电荷的形式，如：H3O+、OH-、Na+、Cl-、Fe(CN)63-
盐：每种被析出的盐都是一个新的纯组分，如：NaCl(s)、CaCOΒιβλιοθήκη Baidu(s)、CaSO4•2H2O (石膏)、Na2CO3、NaHCO3、2H2O (天然碱)。
3.4 表观组分和真实组分
3.4.1 真实组分
在溶液中组分实际存在的形式
要求：
1．由上述已知条件建立一个流程模块并给出下列结果：
反应器(REACTER)热负荷：
冷却器(QUENCH)热负荷：
冷却器(QUENCH)出口温度：
COL2塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷：
在产品中VCM的浓度：
2．在反应器中DEC的转化率在0.50-0.55之间变化，做一个灵敏度分析，被调节变量为反应器的热负荷和冷却器的热负荷。(保存为aspen2b.bkp)
塔的规定：
实际塔板数：N=20，进料板：NF=12；
塔顶为全凝器，塔顶压力为16.1psi，每板压力降为0.1psi，塔顶采出量为D=1245 1bmol/hr，
摩尔回流比为RR=1.3
计算方法：
NRTL
要求：
1．计算出塔顶甲醇的质量纯度：；
塔底再沸器的热负荷：。
2．对塔进行设计（Sizing），计算出塔经：D=（塔板类型选用筛板塔）。
4 固体处理
目的:
概要介绍固体处理能力
4.1 组分类别
常规组分：气体和液体组分、溶液中的固体盐。
常规惰性固体(CI固体)：对相平衡不起作用的固体以及盐的析出/溶解。
非常规组分(NC固体)：
不能用分子结构表示并且对相平衡、盐溶解平衡和化学平衡来说是惰性非均匀物质。
4.2 规定组分类型
在Components Specifications Selection页上规定组分时，在Type列中选择适当的组分类型。
在这个练习中，对从煤汽化所得的合成气中除去微粒所采用的各种选项进行比较。
注：
煤灰主要是粘土和重金属氧化物，并且可看作是非常规组分。
HCOALGEN和DCOALIGT可用于计算用元素分析、近似分析和硫分析(ULTANAL, PROXANAL, SULFANAL)得出的灰的焓和物料密度。这些可在Properties Advanced NC-Props窗体上进行规定。
液-液平衡的化学过程可能不包含分裂反应。
输入规定不能按照离子或固体盐来规定。
3.7电解质示例
3.8练习
目的:用电解质创建一个流程。
一个简单的流程，模拟用石灰（氢氧化钙）处理硫酸废水的过程。利用Electrolyte Wizard（电解质向导）生成其Chemistry（化学过程）。使用真组分法。
注释:从化学组成中删除:CaSO4(s)、CaSO4•1:2W:A(s)
3．建立塔内的设计规定要求塔顶蒸出物甲醇含量为99.9wt%，改变塔顶回流比范围为（0.8-3），记录算出的回流比：RR=。
练习2：模拟二氯二甲烷催化裂解制氯乙烯的反应工艺，流程图如下
已知条件：
反应式为CH2CL-CH2CL —— HCL + CHCL=CH2计算方法：RK-SOAVE
（DEC）（VCM）CH2CL-CH2CL转化率=0.55
可以通过下列方法使用Property Analysis物性分析：
Aspen高级班培训讲义
1aspen软件版本从10.2升级到12.1，讲解aspen12.1新增功能
2复习初级班的内容
以作练习的形式帮助大家复习aspen初级班的内容
练习1：甲醇-水精馏塔
已知条件：
进料物流：
进料量：120000 1b/hr；质量分率：甲醇 36.8wt%，水 63.2wt%；
进料压力 P=18.5psi；饱和液体进料；
对所有性质只用一套参数
对所选的温度范围可能用到多套参数
在SOLIDS之前列出INORGANIC数据库
2）常规方程
用热容模型将生成热和生成的自由能合并
Aspen Plus和DIPPR模型参数
在INORGANIC之前列出SOLIDS数据库
3）固体的热容
热容的多项式模型
用于计算焓、熵和自由能
参数名: CPSP01
PSD限制可在Setup Substreams PSD窗体上加以改变。
使用物性方法IDEAL。
５ 物性分析
当完成物性规定后，应该分析通过模型预测的物性，以确保结果正确可以使用ASPENPLUS Property Analysis物性分析来实现，Property Analysis可产生物性数值表，并可根据这些数值作图，以更好地理解通过物性。
可能与常规组分存在化学平衡并发生反应。
组分有分子量。
例如：碳、硫
位于CISOLID子物流中
4.2.3 非常规固体
组分对相平衡、盐或化学平衡不起作用。
可能与常规组分和CI(常规惰性)固体组分发生化学反应。
组分是不均匀物质并且没有分子量。
例如：煤、焦碳、灰、木质纸浆
位于NC Solid (非常规固体)子物流中
1.灰5.氯
2.碳6.硫
3.氢7.氧
4.氮
元素分析,
wt %（干基）
SULFANAL
1.硫化铁矿的
2.硫酸盐
3.有机的
硫分析形式，
原煤的wt%（干基）
GENANAL
1.成分1
2.成分2
20.成分20
一般成分分析，
wt%或vl %
4.4 固体性质
1）对于常规组分和常规固体
计算焓、熵、自由能和摩尔体积。
3电解质
3.1电解质举例
含有酸、碱或盐的水溶液，
酸性或碱性水溶液，气体净化时的含水胺或热碳酸盐。
3.2电解质系统的特征
电解质分子形式在液体溶剂中部分电离成离子或完全电离成离子。
液相反应总能达到化学平衡状态。
液相中有离子存在要求用非理想溶液热力学方法。
可能有盐析出。
3.3 电解质组分的类型
溶剂：标准的分子形式，如：水（water）、甲醇（methanol）、醋酸（acetic acid）。
4.3 组分属性
组分属性是用一些可识别的构成有代表性地表示组分的组成
对组分属性可进行下列操作：
由用户分配
在物流中初始化
在单元操作模型中修改
组分属性在物流中携带。
非常规组分的性质由物性系统用组分属性来计算。
组分属性的描述
属性类型
元素
描述
1.湿气2.固定碳
3.挥发性物质4.灰
近似分析,
wt %（干基）
ULTANAL
3.6电解质的局限性
不能计算液-液平衡。
在某些情况下不能使用下列模型:
平衡反应器：RGibbs和REquil
动力学反应器：Rplug、RCSTR和RBatch
简捷法蒸馏：Distl、Dstwu和SCFrac
严格蒸馏：MultiFrac和PetroFrac
反应式右边的化学组成中可能不包含任何挥发性种类。
修正纯组分数据库的搜索顺序以便第一个收索的数据库是ASPENPCD。
规定组分之间发生反应
设定Property（物性）方法，用ELECNRTL。
创建一个Henry’s Component（亨利组分）列表。
检索下列参数
反应平衡常数值
盐的溶解度参数
ELECNRTL交互作用参数
亨利常数的关联式参数
生成的化学组成可以被修改。简化该Chemistry（化学组成）。
4.4.3 煤的专用模型
1）焓
煤的焓模型: HCOALGEN
基于ULTANAL, PROXANAL和SULFANAL属性
2）密度
煤的密度模型: DCOALIGT
基于ULTANAL, PROXANAL和SULFANAL属性
4.5 单元操作模型
通用原则：
接受任意类别的物流。
对入口物流和出口物流应该使用同样的物流类别（Mixer和ClChng除外）。
3．在计算的最后执行一个FORTRAN模块，编辑两个塔塔底再沸器热负荷之和，并调节这个变量，针对2.中DEC转化率的变化作灵敏度分析。
练习3：
建立一个流程模拟，分离出1-CL（1位氯代异戊烯）、3-CL（3位氯代异戊烯）、IP（异戊二烯）、CH4O（甲醇）混合物中的1-CL和3-CL。
要求：1-CL的质量含量为97%以上，3-CL的质量含量为80%以上，并计算出两个它的塔径（采用筛板塔）
主题包括
关于物性分析
交互生成物性分析
纯组分物性
二元系统物性
三元共沸曲线图
物流物性
使用窗口生成物性分析
纯组分
通用
二元系统
PT封闭曲线
三元共沸曲线
用于物性分析的方法规定
检验分析结果
5.1 关于物性分析
Property Analysis物性分析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
该表包括的物性值是由Property Set物性集定义的，由热力学物性、传递物性和其它导出的物性组成。关于Property Set及包含的物性更详细资料见第七章和第二十八章。
Conventional -常规组分
Solid -常规惰性组分
Nonconventional -非常规固体
4.2.1 常规组分
这类组分参与气液平衡以及盐和化学平衡。
这类组分有分子量。
例如：
水、氮、氧、氯化钠、钠离子、氯化物离子
位于MIXED子物流中
4.2.2 常规惰性固体
组分对相平衡和盐的析出/溶解是惰性。
规定预测的物性通过下列方法可进入Property Analysis物性分析。
通过访问工具菜单的交互方法可以快速容易地生成许多图表。
另一种方法是从Data Browser数据浏览菜单中的Property Analysis物性分析文件夹生成Property Analysis，这种方法最灵活。
本章讨论了使用Property Analysis物性分析特性的每种方法并包含几个示例
混合物的进料量为100kg/hr，温度：20℃，压力：1 atm
质量组成：IP：0.1，1-CL：0.6，3-CL：0.25，CH4O：0.05
1-CL：C5H9CL结构式： 沸点：TB=104℃
3-CL：C5H9CL结构式： 沸点：TB=87℃
IP：C5H8-6
提示：采用两个塔分离，脱轻塔塔顶压力为19 Kpa，全塔压降为3 Kpa，物性方法采用NRTL-RK；1-CL、3-CL精馏塔塔顶压力为10 Kpa，全塔压降为4 Kpa物性方法采用PEN-ROB。
注释:将物流类别的类型改为: MIXCISLD。
将SiO2放入CISOLID子物流中。
一个物流的全部子物流的压力和温度必须都是一样的。
4.7 练习
目的:用固体单元操作模拟从气化器尾气进料中除去微粒。
含有少量原料微粒的气体的处理是很困难的，因为这些微粒有可能干扰大部分操作（例如：孔板和填料的表面腐蚀、结垢、堵塞）。因此有必要从气态物流中除去大部分原料微粒。可用于这一用途的选项有很多（旋风分离器、袋式过滤器、文丘里涤气器以及静电除尘器），并且可以通过变更它们的设计和操作条件改变它们的微粒分离效率。最终选择哪种设备要权衡技术性能和与使用特定单元相关的费用。
不可识别的属性（组分或子物流）通过该模块后保持不变。
有些模型允许对每个出现的子物流做规定（例如：Sep、RStoic）
在气-液分离中，固体留在液体中。
除非另有规定，否则出口固体子物流与MIXED子物流是处于热平衡状态的。
4.6 例题
目的:模拟一个常规固体干燥器。
用空气将SiO2水含量从0.5%降到0.1%。
原料二氯二甲烷的进料量、温度和压力以及反应器、冷凝器、泵的操作条件在流程图中已给出，下面给出精流塔COL1、COL2的操作条件
COL1：塔板数15 stages、回流比RR=1.082、D:F=0.354、进料板:tray 7、压力为367 psi
COL2：塔板数10 stages、回流比RR=0.969、D:F=0.550、进料板:tray 6、压力为115 psi
4）固体的摩尔体积
体积多项式模型
用于计算密度
参数名: VSPOLY
4.4.2 非常规固体
1）焓
通用热容多项式模型: ENTHGEN
用质量分率的加权平均数
基于GENANAL属性
参数名: HCGEN
2）密度
通用的密度多项式模型: DNSTYGEN
用质量分率的加权平均数
基于GENANAL属性
参数名: DENGEN
3.4.2 表观组分
组分在形成离子之前的形式
3.4.3 举例
NaCl水溶液
所涉及到的离子反应：NaCl -->Na+ + Cl-，Na+ + Cl-<-->NaCl(s)
表观组分：H2O, NaCl，
真实组分：H2O, Na+, Cl-, NaCl(s)
3.5 定义电解质的步骤
确定产生新的组分(离子和固体盐)。
2）对于非常规固体
计算焓和摩尔体积。
使用在Properties Advanced NC-Props窗口上规定的物性模型。
4.4.1常规固体
对于焓、自由能、熵和热容
1）Barin方程
离子：带电荷的形式，如：H3O+、OH-、Na+、Cl-、Fe(CN)63-
盐：每种被析出的盐都是一个新的纯组分，如：NaCl(s)、CaCOΒιβλιοθήκη Baidu(s)、CaSO4•2H2O (石膏)、Na2CO3、NaHCO3、2H2O (天然碱)。
3.4 表观组分和真实组分
3.4.1 真实组分
在溶液中组分实际存在的形式
要求：
1．由上述已知条件建立一个流程模块并给出下列结果：
反应器(REACTER)热负荷：
冷却器(QUENCH)热负荷：
冷却器(QUENCH)出口温度：
COL2塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷：
在产品中VCM的浓度：
2．在反应器中DEC的转化率在0.50-0.55之间变化，做一个灵敏度分析，被调节变量为反应器的热负荷和冷却器的热负荷。(保存为aspen2b.bkp)
塔的规定：
实际塔板数：N=20，进料板：NF=12；
塔顶为全凝器，塔顶压力为16.1psi，每板压力降为0.1psi，塔顶采出量为D=1245 1bmol/hr，
摩尔回流比为RR=1.3
计算方法：
NRTL
要求：
1．计算出塔顶甲醇的质量纯度：；
塔底再沸器的热负荷：。
2．对塔进行设计（Sizing），计算出塔经：D=（塔板类型选用筛板塔）。
4 固体处理
目的:
概要介绍固体处理能力
4.1 组分类别
常规组分：气体和液体组分、溶液中的固体盐。
常规惰性固体(CI固体)：对相平衡不起作用的固体以及盐的析出/溶解。
非常规组分(NC固体)：
不能用分子结构表示并且对相平衡、盐溶解平衡和化学平衡来说是惰性非均匀物质。
4.2 规定组分类型
在Components Specifications Selection页上规定组分时，在Type列中选择适当的组分类型。
在这个练习中，对从煤汽化所得的合成气中除去微粒所采用的各种选项进行比较。
注：
煤灰主要是粘土和重金属氧化物，并且可看作是非常规组分。
HCOALGEN和DCOALIGT可用于计算用元素分析、近似分析和硫分析(ULTANAL, PROXANAL, SULFANAL)得出的灰的焓和物料密度。这些可在Properties Advanced NC-Props窗体上进行规定。
液-液平衡的化学过程可能不包含分裂反应。
输入规定不能按照离子或固体盐来规定。
3.7电解质示例
3.8练习
目的:用电解质创建一个流程。
一个简单的流程，模拟用石灰（氢氧化钙）处理硫酸废水的过程。利用Electrolyte Wizard（电解质向导）生成其Chemistry（化学过程）。使用真组分法。
注释:从化学组成中删除:CaSO4(s)、CaSO4•1:2W:A(s)
3．建立塔内的设计规定要求塔顶蒸出物甲醇含量为99.9wt%，改变塔顶回流比范围为（0.8-3），记录算出的回流比：RR=。
练习2：模拟二氯二甲烷催化裂解制氯乙烯的反应工艺，流程图如下
已知条件：
反应式为CH2CL-CH2CL —— HCL + CHCL=CH2计算方法：RK-SOAVE
（DEC）（VCM）CH2CL-CH2CL转化率=0.55
可以通过下列方法使用Property Analysis物性分析：
Aspen高级班培训讲义
1aspen软件版本从10.2升级到12.1，讲解aspen12.1新增功能
2复习初级班的内容
以作练习的形式帮助大家复习aspen初级班的内容
练习1：甲醇-水精馏塔
已知条件：
进料物流：
进料量：120000 1b/hr；质量分率：甲醇 36.8wt%，水 63.2wt%；
进料压力 P=18.5psi；饱和液体进料；
对所有性质只用一套参数
对所选的温度范围可能用到多套参数
在SOLIDS之前列出INORGANIC数据库
2）常规方程
用热容模型将生成热和生成的自由能合并
Aspen Plus和DIPPR模型参数
在INORGANIC之前列出SOLIDS数据库
3）固体的热容
热容的多项式模型
用于计算焓、熵和自由能
参数名: CPSP01
PSD限制可在Setup Substreams PSD窗体上加以改变。
使用物性方法IDEAL。
５ 物性分析
当完成物性规定后，应该分析通过模型预测的物性，以确保结果正确可以使用ASPENPLUS Property Analysis物性分析来实现，Property Analysis可产生物性数值表，并可根据这些数值作图，以更好地理解通过物性。
可能与常规组分存在化学平衡并发生反应。
组分有分子量。
例如：碳、硫
位于CISOLID子物流中
4.2.3 非常规固体
组分对相平衡、盐或化学平衡不起作用。
可能与常规组分和CI(常规惰性)固体组分发生化学反应。
组分是不均匀物质并且没有分子量。
例如：煤、焦碳、灰、木质纸浆
位于NC Solid (非常规固体)子物流中
1.灰5.氯
2.碳6.硫
3.氢7.氧
4.氮
元素分析,
wt %（干基）
SULFANAL
1.硫化铁矿的
2.硫酸盐
3.有机的
硫分析形式，
原煤的wt%（干基）
GENANAL
1.成分1
2.成分2
20.成分20
一般成分分析，
wt%或vl %
4.4 固体性质
1）对于常规组分和常规固体
计算焓、熵、自由能和摩尔体积。
3电解质
3.1电解质举例
含有酸、碱或盐的水溶液，
酸性或碱性水溶液，气体净化时的含水胺或热碳酸盐。
3.2电解质系统的特征
电解质分子形式在液体溶剂中部分电离成离子或完全电离成离子。
液相反应总能达到化学平衡状态。
液相中有离子存在要求用非理想溶液热力学方法。
可能有盐析出。
3.3 电解质组分的类型
溶剂：标准的分子形式，如：水（water）、甲醇（methanol）、醋酸（acetic acid）。
4.3 组分属性
组分属性是用一些可识别的构成有代表性地表示组分的组成
对组分属性可进行下列操作：
由用户分配
在物流中初始化
在单元操作模型中修改
组分属性在物流中携带。
非常规组分的性质由物性系统用组分属性来计算。
组分属性的描述
属性类型
元素
描述
1.湿气2.固定碳
3.挥发性物质4.灰
近似分析,
wt %（干基）
ULTANAL
3.6电解质的局限性
不能计算液-液平衡。
在某些情况下不能使用下列模型:
平衡反应器：RGibbs和REquil
动力学反应器：Rplug、RCSTR和RBatch
简捷法蒸馏：Distl、Dstwu和SCFrac
严格蒸馏：MultiFrac和PetroFrac
反应式右边的化学组成中可能不包含任何挥发性种类。
修正纯组分数据库的搜索顺序以便第一个收索的数据库是ASPENPCD。
规定组分之间发生反应
设定Property（物性）方法，用ELECNRTL。
创建一个Henry’s Component（亨利组分）列表。
检索下列参数
反应平衡常数值
盐的溶解度参数
ELECNRTL交互作用参数
亨利常数的关联式参数
生成的化学组成可以被修改。简化该Chemistry（化学组成）。
4.4.3 煤的专用模型
1）焓
煤的焓模型: HCOALGEN
基于ULTANAL, PROXANAL和SULFANAL属性
2）密度
煤的密度模型: DCOALIGT
基于ULTANAL, PROXANAL和SULFANAL属性
4.5 单元操作模型
通用原则：
接受任意类别的物流。
对入口物流和出口物流应该使用同样的物流类别（Mixer和ClChng除外）。
3．在计算的最后执行一个FORTRAN模块，编辑两个塔塔底再沸器热负荷之和，并调节这个变量，针对2.中DEC转化率的变化作灵敏度分析。
练习3：
建立一个流程模拟，分离出1-CL（1位氯代异戊烯）、3-CL（3位氯代异戊烯）、IP（异戊二烯）、CH4O（甲醇）混合物中的1-CL和3-CL。
要求：1-CL的质量含量为97%以上，3-CL的质量含量为80%以上，并计算出两个它的塔径（采用筛板塔）
主题包括
关于物性分析
交互生成物性分析
纯组分物性
二元系统物性
三元共沸曲线图
物流物性
使用窗口生成物性分析
纯组分
通用
二元系统
PT封闭曲线
三元共沸曲线
用于物性分析的方法规定
检验分析结果
5.1 关于物性分析
Property Analysis物性分析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
该表包括的物性值是由Property Set物性集定义的，由热力学物性、传递物性和其它导出的物性组成。关于Property Set及包含的物性更详细资料见第七章和第二十八章。
Conventional -常规组分
Solid -常规惰性组分
Nonconventional -非常规固体
4.2.1 常规组分
这类组分参与气液平衡以及盐和化学平衡。
这类组分有分子量。
例如：
水、氮、氧、氯化钠、钠离子、氯化物离子
位于MIXED子物流中
4.2.2 常规惰性固体
组分对相平衡和盐的析出/溶解是惰性。
规定预测的物性通过下列方法可进入Property Analysis物性分析。
通过访问工具菜单的交互方法可以快速容易地生成许多图表。
另一种方法是从Data Browser数据浏览菜单中的Property Analysis物性分析文件夹生成Property Analysis，这种方法最灵活。
本章讨论了使用Property Analysis物性分析特性的每种方法并包含几个示例
混合物的进料量为100kg/hr，温度：20℃，压力：1 atm
质量组成：IP：0.1，1-CL：0.6，3-CL：0.25，CH4O：0.05
1-CL：C5H9CL结构式： 沸点：TB=104℃
3-CL：C5H9CL结构式： 沸点：TB=87℃
IP：C5H8-6
提示：采用两个塔分离，脱轻塔塔顶压力为19 Kpa，全塔压降为3 Kpa，物性方法采用NRTL-RK；1-CL、3-CL精馏塔塔顶压力为10 Kpa，全塔压降为4 Kpa物性方法采用PEN-ROB。
注释:将物流类别的类型改为: MIXCISLD。
将SiO2放入CISOLID子物流中。
一个物流的全部子物流的压力和温度必须都是一样的。
4.7 练习
目的:用固体单元操作模拟从气化器尾气进料中除去微粒。
含有少量原料微粒的气体的处理是很困难的，因为这些微粒有可能干扰大部分操作（例如：孔板和填料的表面腐蚀、结垢、堵塞）。因此有必要从气态物流中除去大部分原料微粒。可用于这一用途的选项有很多（旋风分离器、袋式过滤器、文丘里涤气器以及静电除尘器），并且可以通过变更它们的设计和操作条件改变它们的微粒分离效率。最终选择哪种设备要权衡技术性能和与使用特定单元相关的费用。
不可识别的属性（组分或子物流）通过该模块后保持不变。
有些模型允许对每个出现的子物流做规定（例如：Sep、RStoic）
在气-液分离中，固体留在液体中。
除非另有规定，否则出口固体子物流与MIXED子物流是处于热平衡状态的。
4.6 例题
目的:模拟一个常规固体干燥器。
用空气将SiO2水含量从0.5%降到0.1%。
原料二氯二甲烷的进料量、温度和压力以及反应器、冷凝器、泵的操作条件在流程图中已给出，下面给出精流塔COL1、COL2的操作条件
COL1：塔板数15 stages、回流比RR=1.082、D:F=0.354、进料板:tray 7、压力为367 psi
COL2：塔板数10 stages、回流比RR=0.969、D:F=0.550、进料板:tray 6、压力为115 psi
4）固体的摩尔体积
体积多项式模型
用于计算密度
参数名: VSPOLY
4.4.2 非常规固体
1）焓
通用热容多项式模型: ENTHGEN
用质量分率的加权平均数
基于GENANAL属性
参数名: HCGEN
2）密度
通用的密度多项式模型: DNSTYGEN
用质量分率的加权平均数
基于GENANAL属性
参数名: DENGEN
3.4.2 表观组分
组分在形成离子之前的形式
3.4.3 举例
NaCl水溶液
所涉及到的离子反应：NaCl -->Na+ + Cl-，Na+ + Cl-<-->NaCl(s)
表观组分：H2O, NaCl，
真实组分：H2O, Na+, Cl-, NaCl(s)
3.5 定义电解质的步骤
确定产生新的组分(离子和固体盐)。