第三章 ASPEN PLUS的物性数据库及其应用

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常用选项集
状态方程物性方法
PENG-ROB RK-SOAVE
活度系数物性方法
NRTL UNIFAC UNIQUAC WILSON
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如何ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ择热力学方法
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选择物性方法
物系中含有水、醇、醚(NRTL、UNIFAC、 WILSON) 物系中不含水、醇、醚(RK-SOAVE、PENG-ROB、 PSRK) 炼油系统(BK10、CHAO-SEA、GRAYSON） 纯水或纯蒸汽系统用STEAM-TABLE
（1）与状态无关的固有属性，如分子量、临界参数、偏 心因子等； （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； （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。 （4）其他专用模型参数，如UNIFAC模型的官能团信息。
5千个纯组分、4万个二元交互参数、5千个 二元混合物 离子种类、二元交互参数、离子反应所需 数据 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 用户数据库
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系 统 数 据 库
PUREXX 数据库
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。
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关联式参数
物性 ANTOIN蒸汽压关联式参数 理想气体热容关联式参数 WASTON关联式参数 RACKETT液体容积方程关联式 CAVETT综合方程参数 CAVETT综合关联式参数 SEALCHASD-HILDEBRNUD方程参数 标准液体容积方程参数 水溶解度方程参数 代号 PLXANT CPIG DHVLWT RKTZRA DHLCAT PLCAVT VLCVT1 VLSTD WATSOL 参数个数 9 11 5 1 1 4 1 3 5
ASEPN PLUS的物性计算模型分类
类别 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 一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型
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热力学性质模型
传递性质模型
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3.3 物性集（Property Sets）
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。
用物性集可以报告热力学性质、传递性质和其它性质值。
目前的物性集应用包括: 设计规定、Fortran 模块、灵敏度 物流报告 物性表 (Property Analysis) 塔盘性质 (RadFrac, MultiFrac, 等.) 加热/冷却曲线 (Flash2, MHeatX, 等.)
AUDRADE液体年度关联式参数
MULAND
5
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功能团参数
物性 UNIFAC方程功能团的Q参数 UNIFAC方程功能团的P参数 UNIFAC方程功能团的相互作用参数 代号 GMUFQ GMUFP GMUFB
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其他组分数据库
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工况研究- 丙酮回收
OVHD FEED
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定义物性集
用 Properties Prop-Sets 表来指定一个物性集中的物 性
用 Search 按钮可以查找一个物性
将所有所指定的限定符都应用于每一个指定的物性。
用户可以在 Properties Advanced User-Properties 表 中通过提供 Fortran 子程序定义新的物性
指定原子类型 (C, O, S, …) 指定连接这两个原子的 键的类型 (单键、双键 …)
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3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能
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； 生成简单的图表，验证物性模型和数据的准确性。
例3-1：采用ASPEN PLUS的理想气体方法（Ideal Gas Method）查找水在1 atm和100~500℃范围内 的摩尔体积和压缩因子。
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第三章 ASPEN PLUS物性数 据库及其应用
第三章
ASPEN PLUS的物性数据库及其应用
3.1 基础组分数据库 3.2 如何建立物性模型 3.3 性质集 3.4 物性计算与分析实例
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3.1 基础组分数据库
ASPEN PLUS物性数据库的数据包括：
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计算类型
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计算值与流量无关
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单击鼠标右键
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说明域
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例3-1 计算结果
结果可以导入EXCEL表格
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3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能 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0~100%范围内变化）的密度，热力 学计算方法选择NRTL模型。
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Prop-Sets 中包括的物性
物性集中通常包括的物性有:
VFRAC - 物流气体摩尔分率 BETA -在第二液相中的液体分率 CPMX -混合物恒压热容 MUMX - 混合物粘度
可用的性质包括:
混合物中组分的热力学性质 纯组分热力学性质 传递性质 电解质性质 与石油有关的性
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物性数据输出
Property 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
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3.4 ASPEN PLUS物性数据库的应用
1.ASPEN PLUS的物性分析(Property Analysis) 2. ASPEN PLUS的参数估值与数据回归(Data Regression) 3. ASPEN PLUS的物性估算 (Property Estimation)
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c
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混合物密度
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例3-2 计算结果
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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）。
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3.4.2 ASPEN PLUS的物性估算
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固有性质
物性
代号
物性
代号
分子量 临界温度
临界压力 临界体积
MW TC
PC VC
临界压缩因子 偏心因子
偶极距 回转半径
ZC OMEGA
MUP RGYR
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标准态下的物性
物性 生成热 生成自由能 沸点 标准沸点下 的摩尔体 积 汽化热 凝固点 相对密度 代号 DHFORM DGFORM TB VB DHVLB TEP SG 物性 API重度 溶解度参数 等张比容 气体粘度 液体粘度 导热系数 表面张力 代号 API DELTA PARC MUVDIP MULAND KVDIP SIGDIP
COLUMN
5000 lbmol/hr 丙酮：10 mole % 水：90 mole %
BTMS
规定: 丙酮回收率为99.5 mole %
理想方法
预计所需理论级 大约费用（美元） 11 520,000
状态方程方法
7 390,000
活度系数模型方法
42 880,000
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3.2 ASPEN PLUS的物性方法和模型
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物性
术语的定义
物性:计算出的物质的物性值，例如混合物焓
物性集 (Prop-Set):访问物性的一个方法，以便能 够使用或在别处列表 物性参数:物性模型中用到的常数 物性模型:用于计算一个物性的方程式或方程组 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
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使用物性估算的步骤
1. 在Properties 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。
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。
非常规固体性质模型
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
3、针对石油调整的状态方程性质方法： PENG-ROB、RK-SOAVE
用于炼油(如原油塔、减压塔和乙烯 装置的部分工艺过程）
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）
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液体活度系数性质方法
液体活度系数模型 汽相状态方程
NRTL UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR WILSON
理想气体定律 Redlich-Kwong
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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
HXDESIGN THERMAL TXPORT VLE VLLE
物性类型
换热器设计 混合物热性质(HMX, CPMX, KMX) 传输性质 汽-液平衡 (PHIMX, GAMMA, PL) 汽-液-液平衡
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）
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4、用于高压烃应用的状态方程性质方法： BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BM
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）
5、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
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1.定义分子结构
用通用法定义异丁醇的分子结构
勾画出该分子的结构，然后给每个原子编号， 忽略氢原子。
C1 C3 C2
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C4
O5
定义分子结构的示例
转到Properties Molecular Structure对象管理器中， 选定该组分，然后选择Edit命令。
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。
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：
纯组分的物性常数 与温度相关的模型参数 Wilson、 NRTL 和 UNIQUAC 方法的二元交互 作用参数 UNIFAC方法的基团参数
估算是以基团贡献法和对比状态相关性为基 础的。 可以把实验数据引入估算中。
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Redlich-Kwong-Soave
Nothnagel Hayden-O Connell HF状态方程
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活度系数模型与状态方程方法的比较
状态方程模型
描绘非理想状态有一定局限性
需要较少的二元参数 参数随温度适当外推 在临界区一致
活度系数模型
能描绘高度非理想液体
要求许多二元参数 二元参数与温度密切相关 在临界区不一致
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。
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如何建立物性
选择一个物性方法
检查参数/获得其它参数
确认结果
创建流程
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步骤
1. 选择物性方法 -根据下列条件选择一个物性方法： 模拟中存在的组分 模拟的操作条件 对于组分可得到的数据和参数 2 检查参数 - 确定在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 查找文献 实验数据回归 (数据回归) 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 物性分析