6-物性分析

状态方程模型
活度系数模型
描绘非理想状态有一定局限性 能描绘高度非理想液体
需要较少的二元参数
要求许多二元参数
参数随温度适当外推
二元参数与温度密切相关
在临界区一致
模型举例： --PENG-ROB --RK-SOAVE
在临界区不一致
模型举例： -- NRTL -- UNIFAC -- UNIQUAC -- WILSON
• Aspen Plus提供了含有常用 热力学模型的物性方法。
• 用户可以修改现有的物性方 法或建立新的物性方法。
创建流程
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5. 物性分析 物性模型
描述组分物性的方法
物性模型
理想模型
状态方程 （EOS）模型
活度系数 模型
特殊模型
• 模型类型的选择取决于非理想行为程度和操作条件。
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5. 物性分析 理想状态与非理想状态的对比
页 中的 Henry Components 域中输入。
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5. 物性分析 选择物性方法
你的系统中有无极性 组分?
否
是
用状态方程模型
是
操作条件是否在混合物临界区 域附近?
否
你的系统中是否有轻气体或 超临界组分?
是
用带有亨利定律 的活度系数模型
否
用活度系数 模型
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5. 物性分析 选择物性方法---助手
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5. 物性分析 建立物性
选择物性方法 检查参数/获得附加参数
确认结果 创建流程
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5. 物性分析 建立物性
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
• 标量参数: Rackett模型的RKTKIJ • 温度相关参数: NRTL模型的参数NRTL
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5. 物性分析 报告物性参数
按照下列过程可以得到一个含有模拟中用到的所有组分的所 有纯组分参数和二元参数的报告文件:
1. 在 Setup Report Options Property 页上, 选择 All physical property parameters (in SI units)， 或 选择Property param eters’descriptions,equations,and sources of data
等。 (所选择的数据库在 Components Specifications Databank s 页上列出。) • 通过从工具菜单上选择Retrieve Parameter Results（检索参数 结果）将参数检索到图形用户界面中。 • 举例 • 标量参数: 分子量MW • 温度相关参数:扩展的 Antoine 蒸汽压模型参数 PLXANT
• Tools/Property Method Selection Assistant
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5. 物性分析 选择物性方法---举例
系统
丙烷、乙烷、丁烷 苯、水 丙酮、水
模型类型
状态方程 活度系数 活度系数
物性方法
RK-SOAVE, PENG-ROB NRTL-RK, UNIQUAC NRTL-RK, WILSON
3. 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)
4. 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
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5. 物性分析 物性集
• 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。
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物性分析 - 公共图表
理想 XY 图:
y-x diagram for METHANOL / PROPANOL
恒沸物 XY 图 : y-x diagram for ETHANOL / TOLUENE
(PRES = 14.69595 PSI)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 LIQUID MOLEFRAC METHANOL
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5. 物性分析 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所指定的物性。 • 用户可以在 Properties Advanced User-Properties 表中通过提
• PARAM-PLUS 报告不象 PARAMS 报告那样紧凑; 然而它有 许多优点:
PARAMS
参数单位为 SI 单位制，并且不 打印参数单位。
只打印参数名的 Aspen Plus缩写 形式。
输出格式紧凑。
PARAM-PLUS 用输出单位报告参数， 并且打印 参数单位。 Aspen Plus 缩写与说明一起打印。
43 lb/hr
用正癸烷化合物代表油，已知水和油在罐中条件下形成两液相。
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5. 物性分析 习题--2
1. 选择适当的物性方法描绘该系统。 查看所需的物性参数是否 可用。
2. 用物性分析功能， 检验所选择的物性模型和可用的参数是否 能预测2液相形成。
3. 建立一个模拟过程来模拟该罐，用 Flash3 模块来模拟该罐。 4. 修改物流报告，以便报告包括所有物流的每个相态(V, L1 and
供 Fortran 子程序定义新的物性
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5. 物性分析 预定义的物性集
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
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5. 物性分析 建立物性方法-二元参数
• 用来描述两个组分之间的相互作用 • 在 Properties Parameters Binary Interaction 文件夹中输入 • 保存在二元数据库中，例如 VLE-IG, LLE-ASPEN • 来自数据库的参数值能够在图形用户界面中的输入表中查看。 • 在完成流程之前必须要查看含有来自数据库的数据的参数表。 • 举例
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5. 物性分析 流股结果选项
• 在 Setup Report Options Stream 页上，用: • Flow Basis 和 Fraction Basis 复选框定义如何报告物流 组成 • 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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BTMS
规定: 丙酮回收率为99.5 mole %
理想方法 状态方程方法 活度系数模型方法
预计所需理论级 11 大约费用（美元） 520,000
7 390,000
42 880,000
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5. 物性分析 物性的建立
选择一个物性方法 检查参数/获得其它参数
确认结果
• 一个物性方法是用于计算物 性的模型和方法的集合
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5. 物性分析 亨利定律
• 亨利定律只和理想与活度系数模型一起使用。 • 它用于确定液相中的轻气体和超临界组分的量。 • 任何超临界组分和轻气体 (CO2、N2等。) 都应该说明为亨
利组分 (Components Henry Comps Selection 页面)。 • 亨利组分列表 ID 应该在 Properties Specifications Global
或在别处列表
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5. 物性分析 习题--1
目的: 模拟两液相沉降罐并研究系统物性
炼油厂的沉降罐用来把水从水和重油的混合物中倾析出来。 罐的入口物流还含有一些碳和氮的二氧化物。罐和进料都在环境 温度和压力下 (70o F，1atm)，各种组分流率如下:
Water Oil CO2 N2
515 lb/hr 4322 lb/hr 751 lb/hr
输出报告很长。 列出温度相关参数的方程。. 给出参数源(例如，数据库名或 用户输入。)
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5. 物性分析 建立物性
选择物性方法 检查参数/获得附加参数
确认结果 创建流程
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5.物性分析
• 用来生成简单的物性图表， 验证物性模型和数据。 • 图表类型:
• 纯组分, 例如 蒸汽力相对温度 • 二元, 例如 TXY, PXY • 三元相图。 • 在含有原始数据的结果表上，按Plot Wizard 按钮可得到其 它二元曲线图。 • 当用二元分析来检查液-液相分离时，记住选择汽-液-液作 为有效相。 • 为便于以后参考和使用，物性分析输入和结果可以另存成 一个表。
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5. 物性分析 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 • 与石油有关的性质
(PRES = 14.69595 PSI)
2液相XY 图:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 LIQUID MOLEFRAC ETHANOL
y-x diagram for TOLUENE / WATER
(PRES = 14.69595 PSI)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 LIQUID MOLEFRAC TOLUENE
L2)的恒压热容(CPMX) 和第二液相(BETA)的液体分率。 5. 检索模拟中用到的物性参数， 确定二氧化碳和水的临界温度
TC(二氧化碳) = _______； TC(水) = _______
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5. 物性分析 习题--3
可选部分:
目的: 生成一个水油混合物在不同温度下每个液相(L1 和 L2) 的蒸汽压和组成表。
• 什么是理想行为? • 符合理想气体定律和拉乌尔定律
• 理想系统应该是什么样? • 大小和形状相似的非极性组分
• 什么决定非理想状态程度? • 分子相互作用 例如，分子的大小、形状和极性
• 我们如何研究一个系统的非理想程度? • 性质图 (例如 TXY & XY)
y
y x
y
x
x
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5. 物性分析 状态方程和活度模型的对比
• 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.)
对于如下组分系统在环境条件下选择适当物性方法：
系统 乙醇、水 苯、甲苯 丙酮、水、二氧化碳 水、环己烷 乙烷、丙醇
物性方法
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5. 物性分析 建立物性方法
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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5. 物性分析 建立物性方法-纯组分参数
• 描述一单个组分的属性 • 在 Properties Parameters Pure Component 文件夹中输入 • 保存在数据库中，例如， PURE10、ASPENPCD、SOLIDS
5- 物性分析
• 目的:
• 介绍物性方法和物性参数的概念 • 明确有关物性方法选择方面的问题 • 介绍使用物性分析来报告物性
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5.物性分析 案例- 丙酮回收
• 要获得精确的模拟结果，选择正确的物性方法和精确的物 性参数是很重要的
OVHD
FEED
COLUMN
5000 lbmol/hr 丙酮：10 mole % 水：90 mole %
5. 物性分析 术语说明
• 物性方法 -用于计算一个模拟中所需性质的性质模型和物 性方法的集合
• 物性- 计算出的物性值，例如混合物焓 • 物性模型 - 用于计算一个物性的方程式或方程组 • 物性参数 - 物性模型中用到的常数 • 物性集 (Prowk.baidu.com-Set) - 访问物性的一个方法，以便能够使用
2. 运行模拟后，输出一个报告文件 (*.rep) (从File菜单下 选择 Export)。
3. 用任意文本编辑器编辑*.rep 文件。 (从 图形用户界面 中，你可从 View 菜单下选择Report.) 参数在报告文件 物性部分PARAMETER VALUES 标题下列出。
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5. 物性分析 PARAMS 报告和 PARAM-PLUS 报告