第三章 ASPEN PLUS的物性数据库及其应用

1、ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用在化工过程设计中的应用第三章第三章 ASPEN PLUS物性数物性数据库及其应用据库及其应用第第三三章章 ASPEN PLUS的物性数据库及其应用的物性数据库及其应用C3.1 基础组分数据库 C3.2 如何建立物性模型C3.3 性质集C3.4 物性计算与分析实例3.1 基础组分数据库基础组分数据库ASPEN PLUS物性数据库的数据包括：C 5千个纯组分、4万个二元交互参数、5千个二元混合物C 离子种类、二元交互参数、离子反应所需数据C 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C 用户数据库用户数据库 系

2、系统统数数据据库库PUREXX PUREXX 数据库数据库C 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。A （1）与状态无关的固有属性，如分子量、临界参数、偏 心因子等；A （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；A （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。A （4）其他专用模型参数，如UNIFAC模型的官能团信息。 固有性质固有性质 物性代号物性代号分子量MW临界压缩因子ZC临界温度TC偏心因子OMEGA临界压力

3、PC偶极距MUP临界体积VC回转半径RGYR标准态下的物性标准态下的物性 物性物性代号代号物性物性代号代号生成热DHFORMAPI重度API生成自由能DGFORM溶解度参数DELTA沸点TB等张比容PARC标准沸点下的摩尔体积VB气体粘度MUVDIP汽化热DHVLB液体粘度MULAND凝固点TEP导热系数KVDIP相对密度SG表面张力SIGDIP关联式参数关联式参数 物性物性代号代号参数个数参数个数ANTOIN蒸汽压关联式参数PLXANT9理想气体热容关联式参数CPIG11WASTON关联式参数DHVLWT5RACKETT液体容积方程关联式RKTZRA1CAVETT综合方程参数DHLCAT1C

4、AVETT综合关联式参数PLCAVT4SEALCHASD-HILDEBRNUD方程参数VLCVT11标准液体容积方程参数VLSTD3水溶解度方程参数WATSOL5AUDRADE液体年度关联式参数MULAND5功能团参数功能团参数 物性物性代号代号UNIFAC方程功能团的Q参数GMUFQUNIFAC方程功能团的P参数GMUFPUNIFAC方程功能团的相互作用参数GMUFB其他组分数据库其他组分数据库 工况研究工况研究- - 丙酮回收丙酮回收 理理想想方方法法状状态态方方程程方方法法活活度度系系数数模模型型方方法法预计所需理论级11742大约费用（美元）520,000390,000880,000F

5、EEDOVHDBTMSCOLUMN5000 lbmol/hr丙酮：丙酮：10 mole %水：水：90 mole %规定规定: 丙酮回收率为丙酮回收率为99.5 mole %3.2 ASPEN PLUS的的物性方法和模型物性方法和模型物性物性术语的定义C物性物性:计算出的物质的物性值，例如混合物焓C物性集物性集 ( (Prop-Set)Prop-Set):访问物性的一个方法，以便能够使用或在别处列表C物性参数物性参数:物性模型中用到的常数C物性模型物性模型:用于计算一个物性的方程式或方程组C物性方法物性方法:用于计算一个模拟中所需性质的物性模型的集合类别类别详细内容详细内容热力学性质模型热力学

6、性质模型状态方程模型状态方程模型活度系数模型活度系数模型蒸汽压和液体逸度模型蒸汽压和液体逸度模型汽化热模型汽化热模型摩尔体积和密度模型摩尔体积和密度模型热容模型热容模型溶解度关联模型溶解度关联模型其它其它传递性质模型传递性质模型粘度模型粘度模型导热系数模型导热系数模型扩散系数模型扩散系数模型表面张力模型表面张力模型非常规固体性质模型非常规固体性质模型一般焓和密度模型一般焓和密度模型煤和焦碳的焓和密度模型煤和焦碳的焓和密度模型ASEPN PLUS的物性计算模型分类的物性计算模型分类状态方程状态方程模型模型 C1、IDEAL理想状态性质方法理想状态性质方法C2、用于石油混合物的性质方法、用于石油混

7、合物的性质方法：BK10、CHAO-SEA、GRAYSONC3、针对石油调整的状态方程性质方法：、针对石油调整的状态方程性质方法：PENG-ROB、RK-SOAVE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）用于炼油(如原油塔、减压塔和乙烯装置的部分工艺过程） 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）C4 4、用于高压烃应用的状态方程性质方法：、用于高压烃应用的状态方程性质方法：BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BMC5、灵活的和预测性的状态方程性质方法灵活的和预测性的状态方程性质方法：PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-

8、ASPEN、RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR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） 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） 液体活度系数性质方法液体活度系数性质方法C NRTLC UNIFACC UNIQUACC VAN LAARC WILSONC理想气体定律CRedlich-KwongC Redlich-Kwong-Soave CNothnagelCHayden-O ConnellCHF状态方程 液体活度系数模型液体活度系数模型 汽相状态方程汽相状态方程 活度系数模型与状态方程方法的比较活

9、度系数模型与状态方程方法的比较 状态方程模型状态方程模型活度系数模型活度系数模型描绘非理想状态有一定局限性描绘非理想状态有一定局限性能描绘高度非理想液体能描绘高度非理想液体需要较少的二元参数需要较少的二元参数要求许多二元参数要求许多二元参数参数随温度适当外推参数随温度适当外推二元参数与温度密切相关二元参数与温度密切相关在临界区一致在临界区一致在临界区不一致在临界区不一致常用选项集常用选项集C状态方程物性方法A PENG-ROBA RK-SOAVEC活度系数物性方法A NRTLA UNIFACA UNIQUACA WILSON如何选择热力学方法如何选择热力学方法C物系中含有水、醇、醚物系中含有水

10、、醇、醚(NRTL(NRTL、UNIFACUNIFAC、WILSON)WILSON)C物系中物系中不不含水、醇、醚含水、醇、醚(RK-SOAVE(RK-SOAVE、PENG-ROBPENG-ROB、PSRK)PSRK)C炼油系统炼油系统( (BK10BK10、CHAO-SEACHAO-SEA、GRAYSONGRAYSON）C纯水或纯蒸汽系统用纯水或纯蒸汽系统用STEAM-TABLESTEAM-TABLE 注意：物性方法选择完后，如果涉及到二元交注意：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。互作用参数，要到参数表上看一下参数是否存在。选择物性方法选择物性方法

11、 如何建立物性如何建立物性选择一个物性方法选择一个物性方法检查参数检查参数/获得其它参数获得其它参数确认结果确认结果创建流程创建流程步骤步骤1. 选择物性方法 -根据下列条件选择一个物性方法：A 模拟中存在的组分A 模拟的操作条件A 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A 查找文献A 实验数据回归 (数据回归)A 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A 物性分析C 物性集 (Prop-Set) 是一个把物性集或集合作为

12、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。C 用物性集可以报告热力学性质、传递性质和其它性质值。C 目前的物性集应用包括:A 设计规定、Fortran 模块、灵敏度A 物流报告A 物性表 (Property Analysis)A 塔盘性质 (RadFrac, MultiFrac, 等.)A 加热/冷却曲线 (Flash2, MHeatX, 等.)3.3 物性集（物性集（Property Sets）Prop-Sets 中包括的物性中包括的物性C物性集中通常包括的物性有:A VFRAC -物流气体摩尔分率A BETA -在第二液相中的液体分率A CPMX -混合

13、物恒压热容A MUMX -混合物粘度C可用的性质包括:A 混合物中组分的热力学性质A 纯组分热力学性质A 传递性质A 电解质性质A 与石油有关的性预先定义的物性集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:预先定义的物性集预先定义的物性集物性类型物性类型HXDESIGN换热器设计THERMAL混合物热性质(HMX, CPMX, KMX)TXPORT传输性质VLE汽-液平衡 (PHIMX, GAMMA, PL)VLLE汽-液-液平衡定义物性集定义物性集C用 Properties Prop-Sets 表来指定一个物性集中的物性

14、C用 Search 按钮可以查找一个物性C将所有所指定的限定符都应用于每一个指定的物性。C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物性数据输出物性数据输出CProperty 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C1.ASPEN PLUS的物性分析(Property Analysis) C2. ASPEN PLUS的参数估值与数据回归(Data Regression) C3. ASPEN PLUS的物性估算 (Property Estimation)3.4 ASPEN PL

15、US物性数据库的应用物性数据库的应用A 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；A 生成简单的图表，验证物性模型和数据的准确性。A 例例3-1：采用ASPEN PLUS的理想气体方法（Ideal Gas Method）查找水在1 atm和100500范围内的摩尔体积和压缩因子。3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能的物性分析功能计算类型计算类型计算值与流量无关单击鼠标右键说明域结果可以导入结果可以导入EXCEL表格表格例3-1 计算结果C例例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0100%范围内变化）的

16、密度，热力学计算方法选择NRTL模型。3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能的物性分析功能c混合物密度混合物密度例3-2 计算结果C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）。C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：A 纯组分的物性常数A 与温度相关的模型参数A Wilson、 NRTL 和 UNIQUAC 方法的二元交互作用参数A UNIFAC方法的基团参数C估算是以基团贡献法和对比状态相关性为基础的。C可以把实验数据引入估算中。3.4

17、.2 ASPEN PLUS的物性估算的物性估算使用物性估算的步骤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。A 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。1.1.定义分子结构定义分子结构C用通用法定义异丁醇的分子结构A 勾画出该分子的结构，然后给每个原子编号，忽略氢原子。C3C1C4C2O5定义分子

18、结构的示例定义分子结构的示例C转到Properties Molecular Structure对象管理器中，选定该组分，然后选择Edit命令。C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。B指定原子类型 (C, O, S, ) B指定连接这两个原子的键的类型 (单键、双键 ) 原子类型原子类型原子类型原子类型描述描述原子类型原子类型描述描述CCarbon（碳）（碳）PPhosphorous（磷）（磷）OOxygen（氧）（氧）ZnZinc（锌）（锌）NNitrogen（氮）（氮）GaGallium（镓）（镓）S

19、Sulfur（硫）（硫）GeGermanium（锗）（锗）BBoron（硼）（硼）AsArsenic（砷）（砷）SiSilicon（硅）（硅）CdCadmium（镉）（镉）FFluorine（氟）（氟）SnTin（锡）（锡）ClChlorine（氯）（氯）SbAntimony（锑）（锑）BrBromine（溴）（溴）HgMercury（汞）（汞）IIodine（碘）（碘）PbLead（铅）（铅）AlAluminum（铝）（铝）BiBismuth（铋）（铋）键类型键类型C目前可用的键类型:A Single bond(单键)A Double bond(双键)A Triple bond(叁键)A B

20、enzene ring(苯环)A Saturated 5-membered ring(饱和五元环)A Saturated 6-membered ring (饱和六元环)A Saturated 7-membered ring (饱和七元环)A Saturated hydrocarbon chain (饱和烃链)注释: 分给苯环、饱和五元环、饱和六元环、饱和七元环和饱和烃链键的原子编号必须是连续的。使用物性估算的步骤使用物性估算的步骤1. 在Properties Molecular Structure窗体上定义分子结构。2. 利用Parameters或Data窗口输入实验数据。A 实验数据如标准沸

21、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。2.2.输入辅助数据输入辅助数据C对于异丁醇，可得到它的下列数据。A 标准沸点 (TB) = 107.6 CA 临界温度 (TC) = 274.6 CA 临界压力 (PC) = 43 barC把这些数据输入到模拟中可改善估算出的数值。使用物性估算的步骤使用物性估算的步骤1. 在Properties Molecular Structure窗体上定义分子结构。2. 利用Parameters或Da

22、ta窗口输入实验数据。A 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。3.3.激活物性估算激活物性估算C要打开Property Estimation（物性估算），可转到Properties Estimation Input Setup页上，并选择下列选项之一：A Estimate all missing parameters 估算所有缺少的必需参数以及在Pure Component、T-Dependent、Binary

23、和UNIFAC-Group页中你可能需要的参数A Estimate only the selected parameters只估算你在这页上（以及以后在适当的附加页上）选择的参数类型练习练习3-4：物性估算：物性估算估算二聚物估算二聚物-乙基乙基2-乙氧基乙醇的物性。乙氧基乙醇的物性。 乙基乙基-2-乙氧基乙醇不是乙氧基乙醇不是 Aspen Plus 数据库中的组分。 使用 Property Estimation 的Run Type （运行类型） , 并估算新组分的性质。 该组分的分子式以及从文献中查到的标准沸点如下所示：分子式:CH3-CH -O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OHTB = 195C练习题2 2： 1- 1-甲氧基-2-2-丙醇丙酸酯物性估算。 已知： 分子量146.186146.186，沸点160.5160.5。3.4.3 ASPEN PLUS的参数估值与数据回归的参数估值与数据回归A 例例3-4： 使用Gi