第三章 ASPEN PLUS的物性數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用

1、ASPEN PLUS在化工過程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在化工過程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第三章第三章 ASPEN PLUS物性數(shù)物性數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用第三章第三章 ASPEN PLUS的物性數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用的物性數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用C3.1 基礎(chǔ)組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù) C3.2 如何建立物性模型C3.3 性質(zhì)集C3.4 物性計(jì)算與分析實(shí)例3.1 基礎(chǔ)組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)ASPEN PLUS物性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)包括：C 5千個(gè)純組分、4萬(wàn)個(gè)二元交互參數(shù)、5千個(gè)二元混合物C 離子種類、二元交互參數(shù)、離子反應(yīng)所需數(shù)據(jù)C 25萬(wàn)多個(gè)混合物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的DETHERM數(shù)據(jù)庫(kù)接口和與In-house（內(nèi)部）數(shù)據(jù)庫(kù)接口C 用戶數(shù)據(jù)庫(kù)用戶數(shù)據(jù)庫(kù) 系

2、系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)庫(kù)PUREXX PUREXX 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)C 包括多于5000多個(gè)組分（大多數(shù)為有機(jī)物）的參數(shù)，這是ASPEN PLUS純組分參數(shù)的主要數(shù)據(jù)源。A （1）與狀態(tài)無(wú)關(guān)的固有屬性，如分子量、臨界參數(shù)、偏 心因子等；A （2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一定相態(tài)的屬性，如25時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)生成 熱、標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱、標(biāo)準(zhǔn)生成自由能等；A （3）一定狀態(tài)下的屬性，如各溫度下的熱容、飽和蒸汽 壓、粘度等，通常以一定的方程形式關(guān)聯(lián)，將方程 參數(shù)作為基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)。A （4）其他專用模型參數(shù)，如UNIFAC模型的官能團(tuán)信息。 固有性質(zhì)固有性質(zhì) 物性代號(hào)物性代號(hào)分子量MW臨界壓縮因子ZC臨界溫度TC偏心因子OMEGA臨界壓力

3、PC偶極距MUP臨界體積VC回轉(zhuǎn)半徑RGYR標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的物性標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的物性 物性物性代號(hào)代號(hào)物性物性代號(hào)代號(hào)生成熱DHFORMAPI重度API生成自由能DGFORM溶解度參數(shù)DELTA沸點(diǎn)TB等張比容PARC標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)下的摩爾體積VB氣體粘度MUVDIP汽化熱DHVLB液體粘度MULAND凝固點(diǎn)TEP導(dǎo)熱系數(shù)KVDIP相對(duì)密度SG表面張力SIGDIP關(guān)聯(lián)式參數(shù)關(guān)聯(lián)式參數(shù) 物性物性代號(hào)代號(hào)參數(shù)個(gè)數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)ANTOIN蒸汽壓關(guān)聯(lián)式參數(shù)PLXANT9理想氣體熱容關(guān)聯(lián)式參數(shù)CPIG11WASTON關(guān)聯(lián)式參數(shù)DHVLWT5RACKETT液體容積方程關(guān)聯(lián)式RKTZRA1CAVETT綜合方程參數(shù)DHLCAT1C

4、AVETT綜合關(guān)聯(lián)式參數(shù)PLCAVT4SEALCHASD-HILDEBRNUD方程參數(shù)VLCVT11標(biāo)準(zhǔn)液體容積方程參數(shù)VLSTD3水溶解度方程參數(shù)WATSOL5AUDRADE液體年度關(guān)聯(lián)式參數(shù)MULAND5功能團(tuán)參數(shù)功能團(tuán)參數(shù) 物性物性代號(hào)代號(hào)UNIFAC方程功能團(tuán)的Q參數(shù)GMUFQUNIFAC方程功能團(tuán)的P參數(shù)GMUFPUNIFAC方程功能團(tuán)的相互作用參數(shù)GMUFB其他組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)其他組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù) 工況研究工況研究- - 丙酮回收丙酮回收 理理想想方方法法狀狀態(tài)態(tài)方方程程方方法法活活度度系系數(shù)數(shù)模模型型方方法法預(yù)計(jì)所需理論級(jí)11742大約費(fèi)用（美元）520,000390,000880,000F

5、EEDOVHDBTMSCOLUMN5000 lbmol/hr丙酮：丙酮：10 mole %水：水：90 mole %規(guī)定規(guī)定: 丙酮回收率為丙酮回收率為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術(shù)語(yǔ)的定義C物性物性:計(jì)算出的物質(zhì)的物性值，例如混合物焓C物性集物性集 ( (Prop-Set)Prop-Set):訪問物性的一個(gè)方法，以便能夠使用或在別處列表C物性參數(shù)物性參數(shù):物性模型中用到的常數(shù)C物性模型物性模型:用于計(jì)算一個(gè)物性的方程式或方程組C物性方法物性方法:用于計(jì)算一個(gè)模擬中所需性質(zhì)的物性模型的集合類別類別詳細(xì)內(nèi)容詳細(xì)內(nèi)容熱力學(xué)性質(zhì)模型熱力學(xué)

6、性質(zhì)模型狀態(tài)方程模型狀態(tài)方程模型活度系數(shù)模型活度系數(shù)模型蒸汽壓和液體逸度模型蒸汽壓和液體逸度模型汽化熱模型汽化熱模型摩爾體積和密度模型摩爾體積和密度模型熱容模型熱容模型溶解度關(guān)聯(lián)模型溶解度關(guān)聯(lián)模型其它其它傳遞性質(zhì)模型傳遞性質(zhì)模型粘度模型粘度模型導(dǎo)熱系數(shù)模型導(dǎo)熱系數(shù)模型擴(kuò)散系數(shù)模型擴(kuò)散系數(shù)模型表面張力模型表面張力模型非常規(guī)固體性質(zhì)模型非常規(guī)固體性質(zhì)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的物性計(jì)算模型分類的物性計(jì)算模型分類狀態(tài)方程模型狀態(tài)方程模型 C1、IDEAL理想狀態(tài)性質(zhì)方法理想狀態(tài)性質(zhì)方法C2、用于石油混合物的性質(zhì)方法、用于石油混

7、合物的性質(zhì)方法：BK10、CHAO-SEA、GRAYSONC3、針對(duì)石油調(diào)整的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：、針對(duì)石油調(diào)整的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：PENG-ROB、RK-SOAVE用于氣體加工、煉油及化工應(yīng)用。（如氣體加工裝置、原油塔及乙烯裝置）用于煉油(如原油塔、減壓塔和乙烯裝置的部分工藝過程） 用于氣相和液相處于理想狀態(tài)的體系（如減壓體系、低壓下的同分異構(gòu)體系）C4 4、用于高壓烴應(yīng)用的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：、用于高壓烴應(yīng)用的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：BWR-LS、LK-PLOCK、PR-BM、RKS-BMC5、靈活的和預(yù)測(cè)性的狀態(tài)方程性質(zhì)方法靈活的和預(yù)測(cè)性的狀態(tài)方程性質(zhì)方法：PRMHV2、PRWS、PSRK、RK-

8、ASPEN、RKSMHV2、RKSWS、SR-POLAR計(jì)算高溫、高壓、接近臨界點(diǎn)混合物及在高壓下的液-液分離的體系。（如乙二醇?xì)怏w干燥、甲醇脫硫及超臨界萃取） 處理高溫、高壓以及接近臨界點(diǎn)的體系（如氣體管線傳輸或超臨界抽提） 液體活度系數(shù)性質(zhì)方法液體活度系數(shù)性質(zhì)方法C NRTLC UNIFACC UNIQUACC VAN LAARC WILSONC理想氣體定律CRedlich-KwongC Redlich-Kwong-Soave CNothnagelCHayden-O ConnellCHF狀態(tài)方程 液體活度系數(shù)模型液體活度系數(shù)模型 汽相狀態(tài)方程汽相狀態(tài)方程 活度系數(shù)模型與狀態(tài)方程方法的比較活

9、度系數(shù)模型與狀態(tài)方程方法的比較 狀態(tài)方程模型狀態(tài)方程模型活度系數(shù)模型活度系數(shù)模型描繪非理想狀態(tài)有一定局限性描繪非理想狀態(tài)有一定局限性能描繪高度非理想液體能描繪高度非理想液體需要較少的二元參數(shù)需要較少的二元參數(shù)要求許多二元參數(shù)要求許多二元參數(shù)參數(shù)隨溫度適當(dāng)外推參數(shù)隨溫度適當(dāng)外推二元參數(shù)與溫度密切相關(guān)二元參數(shù)與溫度密切相關(guān)在臨界區(qū)一致在臨界區(qū)一致在臨界區(qū)不一致在臨界區(qū)不一致常用選項(xiàng)集常用選項(xiàng)集C狀態(tài)方程物性方法A PENG-ROBA RK-SOAVEC活度系數(shù)物性方法A NRTLA UNIFACA UNIQUACA WILSON如何選擇熱力學(xué)方法如何選擇熱力學(xué)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煉油系統(tǒng)煉油系統(tǒng)( (BK10BK10、CHAO-SEACHAO-SEA、GRAYSONGRAYSON）C純水或純蒸汽系統(tǒng)用純水或純蒸汽系統(tǒng)用STEAM-TABLESTEAM-TABLE 注意：物性方法選擇完后，如果涉及到二元交注意：物性方法選擇完后，如果涉及到二元交互作用參數(shù)，要到參數(shù)表上看一下參數(shù)是否存在。互作用參數(shù)，要到參數(shù)表上看一下參數(shù)是否存在。選擇物性方法選擇物性方法

11、 如何建立物性如何建立物性選擇一個(gè)物性方法選擇一個(gè)物性方法檢查參數(shù)檢查參數(shù)/獲得其它參數(shù)獲得其它參數(shù)確認(rèn)結(jié)果確認(rèn)結(jié)果創(chuàng)建流程創(chuàng)建流程步驟步驟1. 選擇物性方法 -根據(jù)下列條件選擇一個(gè)物性方法：A 模擬中存在的組分A 模擬的操作條件A 對(duì)于組分可得到的數(shù)據(jù)和參數(shù)2檢查參數(shù) - 確定在Aspen Plus 數(shù)據(jù)庫(kù)中可用的參數(shù)獲得附加參數(shù) (必要時(shí)) - 所需的參數(shù)可以通過下列途徑獲得A 查找文獻(xiàn)A 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸 (數(shù)據(jù)回歸)A 物性常數(shù)估算 (物性估算)3. 確認(rèn)結(jié)果 - 通過下列方法來檢驗(yàn)對(duì)物性方法和所用物性數(shù)據(jù)的選擇是否正確A 物性分析C 物性集 (Prop-Set) 是一個(gè)把物性集或集合作為

12、一個(gè)用戶給定名的對(duì)象來訪問的一種方法。當(dāng)在一個(gè)應(yīng)用中使用物性時(shí)只引用物性集名。C 用物性集可以報(bào)告熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)和其它性質(zhì)值。C 目前的物性集應(yīng)用包括:A 設(shè)計(jì)規(guī)定、Fortran 模塊、靈敏度A 物流報(bào)告A 物性表 (Property Analysis)A 塔盤性質(zhì) (RadFrac, MultiFrac, 等.)A 加熱/冷卻曲線 (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 -物流氣體摩爾分率A BETA -在第二液相中的液體分率A CPMX -混合

13、物恒壓熱容A MUMX -混合物粘度C可用的性質(zhì)包括:A 混合物中組分的熱力學(xué)性質(zhì)A 純組分熱力學(xué)性質(zhì)A 傳遞性質(zhì)A 電解質(zhì)性質(zhì)A 與石油有關(guān)的性預(yù)先定義的物性集預(yù)先定義的物性集一些模擬模板包括預(yù)先定義的物性集下表列出了 General 模板中包括的預(yù)先定義的物性集和物性類型:預(yù)先定義的物性集預(yù)先定義的物性集物性類型物性類型HXDESIGN換熱器設(shè)計(jì)THERMAL混合物熱性質(zhì)(HMX, CPMX, KMX)TXPORT傳輸性質(zhì)VLE汽-液平衡 (PHIMX, GAMMA, PL)VLLE汽-液-液平衡定義物性集定義物性集C用 Properties Prop-Sets 表來指定一個(gè)物性集中的物性

14、C用 Search 按鈕可以查找一個(gè)物性C將所有所指定的限定符都應(yīng)用于每一個(gè)指定的物性。C用戶可以在 Properties Advanced User-Properties 表中通過提供 Fortran 子程序定義新的物性物性數(shù)據(jù)輸出物性數(shù)據(jù)輸出CProperty Sets按鈕指定物性集名，該物性集含有對(duì)每一個(gè)物流都要報(bào)告的附加性質(zhì)C1.ASPEN PLUS的物性分析(Property Analysis) C2. ASPEN PLUS的參數(shù)估值與數(shù)據(jù)回歸(Data Regression) C3. ASPEN PLUS的物性估算 (Property Estimation)3.4 ASPEN PL

15、US物性數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用物性數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用A 計(jì)算ASPEN PLUS數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的組分的熱力學(xué)性質(zhì)以及傳遞性質(zhì)；A 生成簡(jiǎn)單的圖表，驗(yàn)證物性模型和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。A 例例3-1：采用ASPEN PLUS的理想氣體方法（Ideal Gas Method）查找水在1 atm和100500范圍內(nèi)的摩爾體積和壓縮因子。3.4.1 ASPEN PLUS的物性分析功能的物性分析功能計(jì)算類型計(jì)算類型計(jì)算值與流量無(wú)關(guān)單擊鼠標(biāo)右鍵說明域結(jié)果可以導(dǎo)入結(jié)果可以導(dǎo)入EXCEL表格表格例3-1 計(jì)算結(jié)果C例例3-2：采用ASPEN PLUS分別計(jì)算在25、35和45下不同質(zhì)量濃度甲醇水溶液（甲醇含量從0100%范圍內(nèi)變化）的

16、密度，熱力學(xué)計(jì)算方法選擇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 計(jì)算結(jié)果C練習(xí)1：利用ASPEN PLUS 分別計(jì)算PCl3和POCl3在30、35、45、50、55、60下的液體純組分導(dǎo)熱系數(shù)（K），P=1atm ，用理想氣體模型（IDEAL）。C物性估算是估算物性模型所需參數(shù)的一個(gè)系統(tǒng)。它可以用來估算：A 純組分的物性常數(shù)A 與溫度相關(guān)的模型參數(shù)A Wilson、 NRTL 和 UNIQUAC 方法的二元交互作用參數(shù)A UNIFAC方法的基團(tuán)參數(shù)C估算是以基團(tuán)貢獻(xiàn)法和對(duì)比狀態(tài)相關(guān)性為基礎(chǔ)的。C可以把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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驟使用物性估算的步驟1. 在Properties Molecular Structure窗口上定義分子結(jié)構(gòu)。2. 利用Parameters或Data窗體輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。A 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)(TB)對(duì)于許多估算方法都是非常重要的。因此只要有可能就應(yīng)該輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3. 在Properties Estimation Input窗口上激活Property Estimation并選擇物性估算選項(xiàng)。1.1.定義分子結(jié)構(gòu)定義分子結(jié)構(gòu)C用通用法定義異丁醇的分子結(jié)構(gòu)A 勾畫出該分子的結(jié)構(gòu)，然后給每個(gè)原子編號(hào)，忽略氫原子。C3C1C4C2O5定義分子

18、結(jié)構(gòu)的示例定義分子結(jié)構(gòu)的示例C轉(zhuǎn)到Properties Molecular Structure對(duì)象管理器中，選定該組分，然后選擇Edit命令。C在Properties Molecular Structure General 頁(yè)上，按照其連接順序描述分子，一次描述兩個(gè)原子。B指定原子類型 (C, O, S, ) B指定連接這兩個(gè)原子的鍵的類型 (單鍵、雙鍵 ) 原子類型原子類型原子類型原子類型描述描述原子類型原子類型描述描述CCarbon（碳）（碳）PPhosphorous（磷）（磷）OOxygen（氧）（氧）ZnZinc（鋅）（鋅）NNitrogen（氮）（氮）GaGallium（鎵）（鎵）S

19、Sulfur（硫）（硫）GeGermanium（鍺）（鍺）BBoron（硼）（硼）AsArsenic（砷）（砷）SiSilicon（硅）（硅）CdCadmium（鎘）（鎘）FFluorine（氟）（氟）SnTin（錫）（錫）ClChlorine（氯）（氯）SbAntimony（銻）（銻）BrBromine（溴）（溴）HgMercury（汞）（汞）IIodine（碘）（碘）PbLead（鉛）（鉛）AlAluminum（鋁）（鋁）BiBismuth（鉍）（鉍）鍵類型鍵類型C目前可用的鍵類型:A Single bond(單鍵)A Double bond(雙鍵)A Triple bond(叁鍵)A B

20、enzene ring(苯環(huán))A Saturated 5-membered ring(飽和五元環(huán))A Saturated 6-membered ring (飽和六元環(huán))A Saturated 7-membered ring (飽和七元環(huán))A Saturated hydrocarbon chain (飽和烴鏈)注釋: 分給苯環(huán)、飽和五元環(huán)、飽和六元環(huán)、飽和七元環(huán)和飽和烴鏈鍵的原子編號(hào)必須是連續(xù)的。使用物性估算的步驟使用物性估算的步驟1. 在Properties Molecular Structure窗體上定義分子結(jié)構(gòu)。2. 利用Parameters或Data窗口輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。A 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如標(biāo)準(zhǔn)沸

21、點(diǎn)(TB)對(duì)于許多估算方法都是非常重要的。因此只要有可能就應(yīng)該輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3. 在Properties Estimation Input窗口上激活Property Estimation并選擇物性估算選項(xiàng)。2.2.輸入輔助數(shù)據(jù)輸入輔助數(shù)據(jù)C對(duì)于異丁醇，可得到它的下列數(shù)據(jù)。A 標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) (TB) = 107.6 CA 臨界溫度 (TC) = 274.6 CA 臨界壓力 (PC) = 43 barC把這些數(shù)據(jù)輸入到模擬中可改善估算出的數(shù)值。使用物性估算的步驟使用物性估算的步驟1. 在Properties Molecular Structure窗體上定義分子結(jié)構(gòu)。2. 利用Parameters或Da

22、ta窗口輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。A 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)(TB)對(duì)于許多估算方法都是非常重要的。因此只要有可能就應(yīng)該輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3. 在Properties Estimation Input窗口上激活Property Estimation并選擇物性估算選項(xiàng)。3.3.激活物性估算激活物性估算C要打開Property Estimation（物性估算），可轉(zhuǎn)到Properties Estimation Input Setup頁(yè)上，并選擇下列選項(xiàng)之一：A Estimate all missing parameters 估算所有缺少的必需參數(shù)以及在Pure Component、T-Dependent、Binary

23、和UNIFAC-Group頁(yè)中你可能需要的參數(shù)A Estimate only the selected parameters只估算你在這頁(yè)上（以及以后在適當(dāng)?shù)母郊禹?yè)上）選擇的參數(shù)類型練習(xí)練習(xí)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 數(shù)據(jù)庫(kù)中的組分。 使用 Property Estimation 的Run Type （運(yùn)行類型） , 并估算新組分的性質(zhì)。 該組分的分子式以及從文獻(xiàn)中查到的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)如下所示：分子式:CH3-CH -O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OHTB = 195C練習(xí)題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，沸點(diǎn)160.5160.5。3.4.3 ASPEN PLUS的參數(shù)估值與數(shù)據(jù)回歸的參數(shù)估值與數(shù)據(jù)回歸A 例例3-4： 使用Gi