ASPEN-0-5B-ASPEN物性方法和模型5-6章

ij:是否是二元交互参数LL:是否是液液这张图ij？的意思是问有没有二元交互参数。

如果没有，物性方法选择活度系数模型中的基团贡献模型类UNIFAC.; a. r+ Z" k9 F i/ ~ "UNIFAC活度系数模型是UNIQUAC模型的一个扩展模型。

它把UNIQUAC用于分子的理论用于了官能团。

有限个数的官能团足可以组成无限个不同的分子。

与纯组分库中可能需要的组分（500至2000个组分）间交互作用参数的个数相比，可能需要的基团交互作用参数的个数很少。

由一个有限的、精选的实验数据集确定的基团间交互作用参数足以能够预测几乎任何组分对间的活度系数。

"所以，它能很好的预测VLE的活度系数。

但是如果要预测LL数据时，必须使用一个不同的数据集，这个时候你可以用aspen plus自带的UNIFAC-LL.如果有，物性方法选择分子模型类NRTL\WILSON\UNIQUAC.分子模型运行二元交互参数可以灵活准确的模拟许多低压（P＜10atm）非理想溶液。

但是这里面WILSON不能用于模拟液液（LL)混合物。

正如前面所说的，活度系数方法适用于低压非理想溶液，如果是高压（P>10atm）非理想溶液，应该选用灵活的、有预测性的状态方程，如图所示的sp-polar、特殊混合规则的(ws,hv)方程。

图示把这些状态方程归为活度系数法是错误的aspen模拟中状态方程物性方法的选择在Aspen模拟中物性方法的选择至关重要，物性方法选择正确与否直接关系到模拟结果的准确性。

现向全体海友征集各种物性方法的使用条件、范围及相关注意事项。

例如：性质方法名：WILSON，γ模型名：wilson，气体状态方程：理想气体定律! J* v3 ~+ V1 c$ X7 e/ R f1 mWilson 模型属于活度系数模型的一种。

适用于许多类型的非理想溶液，但不能模拟液-液分离。

可在正规溶液基础上用于模拟低压下的非理想系统。

ASPEN培训课程内容
1、流程模拟基本知识：1-流程模拟进展讲义.ppt
2、热力学方法和ASPEN PLUS 热力学模型及选用：
5A-ASPEN物性方法和模型1-2章.pdf
5B-ASPEN物性方法和模型5-6章.pdf
5C-ASPEN物性方法和模型附录B.pdf
3、电解质典型过程应用：真实组份与表观组份
碱洗塔：17A-ASPEN_碱洗塔.pdf
裂解气碱洗：17B-乙烯裂解气_碱洗塔.pdf
4、化工典型过程应用：
MTBE装置：13-ASPEN_MTBE装置.pdf
碳四萃取精馏：14-ASPEN_碳四萃取精馏.pdf
脱水计算：15-ASPEN_脱水计算.pdf
5、炼油典型过程应用：
气分装置：10-ASPEN_气分.pdf
MDEA脱硫：11-ASPEN_MDEA脱硫.pdf
污水汽提：12-ASPEN_污水汽提.pdf
6、精馏塔冷凝器、再沸器模拟、热虹吸再沸器安装高度计算：21-ASPEN_再
沸器冷凝器计算.pdf
7、装置参数优化：19-ASPEN_优化.pdf
8、流程设计与进料优化：20-ASPEN_流程设计及进料优化.pdf
9、估计物性参数：22-ASPEN_非库组份物性估计.pdf
10、物性数据回归：23-ASPEN_热力学数据回归.pdf
以上为根据用户要求所做的大致培训内容，次序和侧重点可根据需要调整。

Aspen Plus要点化工过程模拟可分为稳态模拟和动态模拟两类，通常所说的化工过程模拟或流程模拟多指稳态模拟。

流程模拟实际上是使用计算机程序定量计算一个化学过程中的特性方程。

其主要过程是根据化工过程的数据，采用适当的模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，模拟实际的生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。

模拟过程所涉及的化工过程中的数据一般包括进料的温度、压力、流率、组成，有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及相关的设备参数。

化工过程模拟的功能：科学研究、开发新工艺；设计；改造；生产调优、故障诊断。

Aspen Plus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用流程模拟软件。

主要有三部分组成：物性数据库；单元操作模块；系统实现策略。

系统实现策略包括：数据输入；解算策略；结果输出。

Aspen Plus具有以下特性：具有最完备的物性系统，可以处理固体以及电解质体系；具有完整的单元操作模型库，可以模拟各种操作过程，可以完成单塔至整个工艺装置的模拟；具有快速可靠的流程模拟功能；具有先进的计算方法，具有最先进的流程方法，同时还可以进行过程优化计算。

Aspen Plus的主要功能：最工艺过程进行严格的质量和能量平衡计算；可以预测物流的流率、组成以及性质；可以预测操作条件、设备尺寸；可以减少装置的设计时间并进行装置各种设计方案的比较；帮助改进当前工艺。

Apw格式是一种文档文件，系统采用二进制存储，包含所有输入规定、模拟结果和中间收敛信息；bkp格式是Aspen Plus运行过程的备份文件，采用ASCǁ存储，包含模拟的所有输入规定和结果信息，但不包含中间的收敛信息；apwz是综合文件，采用二进制存储，包含模拟过程中的所有信息。

物性方法是指模拟计算中所需的物性方法和模型的集合。

物性方法的选择是决定模拟结果准确性的关键步骤。

Aspen Plus中的主要物性模型分为：理想模型、状态方程模型、活度系数模型和特殊模型。

2010年第29卷增刊CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·481·化工进展应用ASPEN模拟氨合成回路的物性方法分析解光燕1，叶枫1，王中博1，薛援2，丁苏文1（1新疆大学化学化工学院，新疆乌鲁木齐 830046；2中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐 830019）摘 要：对化工模拟软件Aspen Plus 11.1的应用进行了研究和探索，并用此软件，对某化肥厂氨合成回路流程进行模拟计算，探讨选择适宜的物性方法，并对不同温度区间，对模拟结果的影响进行了讨论。

结果表明，根据工艺气体的组成及高温高压的操作条件，选择PENG-ROB和ELECNRTL 物性方法比较适宜，并能得到精确可靠的结果。

关键词：Aspen Plus；过程模拟；物性方法；氨合成在实际工厂流程模拟中，对于不同的物系应选用相对应的物性方法，才能得到与实际工况比较接近的计算结果，这样建立起的模拟平台才能为实际的生产或流程改造提供可靠的理论依据。

本文通过对合成氨装置的氨合成回路进行模拟，探讨Aspen Plus用于氨合成回路的适宜的物性方法。

1 流程模拟1.1 流程的建立某化肥厂氨产量为日产1000 t，简要的基本流程（如图1）为新鲜气与循环气混合压缩23 MPa经冷却后进入合成塔反应，反应后的气体经过换热冷却到10 ℃后进入氨分离器分离将液氨分离，分离后的气体小部分驰放，剩余的作为循环气循环使用。

1.2 单元模块的选择氨合成装置的主要单元设备如图1所示，包括反应器（合成塔）、产品分离罐、换热器、加热冷却器等。

氨合成塔R1、R2选用RStoic模块，分离罐V1选用flash2模块，换热器和加热冷却器E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7全部都是在两个物流之间的换热，因此都选用用heatx模块，物流分流器S1用Fsplit模块。

1.3 物性方法的选择Aspen Plus软件功能强大，其中嵌入了比较全面的物性方法，可选择应用于不同特性（极性或非极性）和不同操作条件（高温高压，常温常压，或低温低压等）下的物系。

ASPEN培训课程内容
1、ASPEN蒸馏模型-参考-A9-unit4塔.pdf
2、普通精馏-19-ASPEN_氯乙烯装置HCL塔.pdf
3、板式塔计算、填料塔计算-参考-A10-附录 A 塔板和填料的设计和核
算.pdf
4、反应精馏-14-ASPEN_酯化反应精馏-动力学.pdf
5、三相精馏-13-ASPEN_醇水三相精馏.pdf
6、三相反应精馏-28-ASPEN_氯乙酸甲酯三相反应精馏.pdf
7、共沸系统和剩余曲线-A6-共沸系统和剩余曲线.pdf
均相共沸精馏-10-ASPEN_均相共沸精馏.pdf
非均相共沸精馏-11-ASPEN_丁二烯脱水计算.pdf
8、萃取精馏-萃取精馏.pdf
萃取精馏塔-8-ASPEN_碳四萃取精馏.pdf
萃取精馏及溶剂循环-9-ASPEN_萃取蒸馏及溶剂回收循环.pdf
9、碱洗塔-25-ASPEN_碱洗塔.pdf
10、裂解气碱洗-26-ASPEN_乙烯裂解气_碱洗塔.pdf
11、MDEA脱硫-6-ASPEN_MDEA脱硫.pdf
12、污水汽提-7-ASPEN_污水汽提.pdf
13、热力学方法和ASPEN PLUS 热力学模型及选用：
参考-5A-ASPEN物性方法和模型1-2章.pdf
参考5B-ASPEN物性方法和模型5-6章.pdf
参考5 C-ASPEN物性方法和模型附录B.pdf
14、物性估计及应用- 21-ASPEN_非库组份物性估计.pdf
15、物性数据回归-16-ASPEN_热力学数据回归.pdf
以上为大致培训内容，次序和侧重点可根据需要调整，1、7和13中的参考内容太多不需复印，给大家电子文件。

物性分析方法（Property Analysis）在进行一个流程模拟之前，最好先了解一下你所选物系，以及物系中物质的物性和相平衡关系，对所选体系偏离理想体系的程度有个初步的了解，对所选体系热力计算方法有个初步的认识。

只有这样才能够选择合适的物性计算方法，在得出模拟结果之后，才能保证模拟结果的可信度。

下面做一个CO2/Ar体系物性分析的例子，旨在抛砖引玉，有错误的地方还请读者批评指正。

1.开始设置选择模拟类型（Simulations）为：General with Metric Units，单位制可以根据自身选择的单位体系来定。

选择运行类型（Run Type）为：Property Analysis，当然在其它运行类型中也能够进行物性，不过这个运行类型没有流程图及其它一些要素，是专门为物性分析而设立的运行类型。

图12. Setup参数设置设置Setup中的一些参数，如Title，（这里可以不填写，但是最好还是设置一下，可以方便其它用户对你的模拟进行了解，增加其互通性）Unit，Run Type，其中Unit，Run Type 中的设置相当于第一步中的Simulation，Run Type设置，对于前面已经选择的类型在这里可以看到设置的结果如图2。

当然也可以重新设置。

它好处就是，可以很方便的使用户可以在不建立新模拟的情况下，改变单位制及运行类型。

在Description中可以填写对模拟的一些简单描述，可以在报告（.rep）中输出，可以增加其可读性。

其它的一些选项这里就不做介绍了。

图23. 在Component中定义组分在Component ID中输入CO2，AR即可，对于其它一些常用的物质直接输入其名字或分子式就行。

而对于一些结构复杂的物质可以运用Find来查找。

输入后结果如图3。

图3注：Elec Wizard：电解质向导，可以帮助用户输入电解质。

User Defined：输入用户自定义的组分。

Reorder：重新调整输入物质的顺序。

附录B 电解质NRTL活度系数模型电解质正规双溶液(NRTL)模型是一个广泛应用的活度系数计算模型该模型可以在整个电解质浓度范围内描述电解质水溶液系统以及混合溶剂电解质系统当电解质浓度变为零时１９６９）它采用Born方程来描述离子的参考态从无限稀释混合溶剂溶液到无限稀释水溶液的转换在电解质系统中必须存在水对于非电解质水溶液系统理论基础和工作方程在此附录中并给出了工作方程DRSÔÚµÚÈýÕµÄÖиø³öÁËÄ£Ð͵IJÎÊýÒªÇóËüºóÀ´À©Õ¹µ½»ìºÏÈܼÁµç½âÖÊϵͳ(Mock et al.1986)l 同类离子排斥的假设阴离子周围的阴离子的情况也是如此)¸Ã¼ÙÉè¿ÉÒÔ¸ù¾ÝÏàͬ·ûºÅµÄÁÚ½üÀë×ÓÖ®¼äµÄÅųâÁ¦·Ç³£Ç¿À´µÃµ½Ö¤Ã÷ÔÚÑεľ§¸ñÖÐl 局部电中性的假设在盐结晶体中的填隙分子就符合局部电中性假设一个贡献是在一个中心离离子之间的交互作用子的邻近区域之外的远程非对称Pitzer-Debije-Hückle模型和Born方程用于描述远程离子之间的交互作用的贡献NRTL)理论用来描述局部交互作用局部交互作用贡献模型被开发成一个对称的模型接下来就由无限稀释活度系数标准化该模型Pitzer-Debije-Hückle表达式和Born方程被加在一起得出用于计算过剩Gibbs能的方程1(见下列注释)注释这里将保留这种方法事实上的上下文中所以混淆的危险是非常小的参见第一章摩尔分率被归一化为1()2/12/1,*1ln 41000X X B kkPDH E m I I A M x RT G ρρϕ+−=∑ (3) 其中2/322/1100023/1=kT Q d N A w e A επϕ (4)=A N Avogadro 数 =d 溶剂密度 =e Q 电子电荷 =w ε水的绝缘常数 =T 温度=k 玻尔兹曼常数=x I 离子强度(摩尔分率表示)∑=ii i x z x I 22/1 (5)=i x 组分i 的摩尔分率 =i z 离子I 的价数 =ρ²ÎÊý对方程3进行适当的推导()+−++−=2/12/32/122/122/1*121ln 21000ln X xx i x i B PDHiI I I z I z A M ρρργϕ (6)Born 方程用来描述从一混合溶剂中的无限稀释状态到水溶液相中的无限稀释状态的离子的Gibbs 能的转换=i r Born 半径活度系数的表达式可由(7)推导出来NRTL 模型的基本假设是非理想的混合熵与混合热相比是可忽略的确实是这种情况该模型不要求特定的体积或面积数据ji i j iiji G X X X X= (9) 其中jj z C =1=j C )()ji ji e G ji τα−=RTg g iiji ji −=τ=ji α正规因子ji g 和ii g 分别是离子j 和离子i,ij g 和ij α原来都是对称的(ij ji g g =和ij ji αα=)ki ji k j kiji G X X X X ,= (10) 其中它们以后会被扩展到多组分系统中存在三个不同的排列对于其他溶剂分子遵循局部电中性的原理对于溶剂分子和阴离子(阳离子)在它的紧邻近区域里的一个中心阳离子(阴离子)Ôڱ˴˸½½üµÄÈκεط½¶¼Ã»ÓдøͬÑùµçºÉµÄÀë×Ó´æÔÚ有效的局部摩尔分率通过下面的表达式关联根据总摩尔分率BBB cB c iB a iBi iB G X G X G X G X X ++=i = c , a , 或 B (14)acBc B c aac G X X X X ,+=(15)caBa B c cca G X X X X ,+=(16)为了得到一个过剩Gibbs 能的表达式阴离子或溶剂核的残余Gibbs 能分别为()cell c G m −然后将这些残余Gibbs 能与有效局部摩尔分率关联那么每摩尔的参考Gibbs 能为=c z 阳离子上的价数 =a z 阴离子上的价数摩尔过量Gibbs 能可以通过把每摩尔残留Gibbs 能的变化量加和而得到表达式为得到下列过剩Gibbs 能的表达式cB aB X X = (25)将该表达式和在方程9和10中给出的有效局部摩尔分率表达式合并在一起的等式B ca cB aB ,ααα== (27) ca B ca Ba ac Bc ,,,ααα== (28)和１０B ca cB aB ,τττ== (30) ca B ca Ba ac Bc ,,,τττ== (31)二元参数Bca ,α过剩Gibbs 能表达式(方程24)现在必须被归一化到离子的无限稀释参考态上()()()B ca aB ca B a B ca c ca B c caB Ba a ca B Bc c B ca aB cB B lc E mG X G X X X X X X X X RTG ,,,,,,,,*τττττττ+−+−+++= (33) 通过对方程33进行适当的推导()()()cB cB Bc Bc B a BcBc B Ba B c Ba B Ba a B aB a cB c cB cB B lcc c G G X X G X G X X G X X X G X G X G X z τττττγ−−++++++=222*ln 1 (34)()()()aB aB Ba Ba B c BaBa B Bc B c Bc B Bc c B aB a cB c aB aB B lca a G G X X G X G X X G X X X G X G X G X z τττττγ−−++++++=222*ln 1 (35)()()()()2222ln B aB a cB c aBaB B a B aB a cB c cBcB B c B Ba c cBa Ba a B Bc a aB Bc c aB aB cB cB lc B X G X G X G X X X G X G X G X X X G X X G X X G X X G X X X ++−+++−+++++=ττττττγ (36)多组分系统电解质NRTL 模型可以被扩展来处理多组分系统∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑++=ka c ka k ja c ja a c ja j c c c c a a c a kc kk j ca jc c a jc j a a a ac c k kB k jBj jBjBBlc E mG X G X X X X G X G X X X X GX G X X RT G ',',',''''''',',',''''',τττ (37)其中−+−+−+=∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑k a c ka k ka c ka a c ka k a c Bc k a c ka k a c Ba a a c c c c k c a kc k kc a kc c a kc k c a Bc k c a kc k c a Bc c c a a a a k kB k kkB kB k BB B k kB k BB B k kB k jjBjB jlc B G X G X G X G X X X G X G X G X G X X X G X G X G X G X G X G X',',',',',',''''''',',',',',','''''''''''''ln τττττττγ (38)阳离子的活度系数方程由下式给出− +−+ =∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑k c a kc k kc a kc c a kc k c a ac k c a kc k c a ac c c a a a a kB kk k kB kB k aB B k kB k aB Bm k a c ka k ka c ka a c ka k c c c c lc a a G X G X G X G X X X G X G X G X G X G X G X X X z ',',',',',',''''''',',',''''''ln 1τττττγ (40)其中l 非水溶剂的纯组分绝缘常系数l 各种离子形式的Born半径l 分子-分子对于电解质-电解质对参数每种类型的电解质NRTL参数都包括正规因子在第三章的中给出这些参数的温度相关关系式热容由活度系数的二次温度导数计算对于正确地模拟焓推荐使用焓数据和热容数据来获得这些温度相关参数电解质NRTL焓电解质NRTL　Gibbs能　获得参数在没有电解质的情况下因此电解质-分子对参数可以通过回归表观单电解质系统的数据而获得才需要电解质-电解质对参数电解质-电解质对参数可以通过回归多组分电解质系统的溶解度数据来获得电解质NRTL模型简化为Debije-Hückel 极限定律电解质-分子和电解质-电解质对参数被固定为零的模拟结果应该是足够的对于浓度大的系统就需要组分对参数参见物性数据的第一章下水溶液中的一些电解质的组分对参数下的蒸汽压和摩尔分率数据(化学和物理手册在运行DRS中）１．０和0.001¶ÔÓÚËùÓÐÇé¿ö¶¼¼ÙÉèµç½âÖÊÊÇÍêÈ«µçÀë。