第四章 第二节 Aspen Plus计算状态方程
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做模拟的时候物性方法的选择是十分关键的,选择的十分正确关系着运行后的结果。
是一个难点,高难点,而此内容与化工热力学关系十分紧密。
首先要明白什么是物性方法?比如我们做一个很简单的化工过程计算,一股100C,1atm的水-乙醇(1:1的摩尔比,1kmol/h)的物料经过一个换热器后冷却到了80C,0.9atm,问如分别下值是多少?1.入口物料的密度,汽相分率。
2.换热器的负荷。
3.出口物料的汽相分率,汽相密度,液相密,还可以问物料的粘度,逸度,活度,熵等等。
以上的值怎么计算出来?好,我们来假设进出口的物料全是理想气体,完全符合理想气体的行为,则其密度可以使用PV=nRT计算出来。
并且汽相分率全为1,即该物料是完全气体。
由于理想气体的焓与压力无关,则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。
在此例当中,描述理想气体行为的若干方程,比如涉及至少如下2个方程:1.pv=nRT,2.dH=CpdT. 这就是一种物性方法(aspen plus中称为ideal property method)。
简单的说,物性方法就是计算物流物理性质的一套方程,一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。
当然这例子选这种物性方法显然运行结果是错误的,举这个例子主要是让大家对物性方法有个概念。
对于水-乙醇体系在此两种温度压力下,如果当作理想气体来处理,其误差是比较大的,尤其对于液相。
按照理想气体处理的话,冷却后仍然为气体,不应当有液相出现。
那么应该如何计算呢?想要准确的计算这一过程需要很多复杂的方程,而这些方程如果需要我们用户去一个个选择出来,则是一件相当麻烦的工作,并且很容易出错。
好在模拟软件已经帮我做了这一步,这就是物性方法。
对于本例,我们对汽相用了状态方程,srk,液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等),在aspen plus中将此种方法叫做活度系数法。
如果你选择nrtl方程,就称为nrtl方法,wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。
ASPEN物性系统Aspen Plus具有最完备的物性系统物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。
人们普遍认为 Aspen Plus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。
许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用 Aspen Plus的物性系统,并与其自身的工程计算软件相结合。
二、Aspen Plus 的物性系统包括:2.1 一套完整的基于状态方程和活度系数方法的物性模型用户可在流程的不同部分选用不同的物性模型。
兹将 Aspen Plus 中的物性模型列举如下:2.1.1 状态方程(共有 20 多种模型)ASME 水蒸汽表关联式 ASME 水蒸汽表关联式理想气体模型 BWR-Lee-Starling 模型Hayden-O’Connell 模型(具有气相缔合) HF 模型(气相水理想性)Lee Kesler 模型 MHV2 混合规则Lee Kesler Plocker 模型(具有气相缔合) NBS/NRC 蒸汽表Nothnagel 模型 Peng Robinson 模型Peng Robinson Boston Math 水-碳氢物体系模型 Peng Robinson MHV2 模型Peng Robinson Wong-Sandler 模型 Predictive SRK 模型PSRK 混合规则 Redlich Kwong 模型Redlich Kwong ASPEN 模型 Redlich Kwong Soave 模型Redlich Kwong Soave Wong Sandler 模型 Redlich Kwong Soave MHV2 模型RK-Sovae Alpha 函数 Schwartzentruber-Renon 模型Helgeson 状态方程(电解质比热及焓计算)2.1.2 活度系数模型扩展的 Scatchard Hildebrand 方程 NRTL 局部组成电解质方程MSA 电解质方程 NRTL 方程 Pitzer 电解质方程Chien Null 模型 Redlich-Kister 模型三后缀 Margules 模型 VanLaar 方程Wilson 方程 UNIFAC 方法Dortmund 改进 UNIFAC Lyngby 改进 UNIQUAC 方法Brornley Pitzer 活及系数模型多项式活度系数模型理想流体模型2.1.3 摩尔体积模型用于石油馏分的 API 液体体积模型Brelvi O’Connell 偏摩尔液体体积模型多项式固体体积模型Cheuh Prausnitz/Rackett 压缩液体体积模型 Campbell Thodos 液体体积模型COSTALD 饱和和压缩液体体积模型 Clark 电解质液体体积模型Debye Huckel 电解质液体体积模型 Cavett 饱和液体体积模型Rackett 饱和液体体积模型表数据输入2.1.4 蒸发潜热模型DIPPR/Watson/IK-CAPE 方程 Clausius Clapeyron 方程2.1.5 焓、自由能、熵模型Cavett 饱和液体和水蒸汽表液体模型Criss Cobble 电解质液体焓模型综合固体升华模型多项式固体升华模型多项式固体模型改进的多项式固体模型 DIPPR 比热模型BARIN 方程改进的 Watson 方程多项式固体熔化热模型Yen Alexander 液体和气体模型汽化热模型表数据输入Yen Alexander 水蒸汽表气体模型2.1.6 蒸汽压模型扩展的 Antoine 液体模型C avett 液体模型改进的多项式模型表数据输入 Antoine 固体模型2.1.7 气液平衡比模型API SOUR 模型 Kent Eisenberg 模型改进的多项式模型表数据输入2.1.8 Henry 常数模型改进的多项式模型表数据输入2.1.9 复合固体密度模型综合广义的密度模型IGT 干燥固体模型2.1.10 复合固体焓模型Boie 关联式Chang Jirapongphan Boston 关联式温度的三次方程 Dulong 关联式综合焓模型 Grummel 和 Davis 关联式基于燃烧热的关联式 Kirov 关联式2.1.11 热导率模型Chung Lee Starling 液体和气体模型IAPS 水的液体和气体模型多项式固体模型 Sato Riedel 液体模型Stiel Thodos 高压气体模型TRAPP 液体和气体模型Wassiljewa Mason Saxena 低压气体模型表数据输入2.1.12 表面张力模型石油馏分的 API 模型Hakim Steinberg Stiel 模型水的 IAPS 模型表数据输入 Onsager Samaras 模型2.1.13 粘度模型Chapman Enskog Brokaw 低压气体模型Chung Lee Starling 液体和气体模型Dean Stiel 高压气体模型水的 IAPS 液体和气体模型API 液体粘度模型Letsou Stiel 高温液体模型Lucas 气体模型改进的 Andrade 液体模型TRAPP 液体和气体模型表数据输入 Andrade/DIPPR 模型2.1.14 扩散系数模型Chapman Enskog/Wilke Lee 低压气体模型Dawson Khoury Kobayashi 高压气体模型Wilke Chang 表数据输入2.2 Aspen Plus 数据库包括24000多种纯组分的物性数据及下列数据库1、纯组分数据库,包括 5000 种化合物的参数。
1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。
已知:最简式:(C6H14O3)分子式:(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点:195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分,其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到,根据的已知标准沸点TB,可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。
为估计纯组分物性参数,则需1. 在 Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在 Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在 Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项,Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击 Pure Component(纯组分)页5. 在 Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在 Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的 Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。
具体操作过程如下:1、打开一个新的运行,点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分,将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上,选择DIMER,然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上,点击“NEW”然后创建一个标量(Scalar)参数TB7、输入DIMER的标准沸点(TB)195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上,选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算,并检查其结果。
Aspen Plus入门及DSTWU捷算介绍摘要: Aspen Plus是用来计算平衡态体系数据的软件,通过Aspen Plus的计算模拟,可以得出模拟系统中所有物流的PFD参数,比如物流的温度,压力,密度,流量等参数,通过这些参数,我们可以推断出操作工况是否合适,操作条件是否合理,成功地找出运行状况下生产装置的瓶颈之处,从而在保证产品质量的前提下,提高产品产量和降低能耗。
本文简要介绍Aspen Plus流程模拟软件的入门操作及注意事项,通过简捷法精馏计算DSTWU 举例说明。
关键词:Aspen Plus,DSTWU,精馏计算,流程模拟一、Aspen Plus入门关于什么是Aspen ,百度百科里面对aspen的解释是:Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。
Aspen Plus是大型通用流程模拟系统,源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院(MIT)组织的会战,开发新型第三代流程模拟软件。
该项目称为“过程工程的先进系统”(Advanced System for Process Engineering,简称ASPEN),并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化,成立了Aspen Tech公司,并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件,应用案例数以百万计。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。
软件的入门是一件很痛苦的事情,枯燥的英文界面,复杂的软件结构,安装的时候看到软件安装包是1.3G的时候,就感觉到一点痛苦了,首先对于软件的安装,第一次在家里安装的时候,自以为是地不看安装crack手册,一路next 至最后,然后发现安装到半路就无法安装了,卸载重新安装怎么也安装不上了。
于是重装windows系统继续安装,直至最后的安装成功。
用Aspen 软件辅助化工热力学教学(一)状态方程计算流体的p——T性质一、引言化工热力学是化学工程的基础学科,是化学工程与工艺专业的必修课程,在化学工程的教学过程中占有极其重要的地位。
学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题,物性数据的计算是本课程的重要内容,因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。
例如,为蒸馏、萃取、结晶等分离过程提供基础数据;从容易测量的性质推算难测量的性质;从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据等等。
化工热力学的研究对象更接近实际过程,实际过程所涉及的系统如此复杂,温度、压力范围如此宽广,化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了,而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型,如 PR等状态方程,借助商业化的化工流程模拟软件 Aspen 来促进化工热力学教学是一个很好的选择,对促进学生掌握概念,强化基础,提高应用能力具有重要作用。
同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。
化工热力学教学中引入 Aspen 具有如下优点:1.Aspen 软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的,用该软件辅助热力学教学,能提高教学效率,简化计算过程,激发学生的学习兴趣。
另一方面,也能使学生掌握 Aspen 软件物性计算原理的内核,了解更多的基础数据来源,提高应用能力,真正掌握“核心技术”,不至于再像从前那样,只知计算结果,不知计算原理,不明所用的模型,不能分析结果。
2.国内许多高校的后续课程,如化工设计、化工计算等教学中也开始采用 Aspen 辅助教学,化工热力学作为这些课程的基础,采用 Aspen 进行热力学性质计算,无疑会使得后续课程的基础更加扎实。
用 Aspen 软件指导化工热力学的教学过程,在发达国家也受到高度重视,如 Sandler 等也出版了相关的教学指导材料 [1] 。
但国内的化工热力学教学与国外教学有相当的差异性,如,国内的教学课时数较少,教材内容更紧凑,因此,引入化学物性计算软件来提高教学效率更加重要。
Aspen概述化学工程与工艺1153643黄心权摘要:Aspen是新一代大型化工过程模拟软件,它提供了大量的物性数据, 热力学模型和单元操作模型,可用于化工过程的模拟、设计和优化。
本文对aspen在化工过程模拟的入门进行一个详细的介绍。
关键词:Aspen、入门、化工过程模拟、概述1.化工过程模拟过程模拟是使用计算机程序模拟一个化学过程的特性方差,化工过程模拟主要分为稳态模拟和动态模拟。
稳态模拟指的是根据已知的单元设备、单元作业或整个回路的数学模型,编写程序并在计算机上运行的过程。
相对的,动态模拟指的是其对应的数学模型呈现动态特征的过程。
Aspen Plus的对象便是化工静态过程模拟。
2. Aspen Plus简要介绍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。
它起源于20世纪70年代后期,当时美国能源部在麻省理工学院(MIT)组织会战,要求开发新型第三代流程模拟软件,这个项目称为“先进过程工程系统”(Advanced System For Process Engineering),简称ASPEN。
1982年Aspen Tech公司成立,将其商品化,简称Aspen Plus。
并于1981年十多个版本,如今,成为了全世界公认的标准大型化流程模拟软件,应用案例数以百万计。
[1]3. Aspen Plus的功能Aspen Plus的作用主要包括:(1)进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算;(2)预测物流的流率、组成和性质;预测操作条件和设备尺寸;(3)减少装置的设计时间、进行设计方案比较;(4)帮助改进工艺;(5)在给定的限制内优化工艺条件;(6)辅助确定一个工艺约束部位:(7)固体处理、石油处理、数据回归、数据拟合等等。
4.Aspen Plus的特点4.1数据库Aspen Plus的数据库有三种类型,即系统数据库、内置数据库以及用户数据库。
自带两种数据库,分别是Aspen CD 和DIPPR,另外还有多个专用数据库。