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利用ASPEN_PLUS_软件进行物性估算利用ASPEN PLUS 软件进行物性估算系别：生物与化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：０９１６１１姓名：杨振学号：０１６１０９０５１指导老师：宋伟利用ASPEN PLUS 软件进行物性估算其自带的各种物质的物性数据库较全, 可满足绝大多数的工艺过程的模拟要求。
但在实际的工艺模拟计算过程中, 有时也会遇到在Aspen Plus 自带的物性数据库中查不到的物质, 使模拟过程无法正常进行下去。
此时, 利用Aspen Plus 软件提供的物性估算功能, 可以很好地解决此类问题。
以下以发酵液中低浓度1,3- 丙二醇分离项目中的重要的中间产物2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 的物性估算为例, 说明Aspen Plus 软件物性估算功能的使用。
正文：Aspen Plus提供一套功能强大的模型分析工具，最大化工艺模型的效益：收敛分析：自动分析和建议优化的撕裂物流、流程收敛方法和计算顺序，即使是巨大的具有多个物流和信息循环的流程，收敛分析非常方便。
calculator models计算模式：包含在线FORTRAN 和Excel 模型界面。
灵敏度分析：非常方便地用表格和图形表示工艺参数随设备规定和操作条件的变化而变化。
案例研究：用不同的输入进行多个计算，比较和分析。
设计规定能力:自动计算操作条件或设备参数，满足规定的性能目标。
数据拟合：将工艺模型与真实的装置数据进行拟合，确保精确的和有效的真实装置模型。
优化功能：确定装置操作条件，最大化任何规定的目标，如收率、能耗、物流纯度和工艺经济条件。
必要的基本物性数据, 包括分子结构、常压沸点、分子量、各种试验测得的物性等。
以上这些物性中, 仅分子结构是物性估算中所必需的, 依据分子结构, Aspen Plus 软件可计算出常压沸点和分子量, 从而10. 水溶液数据库，包括900 种离子，主要用于电解质的应用。
1. 2MD 物性的输入2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 是1,3- 丙二醇分离项目中的中间产物, 由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中查不到2MD, 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2MD 计算。
在ASPEN PLUS中选用的物性方法—Chao-Seader本设计中所选用的两种物质苯、甲苯都为烃类物质，且操作条件为Chao-Seader用来计算烃类混合物对重质烃类用此方法ASPEN PLUS中的塔设备单元操作模块1、DSTWU模块对单一进料两出料精馏塔进行简捷设计计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、给定回流比下的理论板和加料版位置。
已知平衡级数，可以得到回流比；已知回流比，可以得出理论级数。
同时也能得到最佳进料位置和再沸器及冷凝器热负荷。
运用DSTWU能够得到回流比与理论级数关系曲线与表格。
可以利用此单元操作得到严格计算初值。
2、RadFrac模块此模块为严格多级气液分离模型，尤其适用于三相、宽沸程和窄沸程以及液相强非理想系体系，用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。
可以同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算法求解给定塔设备的操作结果3、DISTL模块此模块对单一进料两出料精馏塔进行简捷校核计算。
给定平衡级数、回流比和塔顶产品速率及冷凝器类型（全凝或部分冷凝），可估算出再沸器和冷凝器热负荷。
4、EXTRACT模块此模块为液液萃取模拟计算的严格模型，只用来进行校核计算。
可处理多进料、带侧线以及有加热和冷却单元的各种萃取体系。
分配系数的求取可采取活度系数法、状态方程法或内置温度关联式二元精馏是最为简单的一种精馏操作，其设计和操作计算是多元精馏计算的基础。
二元精馏的设计可采用简捷法和逐板计算法，Aspen Plus则采用Winn-Underwood-Gilliland简捷法进行设计，对应“Colums”中“DSTWU”模块。
由于简捷法的计算误差较大，所以需要用严格精馏模型对设计结果进行验证，采用“Colums”中的“RadFrac”模块。
所以本设计的单元操作也选用RadFrac模块。
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。
第1章ASPEN PLUS 性质方法概述 ....................................................................................... 1-1 热力学性质方法................................................................................................................... 1-1 状态方程方法............................................................................................................... 1-2活度系数方法............................................................................................................... 1-7状态方程模型..............................................................................................................1-15活度系数模型..............................................................................................................1-22传递性质方法..............................................................................................................1-23非常规组分焓计算......................................................................................................1-25脚注..............................................................................................................................1-26第1章ASPEN PLUS 性质方法概述所有的单元操作模型都需要性质计算而生成结果。
利用ASPEN PLUS 软件进行物性估算Aspen Plus 是一款功能十分强大的工艺模拟软件, 对有机化工、无机化工、电化学、石油化工等各领域的各种单元操作均可模拟。
其自带的各种物质的物性数据库较全, 可满足绝大多数的工艺过程的模拟要求。
但在实际的工艺模拟计算过程中, 有时也会遇到在Aspen Plus 自带的物性数据库中查不到的物质, 使模拟过程无法正常进行下去。
此时, 利用Aspen Plus 软件提供的物性估算功能, 可以很好地解决此类问题。
以下以发酵液中低浓度1,3- 丙二醇分离项目中的重要的中间产物2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 的物性估算为例, 说明Aspen Plus 软件物性估算功能的使用。
为了成功估算2MD 的物性, 首先要向AspenPlus 软件提供必要的基本物性数据, 包括分子结构、常压沸点、分子量、各种试验测得的物性等。
以上这些物性中, 仅分子结构是物性估算中所必需的, 依据分子结构, Aspen Plus 软件可计算出常压沸点和分子量, 从而进一步计算所需的其它各种物性。
1. 2MD 物性的输入2- 甲基- 1,3- 二噁烷( 2MD) 是1,3- 丙二醇分离项目中的中间产物, 由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中查不到2MD, 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2MD 计算。
其分子结构如下:已知的其它物数据: 分子量102.13; 沸点(1atm):110°C; 密度(25°C):0.98kg/m3; 粘度(25°C):0.603cp; 标准生成热(25°C):- 363.02kJ/mol; 标准熵(25°C):303J/(mol〃K); 表面张力(25°C):24.93dyn/cm。
因为采用基团贡献法来估算2MD 的物性, 所以在properties 中选用UNIFCA 为计算方法, 然后输入分子结构。
Aspen Plus介绍(物性数据库)Aspen Plus ---生产装置设计、稳态模拟与优化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〕组织会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该工程称为“过程工程先进系统〞(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AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改良、扩大与提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认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工程公司都是Aspen Plus用户。
它以严格机理模型与先进技术赢得广阔用户信赖，它具有以下特性：ASPEN PLUS有一个公认跟踪记录，在一个工艺过程制造整个生命周期中提供巨大经济效益，制造生命周期包括从研究与开发经过工程到生产。
ASPEN PLUS使用最新软件工程技术通过它Microsoft Windows 图形界面与交互式客户-效劳器模拟构造使得工程生产力最大。
ASPEN PLUS拥有准确模拟范围广泛实际应用所需工程能力，这些实际应用包括从炼油到非理想化学系统到含电解质与固体工艺过程。
ASPEN PLUS是AspenTech集成聪明制造系统技术一个核心局部，该技术能在你公司整个过程工程根本设施范围内捕获过程专业知识并充分利用。
在实际应用中，ASPEN PLUS可以帮助工程师解决快速闪蒸计算、设计一个新工艺过程、查找一个原油加工装置故障或者优化一个乙烯全装置操作等工程与操作关键问。
Aspen Plus功能Aspen Plus AspenTech工程套装软件(AES)一个成员，它是一套非常完整产品，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践与优化与自动化有着非常重要促进作用。
Aspen_Plus推荐使⽤的物性计算⽅法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)。
