Aspen_Plus推荐使用的物性计算方法

第 48 卷 第 4 期2019 年 4 月Vol.48 No.4Apr. 2019化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryAspen Plus 模拟计算传统水溶液全循环法低压分解塔物性方法的选择黄　波（成都锐思环保技术股份有限公司，四川 成都 610091）摘　要：利用Aapen Plus软件，分别选用ELECNRTL、SR-POLAR和UNIQUAC这3种物性方法，用于水溶液全循环法低压分解塔的模拟计算。

最终的模拟计算结果表明，ELECNRTL得到的模拟结果中，液相浓度与文献数据较一致，而气相误差较大。

SR-POLAR得到的模拟结果中，气、液相的浓度误差均较大。

采用UNIQUAC，并利用已有的文献数据计算其交互作用参数，气、液相浓度与文献数据的误差均较小。

故UNIQUAC物性方法适用于水溶液全循环法低压分解塔的模拟计算，并可推广到其他低压下的NH 3-CO 2-H 2O-Urea四元体系相平衡研究和计算。

关键词：Aspen Plus；低压分解塔；模拟计算；物性方法中图分类号：TQ 441.41 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2019)04-0044-04作者简介：黄波（1986-），男，四川德阳人，工程师，主要从事化工及环保技术开发和设计工作。

E-mail：hbcetscu@收稿日期：2019-01-25化学工程目前，国际上的尿素生产工艺主要有水溶液全循环、CO 2汽提、氨汽提以及日本的 ACES 工艺。

水溶液全循环尿素装置在我国经过多年的经验积累和技术改造，已能达到稳定、高产、低能耗的长周期连续运行[1]。

目前，水溶液全循环法和CO 2汽提法是我国尿素生产中应用最为广泛的两种工艺。

指导尿素设计和生产过程的相平衡大多采用相关文献[2-3]的相图进行。

由于文献中的相图主要用于指导尿素生产，所以这类文献只有一定条件下的相图。

A s p e n_P l u s推荐使用的物性计算方法(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除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,,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：=nRT，=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。

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。

AspenPlusV84查混合物质的物性使用范例
1、Setup–UnitSet–选择SI（国际单位制）或者“New”新建一个
2、Setup–Specification–Global–Globalunitet选择某个单位–Globaletting–Validphae选择状态
6、Method–Specification–Global–Methodname–选择合适的物性
计算方法，可以在Plu的帮助F1里找到这方面的指导
7、PropertySet–New–EnterID输入参数包的名字–OK–Search
8、上面点击Search之后会打开下面的SearchPhyicalPropertie，
输入想要查找的物性名字，Search，双击完成添加；然后设置单位。

（添
加多个物性时会出现下图2，我做过1个验证，发现一个物性包里包含多
个参数，和一个物性包里只有一个参数，结算结果显示两个物性包里这个
参数是相同的）。

完成后如下图3.
9、有时候Qualifier会显示红色，提示选择合适的物质状态
10、Analyi–选择界面右上方Analyi中的Pure/Binary/Mi某ture，本。

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。