ASPEN物性方法选择讲解

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。

AspenPlus物性方法的选择方案12020年4月19日22020年4月19日Aspen Plus 对不同应用领域，推荐使用的物性计算方法Recommended Property Methods for Different Applications一、Oil and Gas Production 石油和天然气生产轻烃储存和运输过程Application (应用) Recommended Property Methods （推荐计算方法）Reservoir systems 水库系统PR-BM, RKS-BMPlatform separation 平台分离PR-BM, RKS-BMTransportation of oil and gas by pipeline 经过管道运输石油和天然气PR-BM, RKS-BM二、Refinery 炼油过程Application Recommended Property MethodsLow pressure applications(up to several atm)低压应用（几个ATM ）Vacuum tower, atmospheric crude tower 减压塔，常压塔BK10, CHAO-SEA, GRAYSONMedium pressure applications(up to several tens of atm)中压应用（到ATM 几十）Coker main fractionator, FCC main fractionator 焦化分馏塔，催化裂化分馏塔CHAO-SEA, GRAYSON,PENG-ROB, RK-SOAVEHydrogen-rich applications, Reformer, Hydrofiner 富氢体系，重整装置，加氢催化精制GRAYSON, PENG-ROB, RK-SOAVELube oil unit, De-asphalting unit 润滑油装置，脱沥青装置PENG-ROB, RK-SOAVE三、Gas Processing 气体加工Application Recommended Property MethodsHydrocarbon separations , Demethanizer, C3-splitter 油气分离，脱甲烷塔，C3分离器PR-BM, RKS-BM, PENG-ROB, RK-SOAVE Cryogenic gas processing , Air separation 低温气体处理，PR-BM, RKS-BM, PENG-ROB, RK-SOAVE3 2020年4月19日空气分离Gas dehydration with glycols 天然气用二元醇脱水PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK,SR-POLARAcid gas absorption with 酸气的吸收 Methanol (RECTISOL) 甲醇（甲醇） NMP (PURISOL)N-甲基吡咯烷酮PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLAR Acid gas absorption with 酸气吸收 Water 水Ammonia 氨Amines 胺Amines + methanol (AMISOL) 胺+甲醇Caustic 烧醎Lime 石灰Hot carbonate 热碳酸盐ELECNRTLClaus process 克劳斯法PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK,SR-POLAR四、Petrochemicals 石油化工过程Application Recommended Property Methods Ethylene plant 乙烯装置 Primary fractionator 初馏塔CHAO-SEA, GRAYSON Light hydrocarbons 轻烃 Separation train Quench tower 急冷塔PENG-ROB, RK-SOAVEAromatics 芳烃 BTX extraction 苯;甲苯和二甲苯抽提WILSON, NRTL, UNIQUAC and their ariances 及其方差Substituted hydrocarbons 取代的烃 VCM plant 氯乙烯装置Acrylonitrile plan 丙烯腈装置PENG-ROB, RK-SOAVE Ether production 醚的生产MTBE, ETBE, TAME 甲基叔丁基醚，乙基叔丁基醚，甲基叔戊基醚WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesEthylbenzene and styrene plants 乙苯和苯乙烯装置PENG-ROB, RK-SOAVE orWILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesTerephthalic acid 对苯二甲酸WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variances(with dimerization in acetic acid section)五、Chemicals 化工过程Application Recommended Property Methods。

1.新建一个Aspen临时文件，选Template,选Blank Simulation也一样2.选择“PropertyAnalysis”3.按“N→”继续，Aspen中“N→”表示下一步，设置完当页后点这个按钮就会自动到下一页的设置页面中，以下类似4.输入标题，随便输入注意图中红色方框，是设置该aspen文档的默认单位集，默认是ENG，即英制单位，其温度是“F”，后边会讲到。

点“N→”下一步5.输入“water”或者”H2O”都可以，点回车后图片如下继续点“N→”下一步6.选择“Process type”，常用物性方法计算类型，里面是不同的物性方法分类，比如当前选择的“COMMON”为常用方法，”CHEMICAL”化学工艺计算，“ELECTROL ”为电解质计算，不同的物质计算要选择不同的物性计算方法集，当然同一种物质也可在不同物性方法集中的选择物性计算方法，不同的物性计算方法集计算出来的物性会有所区别，精确度也不一样，具体见附件本例中选择“COMMON”集即可7.然后选择计算方法“STEAMNBS”此表为水和蒸汽计算8. 继续点“N→”下一步后如图，点确定即可9.点“New”10.选“GENERIC”，普通即可11.方框内设置流量及流量表示方法和单位，有摩尔，质量，体积12.这里设置温度和压力，注意温度和压力单位，英制单位默认温度为…F‟，压力为‟psia‟ ,“rearly”的帖子“如何用ASPEN11.1查询物理性质”中默认为…C‟，这是因为他在第4张图片中默认单位选的METCKGCM或SI-CBAR，至于单位集可百度13.我们将压力设置为一个大气压，选择温度为变化量14.选中“Temperature”,点击“Range/List”选择结果列表方式在“rearly”的帖子“如何用ASPEN11.1查询物理性质”中，他设置的”Lower”为10，很多海友反应计算结果报错，这就是开头第4项默认单位选择的问题，英制中温度单位为“F”，10F=-12℃，这时候的水已经成冰了，就不是计算方法“STEAMNBS”水和蒸汽计算范围了，所以会报错，故最低应设成32以上15.选中“HXDESIGN”点“>”右移，HXDESIGN是计算热交换为主，下面计算密度，热容等等，可参考下面的英文解释16.选择完成后不要点“N→”下一步，这里还有一个定义你想查询的物性，这个是可选的点击左边树形图，选择方框所示MASSVFRA：混合物的气相分率MASSFLMX:混合物的质量流率HMX:混合物的焓RHOMX:混合物的密度CPMX:混合物的恒压热容PCMX：混合物临界状态下的临界压力MUMX：混合物粘度KMX：混合物的导热系数SIGMAMX:表面张力MWMX：混合物分子量单位可根据个人习惯选择，物性可右键删除17.一路确定计算完毕，点击上图中红色方框内图标查看计算结果18.点击左边树状图方框内文件夹图标，最后得到计算结果如下可见变量“TEMP”变量中温度单位为‟F‟，点击改成“C”后就是我们熟悉的摄氏度了。

用aspen查物性的两种方法
Aspen Plus中查物性的两种方法方法之一：
1、开始--->程序--->Aspen tech--->--->engineer suite--->aspen plus 2006--->aspen properties database manager
2、点击三次确定后--->在左栏选择
console root--->aspen physical properties database--->nist 06--->selected compounds--->find compound
3、输入你要查找的物质，双击，在selected compounds的下一级菜单中会出现你选择的物质。

4、点击properties and parameters--->pure 在右边的view 下面compounds中选择你选择的物质，在databanks选择all 或者nist-trc，在properties中选择all，然后下面显示的就是该物质的所有物性。

5，最后要说明的是。

大家会在value一列中发现好多加号，单击后，你会有惊奇的发现。

6、建议大家把结果拷贝到excel中去看，这样不容易遗漏什么。

在没有安装Aspen Property这个模块的情况可以找到上述的两个数据库
方法之二：
查看纯组分的物性：填写Component时，点击“Review”。

混合物的物性是比较复杂的。

可以利用Property Analysis中进行物性分析，做物性。

有时候还需要对物性方法中的Routes进行修改。

求混合物的比容：v=m 3/mol在Aspen 中求比容，可以考虑利用v=体积流量/摩尔流量。

选择压缩机作为模拟的模块。

选择等熵压缩，设置出口压力只要稍高于进口压力就可以了。

例如：求取630kmol/h 的CO ，1130kmol/h 的H2O ，189Kmol/h 的CO2和63Kmol/h 的H2组成的混合物在1atm 和500K 下的比容。

用RK 方程。

根据上面的结果就可知进料的体积流率是82443.568m 3/h,摩尔流率是2012Kmol/h 。

那么计算比容=382443.56840.976/2012m kmol 。

求进料物流中气相分率：选择flash 作为模拟的模块，在设置flash 参数时，要求温度与压力都与进料物流的一致，这样在flash 中的就只进行单纯的气相与液相的分离，而不会发生气相进入液相或液相进入气相的情况，这样就可以根据flash 出口物流中的气液组分得到进料的气相分率等情况。

例如：在180F 及70psia 时，进料物流中丙烷、正丁烷、正戊烷、正辛烷的摩尔分率是0.1、 0.3、0.4 、0.2。

例如：下列物流离开精馏塔，其状态是138psia和197.5F。

如果压力被降低（绝热）到51psia，气相分率和温度是多少。

（提示在flash2前放一个阀，由阀的阻。

求解化学反应平衡时的各组分的多少：选择RGibbs反应器，只要将出口的温度与压力设置好就可以知道该条件下达到化学平衡时的各组分的量。

只要利用该方法计算的结果求出平衡常数K，与实际的常数作比较就可以了。

例如：水煤气变换制氢的化工过程222CO H O CO H+⇔+，在平衡时222co Hco H Oy yKy y=，由热力学数据给出500k时，K=148.4，按照化学计量比进料，求化学反应达到平衡时的平衡组分。

根据最后的反应结果计算K=0.9210.921135.91430.0790.079⨯=⨯，与给定的结果有些差别。

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。

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。

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)。

在aspen plus中（或者化工热力学中）有两大类十分重要的物性方法，对于初学者而言，了解到此两类物性方法，基本上就可以开始着手模拟工作了。