利用aspenplus进行物性参数的估算

Aspen模拟不常见物质的物性估算
杨晓东
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2022()20
【摘要】利用Aspen Plus软件提供的物性估算功能,计算丙烯酸叔丁酯的物性,从而模拟分离、提纯过程,确定工艺条件,得到理想的产物结果。

【总页数】3页(P51-53)
【作者】杨晓东
【作者单位】道恩特种弹性体材料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ334
【相关文献】
1.物性估算在ASPEN PLUS软件中的应用
2.应用ASPEN模拟氨合成回路的物性方法分析
3.Aspen 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
4.Aspen Plus模拟研究双流化床生物质气化及二氧化碳捕获
5.不常见的宠物性传染病
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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。

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。

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。

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。

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。

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。

Aspen-Plus用于纯物质物性估计ASPEN PLUS软件中带有5000多种纯化合物的物性数据库，其中包括离子种类、二元交互参数、离子反应所需数据等，提供了很多物性方法，且为不同的应用推荐了不同的方法。

数据库中纯组分参数的主要数据源包括与状态无关的固有属性，如分子量等；标准状态下一定相态的属性，如标准生成热等；一定状态下的属性，如热熔、粘度等和其他专用模型参数。

这些参数是ASPEN PLUS模拟过程中必不可少的基本参数，但在实际科研过程中经常遇见物性数据库中没有的化合物，因此需要采用ASPEN PLUS中的Properties Estimation功能来估算这些物质的物性。

脱氢醋酸是乙酰乙酸甲酯生产过程中的副产物，在模拟乙酰乙酸甲酯精馏过程中需要用到脱氢醋酸的物性参数，而ASPEN PLUS物性数据库中没有脱氢醋酸的物性参数，在此采用Properties Estimation功能来估算脱氢醋酸的物性，并将估算出来的物性用于流程模拟中。

2、物性估计所需条件（1）分子结构：可以用chemwin等分子结构软件作图导入，或者使用UNIFAC官能团编号代码从ASPEN手册上查找。

脱氢醋酸分子式：HCCOC CHCOCH3CO CH3O（2）分子量：脱氢醋酸分子量为168.15。

（3）沸点或者饱和蒸气压：脱氢醋酸沸点270℃。

3、物性估计选择物性估计，将Run type改成Properties Estimation，定义物性组分后导入脱氢醋酸分子结构，输入相应参数，包括分子量、饱和蒸汽压或沸点，模拟得到以下结果。

表1 与状态无关的固有属性对表1的估算结果进行如下讨论：（1）临界温度、临界压力、临界体积、理想气体热熔上述四种物性是用Joback方法进行估算的，该方法是建立在Lydersen方法基础上的，唯一例外是它使用一个更大的数据库和具有更少的官能团。

Joback 测试了大约400 种有机化合物平均相对误差和平均误差均较小。

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。

Aspen分析混合物露点、热容、平均分子量的方法首先，打开软件，进入物性分析
（1）点“next”图标，进入下一步
（2）此界面继续点“next”
(3)输入各组分物质，后点下一步。

（4）选择计算方法。

选择“PENG-ROB”，点下一步；
（5）出现一个界面，再点下一步
（6）出现如下界面，点确定
（7）出现如下界面，先别急，等下再回来完成此步。

（8）点下面的prop-sets，（因为要分析哪些物性，需要我们自己来设定）
（9）选择new，点OK
（10）选择cpmx等相关物性
CPMX：混合物恒压热容
TDEW：混合物某压力下的露点
MWMX：混合物的平均分子量
（11）选好后，点next，点“new”。

出现如下界面，这是刚才第7步出现的界面。

（12）输入各组分的含量。

（虽然单位是kmol/h，我们所模拟的这些参数只需要知道各组分的比例就可以得出了。

不管怎么输，只要比例正确就可以了）
Next
从180度开始，到250度结束，每隔5度计一个点（13）把刚才选择的物性，添加到结果列表中。

（14）运行后，点results，查看结果
（15）结果
注：CPMX：混合物热容。

只要压力、温度、组分含量任意一个改变，此数据就要重算。

TDEW：某压力下的露点。

压力、组分含量任意一个改变，此数据就要重算。

MWMX：混合物平均分子量。

只和组分含量相关。