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1、最新利用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：姓名：杨振学号：指导老师：宋伟利用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,
2、 可以很好地解决此类问题。以下以发酵液中低浓度1,3- 丙二醇别离工程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
3、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。为了成功估算2MD 的物性, 首先要向Aspen Plus 软件提供必要的根本物性数据, 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。产品具有完备的物性数据库 物性
4、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。 Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据1. 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。2. 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。3. 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型参数。4. Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。5. 二元交互作用参数库，包括RidlichK
5、wong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。6. PURE10 数据库，包括1727 种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。7. 无机物数据库，包括2450 种组分大局部是无机化合物的热化学参数。8. 燃烧数据库，包括燃烧产物中常见的59 种组分和自由基的参数。9. 固体数据库，包括3314 种组分，主要用于固体和电解质的应用。10. 水溶液数据库，包括90
6、0 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- 丙二醇别离工程中的中间产物, 由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中查不到2MD, 使模拟别离、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:的其它物数据: 分子量102.13; 沸点(1atm):110C; 密度(25C):0.98kg/m3; 粘度(25C):0.603cp; 标准生成热(25C):- 363.02kJ/mol; 标准熵(25C):303J/(molK); 外表张力(25C):24.93dyn/cm。因为采用基
7、团奉献法来估算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。自定义新物质2MD 后, 在Molecular Structure Object Manager 区中选定2MD, 再点Edit;在General 标签中依次输入各原子间的化学键, 也可以在Functional Group 标签或Formula 标签中输入分子结构( 如图1) 。图1输入的物性常数: 在左侧的数据浏览区点PropertiesParametersPure Component, 点NewOK 生成新的输入表单USRDEF- 1, 输入相应的scalar parameter
8、s。输入相应的实验数据: 在左侧的数据浏览区点PropertiesData, 点New按钮生成新的输入表单; 在新的输入表单中将数据分别填入相应的Setup 和Data 输入标签。最后在Setup 标签中选Estimate all missing parameters。2 工艺流程及条件的输入整个低浓度1,3- 丙二醇别离过程由加成反响、逆流萃取、萃取剂精馏、2MD 精馏、水解、1,3- 丙二醇精馏组成, 具体流程( 如图2) 。反响器B- 1 中1,3- 丙二醇与乙醛反响为可逆反响, 把实验得出的经验动力学方程输入Reactions,包括指前因子、活化能等, 并输入反响器体积、温度; 反响器
9、B- 2 为水解反响, 同样输入经验动力学方程、反响器体积和温度。图2这样就定义好了所有需要的输入值, 再定义好各单元操作模块的输入后, 即可进行工艺模拟计算。3 物性估算和流程计算结果估算得到2MD 的沸点为110.4, 与实验得出的沸点110非常接近, 可以满足设计计算的需要。同时估算得到2MD 的扩展安托尼蒸汽压因子( Extended Antoine vapor pressure) ,从而可以在没有汽- 液平衡数据的条件下, 进行2MD 的精馏计算。由于有关的物性是估算出来的, 可能与实际值有些出入, 对计算的结果应做进一步分析, 或与的结果做比较, 以验证物性估算的可靠性。模拟计算结
10、果: 发酵液进料中含有1,3- 丙二醇5%( 质量分数) , 经过反响、萃取、精馏、水解、精馏等过程, 可以到达纯度99.9%以上。1,3- 丙二醇的进料流量为98.7kmol/h, 出料流量为97.4kmol/h, 收率可达98.7%以上。总结：通过2MD 物性估算, 可以得到未知的物性数据, 这样就能对整个工艺流程进行模拟计算。从低浓度的1,3- 丙二醇通过反响、萃取、精馏、水解等过程, 得到高浓度的1,3- 丙二醇, 从而得到理想的工艺条件和数据结果。对于Aspen 软件中没有物性的物质, 物性估算不失为一种可行的方法, 在无法购置商用物性数据库的情况下, 利用Aspen 软件本身的物性估算与的实验数据校验后, 其可靠性有一定的保证, 计算精度完全可以满足工程设计的需要。参考文献：1.化工过程设计 倪进方 化学工业出版社2.化工设计 娄爱娟 吴志泉 华东理工大学出版社3.化工原理 陈敏恒 化学工业出版社4.化工工艺设计 丁浩 上海科技出版社
