Aspen流程模拟——物性

软件版本为V12.0,语言中文。本人所学有限,内容讲解难免有所疏漏,敬请指正。
本文所用文献资料及bkp文件等见本文结尾链接。

Apsen中物性可简单分为状态方程法和活度系数法(还有理想和电解质物性等),二者区分和适用可参考文献和教材。对于物性的选取常依据经验选定,如羧酸类的NRTL-HOC、基于纯组分的MUP(偶极矩)参数选择等


当模拟时,流程较长,前后两部分物性差别较大,如粗醋酸制丙酮的工艺,前面乙酸、丙酸会气相缔合,适用NRTL-HOC;而后面无气相缔合且CO2、丙酮等组分极性小,适用SRK等。针对两种物性的过渡应当加一个模块进行物流的焓值计算(换热器或泵等)

添加一些气体组分(常温常压下)如CO2、N2、O2、AIR等,为活度系数模型时,需添加亨利组分用于确定液相中气体组成

同时在方法项选择设置的亨利组分

对于输入的物质,纯组分和二元或三元交互作用参数物性可通过以下方式进行查看



对于纯组分的估算及数据回归,因文献数据较难查找,在此不做说明
模拟中会遇到一些二元数据有偏差的情况,例如精馏过程的平衡等,这时候就最好对主要组分的二元或三元交互作用参数进行TDE估算,并进行一致性检验。选取想要的组分,点击检索数据

每个数据都有文献支撑

点击一致性检验,选择运行,点击确定

一般选择整体数据质量较高的实验数据,这里整体数据质量不高,不采用


输入时会出现物质不在Aspen的数据库内,对于物性参数的估算有很多种,这里分别讲解物性估算系统(PCES)和NIST TDE的操作,TDE是对Aspen Plus物性估算系统的补充,彼此独立运行并共同存在。
以间甲苯胺水解制备间甲酚工艺为例,产生副产物3,3'-二甲基二苯胺(CAS.626-13-1)

先点击用户定义

输入组分名称后,点击下一步

或者也可以在组分输入时直接输入物质名称

点击上方的NIST

选择PP-D组分,点击输入其他数据

也可跳转到定义页面

这里的组分ID不要使用有歧义的名称,如C14H15N,否则会出现选取其他物质的情况

点击绘制结构。这里的几个数据,最好输入分子量和沸点的准确值(可有效提高物性估算的精度,如果没有TB和 MW数据,也可估算出这两个数据)

这里绘制的结构规整与否和最终结果无关(基于基团进行估算),以下两种均可,也可以通过其他软件的.mol文件导入。绘制结束后关闭窗口,点击下一步


点击下一步

勾选物性估算系统,点击完成,点击确定

这里方法采用NRTL

对物质进行化学键计算

重置后运行,左下角无报错,这里控制面板的警告是UNIFAC、UNIF-LBY、UNIF-DMD、UNIF-R4、ORRICK-E方法中官能团生成过程,8号位的N未识别(下面的编号是已经生成的官能团和数目)。

先查看ORRICK-E方法,发现无含N基团选择

再次重置后运行,会发现这条警告(ORRICK-E方法未识别出8号位的N)离奇的消失了。所以对于这种左下角无报错的物性警告可以不用管

对UNIFAC、UNIF-LBY、UNIF-DMD、UNIF-R4方法官能团生成时N未识别进行改正

选择对应的1800官能团(这里数目按默认1即可)

待4种方法均添加后,重置后运行在控制面板上无任何报错

但如果这4种方法你随意添加官能团种类和数量,重置后运行在控制面板上也无任何报错。这里我认为倾向于软件在添加官能团之前就已经识别出来了结果(虽然会弹出N未识别的警告,但是不影响运行)


查看物性估算系统得出的数据(PCES-1)


NIST TDE操作同上,(这里并未输入分子量和沸点的准确值)勾选TDE选项,点击立即评估

这样就通过TDE估算出了物质的物性,点击保存参数

点击确定

对物质进行化学键计算

方法采用NRTL

重置后运行,结果如下,此时左下角无报错。这里控制面板的警告是UNIFAC、UNIF-LBY、UNIF-DMD、UNIF-R4方法中官能团生成过程,8号位的N未识别(下面的编号是已经生成的官能团和数目),控制面板比PCES少了一条(ORRICK-E方法未识别出8号位的N)。

此时再重置后运行就会发现左下角反而出现了报错,并且控制面板多出了两条警告,其为PP-D的IDEAL GAS HEAT CAPACITY(理想气体热容)和LIQUID DENSITY OR VOLUME(液体密度或体积)具有多个值,找到多余值删除即可

依据控制面板找到纯组分PP-D忽略的CPIALEE、RKTZRA参数,删去

这里的RKTZRA参数是基于PCES估算的

同上对官能团生成时N未识别进行改正


此时在无报错的情况下,再次重置后运行,会发现这一条警告仍然存在:LIQUID DENSITY OR VOLUME(液体密度或体积)具有多个值。需在每次重置后运行之前(物性这里运行),将RKTZRA删除即可(RKTZRA值每次运行后都会计算出一个值)


模拟部分无警告

查看此时TDE系统得出的数据(TDE-1)

当在刚开始的用户定义页面时,输入分子量和沸点的准确值再进行TDE估算

同上操作消除其他警告后,重置后运行发现,还多出了两条关于TB和MW的警告(多个值)

这里只需将TDE中的TB和MW条目删去即可

重置后运行,无报错

查看此时TDE系统得出的数据(TDE-1)

本文所用文件链接:https://pan.baidu.com/s/1okBS3AEd8ww0nNnHs8T9lA?pwd=abcd
提取码:abcd