Aspen物性方法選用圖

1、ij:是否是二元交互參數(shù), q9 p2 w# s; X1 T 8 a% FLL:是否是液液這張圖ij？的意思是問(wèn)有沒(méi)有二元交互參數(shù)。- G I7 x2 N9 Q o1 T+ O如果沒(méi)有，物性方法選擇活度系數(shù)模型中的基團(tuán)貢獻(xiàn)模型類(lèi)UNIFAC.; a. r+ Z k9 Fi/ UNIFAC活度系數(shù)模型是UNIQUAC模型的一個(gè)擴(kuò)展模型。它把UNIQUAC用于分子的理論用于了官能團(tuán)。有限個(gè)數(shù)的官能團(tuán)足可以組成無(wú)限個(gè)不同的分子。與純組分庫(kù)中可能需要的組分（500至2000個(gè)組分）間交互作用參數(shù)的個(gè)數(shù)相比，可能需要的基團(tuán)交互作用參數(shù)的個(gè)數(shù)很少。由一個(gè)有限的、精選的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集確定的基團(tuán)間交互作用參數(shù)足以

2、能夠預(yù)測(cè)幾乎任何組分對(duì)間的活度系數(shù)。所以，它能很好的預(yù)測(cè)VLE的活度系數(shù)。但是如果要預(yù)測(cè)LL數(shù)據(jù)時(shí)，必須使用一個(gè)不同的數(shù)據(jù)集，這個(gè)時(shí)候你可以用aspen plus自帶的UNIFAC-LL.: w( z( m& + L/ |% B如果有，物性方法選擇分子模型類(lèi)NRTLWILSONUNIQUAC.分子模型運(yùn)行二元交互參數(shù)可以靈活準(zhǔn)確的模擬許多低壓（P10atm）非理想溶液。但是這里面WILSON不能用于模擬液液（LL)混合物。t- g+ m& V; i + b4 n1 u# d8 a8 i H% |. b1 % o6 |0 g 2 b1 wF( X?正如前面所說(shuō)的，活度系數(shù)方法適用于低壓非理想溶液

3、，如果是高壓（P10atm）非理想溶液，應(yīng)該選用靈活的、有預(yù)測(cè)性的狀態(tài)方程，如圖所示的sp-polar、特殊混合規(guī)則的(ws,hv)方程。圖示把這些狀態(tài)方程歸為活度系數(shù)法是錯(cuò)誤的aspen模擬中狀態(tài)方程物性方法的選擇在Aspen模擬中物性方法的選擇至關(guān)重要，物性方法選擇正確與否直接關(guān)系到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)向全體海友征集各種物性方法的使用條件、范圍及相關(guān)注意事項(xiàng)。例如：% z4 H9 X6 & N* k8 M# i- S* S+ A4 N c6 T7 5 X性質(zhì)方法名：WILSON，模型名：wilson，氣體狀態(tài)方程：理想氣體定律! J* v3 + V1 c$ X7 e/ R f1 mWils

4、on 模型屬于活度系數(shù)模型的一種。適用于許多類(lèi)型的非理想溶液，但不能模擬液-液分離?？稍谡?guī)溶液基礎(chǔ)上用于模擬低壓下的非理想系統(tǒng)。5 v9 m* q$ J6 _ K% E9 f9 Q( NWilson 模型可以描述強(qiáng)非理想溶液。該模型不能處理兩液相，若有兩液相情況下請(qǐng)使用NRTL 或UNIQUAC模型。可以使用Henry 定律模擬超臨界氣體的溶解度；具有能用于中壓以下計(jì)算的汽相模型的物性方法。在液體活度系數(shù)計(jì)算中，使用Poynting(坡印廷)關(guān)聯(lián)式；混合熱用Wilson 模型計(jì)算。5 _ r! N, b6 u. I |+ w9 aWilson 模型能模擬任意極性和非極性化合物的混合物，甚至很

5、強(qiáng)的非理想體系。: y% q8 P z8 0 w9 Y3 Wilson 模型被推薦用于高度非理想系統(tǒng)，特別是乙醇-水系統(tǒng)，也可被用于高級(jí)的狀態(tài)方程混合規(guī)則中。! y O8 a8 # g w% O3 m6 N2 z2 I V; p物性方法的選擇。 f2 r& 9 8 X* $ v) S 對(duì)于初學(xué)者而言，除非他十分熟悉熱力學(xué)的內(nèi)容，否則物性方法的選擇確實(shí)是個(gè)難點(diǎn)，在你還沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)熱力學(xué)或者精讀過(guò)aspen plus物性方法和模型手冊(cè)之前，在這里簡(jiǎn)要講一下物性方法。$ A( 4 r+ w6 I; U$ V 首先要明白什么是物性方法？比如我們做一個(gè)很簡(jiǎn)單的化工過(guò)程計(jì)算：一股100, 1bar的水-乙醇

6、(50：50摩爾比，100kmol/h）的物料經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器后冷卻到了80, 0.9bar, 問(wèn)下面值分別是多少？1 p8 , n% Q) w, h7 R# T# e入口物料的密度，汽相分率。0 E: F0 L& : r* p, / F% m換熱器的負(fù)荷。1 Y0 N, c5 l d s U出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密度。 c4 z2 R, 1 D* m2 H) J, O, E 復(fù)雜一點(diǎn)，我還可以問(wèn)物料的粘度，逸度，活度，熵等等。以上的值怎么計(jì)算出來(lái)？2 x+ m3 T% U6 k% W i 好，我們來(lái)假設(shè)進(jìn)出口物料全是理想氣體，完全符合理想氣體的行為，則其密度可以使用pv=nRT計(jì)算

7、出來(lái)。并且汽相分率全為1，即該物料是完全氣體。由于理想氣體的焓與壓力無(wú)關(guān)，則換熱器的負(fù)荷可以根據(jù)水和乙醇的定壓熱熔計(jì)算出來(lái)。# : s) R6 y4 e$ j# Y3 H在此例當(dāng)中，描述理想氣體行為的若干方程，就是一種物性方法（aspen plus中稱為ideal property method)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，物性方法就是計(jì)算物流物理性質(zhì)的一套方程，一種物性方法包含了若干的物理化學(xué)計(jì)算公式。對(duì)于本例而言至少包含了如下兩個(gè)方程：% H* r3 r 9 x7 E# pv=nRT( B4 D$ E4 a3 O) k A2 WdH=CpdT.7 I- S. V, d5 o/ M x4 F+ 實(shí)際上，以上

8、是一種最簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，但結(jié)果誤差是很大的。這是因?yàn)閷?duì)于“水-乙醇”體系在此兩種溫度壓力下，如果當(dāng)作理想氣體來(lái)處理，其誤差是比較大的，尤其對(duì)于液相。按照理想氣體處理的話，冷卻后仍然為氣體，不應(yīng)當(dāng)有液相出現(xiàn)。$ E8 , V! H( Y h* , p那么應(yīng)該如何計(jì)算呢？主要涉及以下過(guò)程：0 m* d; 0 E# h8 n7 2 ?* ! b1）對(duì)于汽相pvt計(jì)算，可以使用srk方程，從而可以得到密度。液相也可以使用狀態(tài)方程計(jì)算密度，但此處不推薦使用，可以使用Rackett模型計(jì)算液相密度。) M; B N3 ) N, r3 O8 v& - j2）至于物流的相態(tài)，則首先需要做汽液平衡計(jì)算。9 T*

9、 & Q3 Y2 M6 b3）在進(jìn)行汽液平衡計(jì)算時(shí)，液相應(yīng)用活度系數(shù)方程計(jì)算組分的逸度系數(shù)，并且還需要使用拓展antoine方程計(jì)算蒸汽壓力。# c W2 x4 Q! C* ) w9 X 4）換熱器負(fù)荷的計(jì)算比較復(fù)雜，可以使用進(jìn)出口物流焓差來(lái)計(jì)算，那么需要計(jì)算出進(jìn)出口物流的焓。. W$ b! E5 D1 Y A 5）焓的計(jì)算有多種途徑，對(duì)于液相比較常用的方法是計(jì)算理想液體混合物焓，然后再加上過(guò)剩焓計(jì)算出來(lái)。要計(jì)算非理想液體混合物過(guò)剩焓，則可通過(guò)混合物質(zhì)汽相焓與蒸發(fā)焓差來(lái)計(jì)算，非理想性比較強(qiáng)是還要考慮混合焓差。2 o1 k0 W e2 G) n1 _. J 由此可見(jiàn)，實(shí)際過(guò)程至少包含如下公式方程

10、：# _6 L+ v& V( z, N D* g 1）狀態(tài)方程srk,# * B7 I r! . H0 p2） 液相密度方程rackett.% 8 z/ E, b u8 ( v 3）拓展antoine方程.6 c( x- L8 P, d o 4）汽，液相逸度系數(shù)方程: Q6 G% Q3 x7 G5 e g: Y9 u* & 5）液相活度系數(shù)方程) g2 q$ 2 G* K* s d 6）汽相焓方程，通過(guò)srk方程導(dǎo)出，需要設(shè)計(jì)純氣體Cp=f(p,t)方程。) _5 U+ V0 C* X+ A& E) o7）液相焓方程，相當(dāng)復(fù)雜，此處不再重復(fù)。, e, v9 Q3 g9 P$ c- a 8）其他

11、方程，包括數(shù)學(xué)方程，比如以上計(jì)算時(shí)涉及到了微積分運(yùn)算，汽液平衡的回歸運(yùn)算等。9 x: # $ u9 E/ p. g以上方程，如果需要我們用戶去一個(gè)個(gè)選擇出來(lái)，則是一件相當(dāng)麻煩的工作，并且很容易出錯(cuò)。好在模擬軟件已經(jīng)幫我做了這一步，這就是物性方法。( ? d: A7 z! u 對(duì)于本例，我們對(duì)汽相用了狀態(tài)方程，srk；液相用了活度系數(shù)方程(nrtl,wilson,等），在aspen plus中將此中方法叫做活度系數(shù)法，如果你選擇nrtl方程，就稱為nrtl方法，wilson方程就成為wilson物性方法(wilson property method)。這種物性方法中已經(jīng)囊括了所有我上面提到的方程

12、公式。( i! 0 L9 y6 Y9 h2 V0 m 在aspen plus中（或者應(yīng)該說(shuō)在化工熱力學(xué)中）有兩大類(lèi)十分重要的物性方法，對(duì)于初學(xué)者而言，了解到此兩類(lèi)物性方法，基本上就可以開(kāi)始著手模擬工作了。) 7 n5 B7 g% ) Z( w大體而言，根據(jù)液相混合物逸度的計(jì)算方法的不同，物性方法可以分為兩大類(lèi)：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。狀態(tài)方程法使用狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算汽相及液相的逸度，而活度系數(shù)法使用狀態(tài)方程計(jì)算汽相逸度，但是通過(guò)活度系數(shù)來(lái)計(jì)算液相的逸度。$ V$ l+ K! x: R6 A 常見(jiàn)的狀態(tài)方程有ideal、srk、pr、lk方程以及他們的一些改進(jìn)方程。狀態(tài)方程法就是基于此類(lèi)狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算逸度，壓縮因子，焓等等的物性方法。2 E! d7 a% c5 M5 . u常見(jiàn)的活度系數(shù)方程有nrtl、wilson、uniquac等?；疃认禂?shù)法就是基于此類(lèi)活度系數(shù)方程來(lái)計(jì)算液相逸度，液相焓等的物性方法。4 P9 C* x8 b; P- ( k一般而言，對(duì)于常見(jiàn)的烴類(lèi)如烷，烯，芳香族，無(wú)機(jī)