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Aspen入门篇4—物性方法选择及物性估算(下)

Aspen入门篇4—物性方法选择及物性估算(下)

作者: 科普化工 | 来源:发表于2017-05-11 20:51 被阅读0次

这里接着上一篇继续介绍物性方法等内容,主要介绍的是后三部分:物性分析、物性估算和物性数据回归。前四部分是学习起来相对比较容易一些,这里介绍的三部分比较复杂且不太容易掌握,但是在流程模拟中中却有着极其广泛的应用,因此学好这一部分是极其重要的,下面就展开说明讲解。

5. 物性分析

Aspen Plus为用户提供了物性分析功能(Property Analysis),主要是用来生成物性图表以及物性数据,验证物性模型和数据的准确性。

物性分析中提供的图表主要分为以下三种:

1)纯组分,例如蒸汽压相对于温度变化的关系图;

2)二元体系,例如T-x-y图、p-x-y相图;

3)三元相图。

下面举出两个实例来进行说明,帮助大家更好的学习和掌握物性分析功能。

例一:运用物性分析功能做出甲醇-水体系在0.1MPa下的T-x-y相图,已知甲醇、水的流率均为50kmol/h。

操作:

首先进行全局设定(这里主要包括名称、单位)

接下来输入组分

选择物性方法(这里甲醇与水互溶,所以选择Wilson方程)

注意把二元交互作用参数勾选上

选择Analysis,点击New新建,方式选择第一种----通用

选择点沿着闪蒸曲线(表明系统处于汽液相平衡状态),并按照要求设定摩尔流率,有效相态为汽液,至此system界面输入完成

设定压力(题目要求)和温度(可以任意设定),选择自变量为甲醇的摩尔分率变化范围,至此Variable界面输入完成。

接下来设定物性集,这里因为要做T-x-y图(绘制泡点线和露点线),所以选择物性为泡点温度(TBUB)和露点温度(TDEW)。

将刚才设定的物性输入Tabulate中

运行程序,得出结果

然后做出T-x-y图像

例二:氯仿/丙酮/水体系,物性方法NRTL,I.分析20~100℃范围内,氯仿蒸汽压与温度关系;II.分析丙酮/水体系在1atm下的汽液平衡关系;III.分析三元体系的液液平衡关系。

首先进行全局设定(这里主要包括单位、有效相态)

接下来输入组分

选择物性方法及确定二元交互作用参数

I.纯组分物系

这里直接使用Home页面右上角的纯物质分析功能(Analysis/Pure)

选择热力学性质PL(蒸汽压),添加物质,确定温度范围

运行模拟,图像如下

数据如下

II.双组份物系

类似于第一问,做好设定

运行模拟,图像如下

数据如下

同样的也可以做丙酮的y-x图线

III.三组分体系

点击Analysis界面的Ternary Diag,弹出如下对话框

点击Find Azetropes寻找共沸物,并选中三种物质

点击左中部最下方的Report,即有共沸组成、温度等信息。

点击Azetropes,即可看到三个共沸点的温度、组成汇总,到此完成了物性分析的讲解,还需要通过实例来加强巩固了解。

6. 物性估算

物性估算是估算物性模型所需参数,如纯组分的物性常数、与温度相关的模型参数、NRTL、UNIQUAC等方法的二元交互作用参数、UNIFAC方法的基团参数等。估算是以基团贡献法和对比状态相关性为基础的,也可以把实验数据引入估算中。

使用物性估算的一般步骤为:

1)在Properties/Molecular Structure窗口上定义分子式;

2)利用Parameters或Data输入实验数据,实验数据(如标准沸点TB)对于许多估算方法都是非常重要的,因此只要有实验数据就应该输入;

3)在Properties/Estimation/Input窗口上激活Properties Estimation并选择物性估算原则。

例:乙基2-乙氧基乙醇分子式CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH是二聚物,沸点TB=195℃,它不是Aspen Plus数据库中的组分,通过Aspen Plus估算该组分物性。

在Home界面选择Estimation,输入一个新的非数据库组分,Component ID定为DIMER,在Component/Molecular Structure选择DIMER,输入其结构。

点击Methods/Parameters/Pure Component,点击New创建一个标量参数TB。

选择Scalar,输入DIMER的标准沸点(TB)195℃

窗口右上角Run Mode选择Estimation,并在Estimation/Input中选择Estimate all missing parameters(估算所有缺失的参数)

运行后结果如下,估算结果会自动写入到参数窗体中,以便供其它模拟使用。

参数估算完毕,转到Estimation/Input/Setup,选择Do not estimate any parameters(不估算任何参数)。如果添加流程,就可以使用这个组分及估算的物性。

7. 物性数据回归

物性数据回归系统(Data Regression)可以拟合多种纯组分的物性数据,如饱和蒸汽压等等;该系统可将物性模型参数与纯组分或多组分系统的实验数据相拟合,用户可以输入任意物性的实验数据,例如汽液平衡数据、液液平衡数据、密度、热容或活度系数数据;该系统也可回归Aspen Plus中的物性模型,如电解质和用户模型。

物性数据处理是基于最大似然估计的思想,利用原始实验数据计算物性模型中的参数,可处理多种数据类型,并且可以同时回归多种类型的数据。

例:已知甲缩醛与甲醛的汽液平衡数据(如下表),所有数据均是在压力p=66.kpa下测得的各项数据为甲缩醛含量,试回归Wilson方程中的二元交互作用参数,用于替换Aspen系统中原有的二元交互作用参数。

表1  甲醇与甲缩醛的等压(p=66.7kpa)汽液平衡数据

首先选择运行模式为Regression(拟合),输入组分,并选择物性方法Wilson方程,并确认系统中已有的二元交互作用参数。

点击Data/New,新建一个名为D-1的数据回归,并选择混合物类型(MIXTURE)

在Setup界面设置数据类型(Data Type)为TXY,选中两个物质,设置压力为66.7kpa。这里需要强调一点,选择组分的先后顺序对后面数据输入的存在有很大影响,第一组份的数据由用户输入,而第二部分是由系统自动计算,因此选择的第一组分应为已知汽液相平衡数据的甲缩醛。

点击Next,进入Properties/Data/D-1/Data,输入实验数据。

进入Properties/Regression界面,点击New新建回归,默认名为R-1,点击OK,设置要回归的物性方法为Wilson及数据来源D-1。

接下来进入Properties/Regression/R-1/Input/Parameters界面,输入要回归的参数。

初始化并运行,出现数据回归选项对话框,选择数据回归R-1,点击OK运行。

运行结束后出现如下对话框,选择YestoAll替换原有参数(因为新拟合的数据更可靠)

查看拟合结果,如下图

进入Results/Profiles查看实验数据与拟合数据对比

然后进行作图,查看重合情况

图:以甲醇摩尔分率为x坐标拟合的T-xy曲线图 图:以甲缩醛摩尔分率为x坐标拟合T-xy图

从以上两图可以看出,实验数据点与拟合曲线重合性特别好,表明使用Wilson方程可以很准确的拟合相关参数。

藉由此两篇帮助大家对物性方法这方面有个了解,想要更深入地掌握需要好学习化工热力学这门课程,希望大家越来越优秀!

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