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)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/cabf6e1d6b9e85fd.png)
接下来输入组分
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/54a7679c0325171f.png)
选择物性方法(这里甲醇与水互溶,所以选择Wilson方程)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/8265197ce4e8b020.png)
注意把二元交互作用参数勾选上
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/a854126c3b25ac49.png)
选择Analysis,点击New新建,方式选择第一种----通用
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/08fbb3961ca7a0ae.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/26ba9f19262004b9.png)
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
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/48b71ae9e67eabbf.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/f25c8e6e5cdd374a.png)
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)。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/f937cb034f14b07d.png)
将刚才设定的物性输入Tabulate中
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/456f19c9bb81fd2f.png)
运行程序,得出结果
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/2b1a4e071d9f1ed1.png)
然后做出T-x-y图像
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/74883de375807bfe.png)
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)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/ed26c9847f668881.png)
接下来输入组分
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/74839b0cae6e9e4b.png)
选择物性方法及确定二元交互作用参数
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/b40e3e5f91fad48f.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/3cfe8623a025a542.png)
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
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/f5a65c0e559e0429.png)
运行模拟,图像如下
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/e5e94dea0ba122b6.png)
数据如下
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/a515689245083434.png)
II.双组份物系
类似于第一问,做好设定
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/9921209c47595147.png)
运行模拟,图像如下
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/06284946c653f6da.png)
数据如下
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/486811db34f23f06.png)
同样的也可以做丙酮的y-x图线
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/a0a25fd788c04591.png)
III.三组分体系
点击Analysis界面的Ternary Diag,弹出如下对话框
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/9a977d1b020e2086.png)
点击Find Azetropes寻找共沸物,并选中三种物质
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/7c272a57db117f21.png)
点击左中部最下方的Report,即有共沸组成、温度等信息。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/a655f50efb80eedc.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/1a1d0e2e2d9726c0.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/60770d566e31c6bb.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/19fced0debe4e0f0.png)
点击Methods/Parameters/Pure Component,点击New创建一个标量参数TB。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/1ea3fce683f69289.png)
选择Scalar,输入DIMER的标准沸点(TB)195℃
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/ae6ebebe9053c329.png)
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)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/877109fa2871e7cc.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/ca314ac420e0baa7.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/ab2c8991e29c4e74.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/c4d8fce98002a9a7.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/87144b1d2800670f.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/348ac55c7b820480.png)
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)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/c760be34010a853f.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/cc77c640fe58ca30.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/cd663144efbb1c45.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/4468434ebc62ac70.png)
接下来进入Properties/Regression/R-1/Input/Parameters界面,输入要回归的参数。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/5132ef52d69371ac.png)
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。
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/7bcfa7a6c6c9eb9f.png)
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)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/596c9c74ad50e8d5.png)
查看拟合结果,如下图
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/09341af26ad3a4ec.png)
进入Results/Profiles查看实验数据与拟合数据对比
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/fdc7074e7166b149.png)
然后进行作图,查看重合情况
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/f4c2e539128b72c8.png)
![](https://img.haomeiwen.com/i4186433/a8647c4d0e49344e.png)
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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