第03章物性方法

第3章物性方法作者：毕欣欣孙兰义物性方法3.1AspenPlus数据库3.2AspenPlus中的主要物性模型3.3物性方法的选择3.4定义物性集3.5物性分析3.6物性估算3.7物性数据回归3.8电解质组分3.1AspenPlus数据库系统数据库•是AspenPlus的一部分，适用于每一个程序的运行，包括PURECOMP、SOLIDS、AQUEOUS、INORGANIC、BINARY等数据库内置数据库•与AspenPlus的数据库无关，用户自己输入，用户需自己创建并激活用户数据库•用户需要自己创建并激活，且数据具有针对性，不是对所有用户开放3.1AspenPlus数据库PURECOMP常数参数。例如绝对温度、绝对压力。相变的性质参数。例如沸点、三相点。参考态的性质参数。例如标准生成焓以及标准生成吉布斯自由能。随温度变化的热力学性质参数。例如饱和蒸汽压。传递性质的参数，例如粘度。安全性质的参数。例如闪点、着火点。UNIFAC模型中的集团参数。状态方程中的参数。与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及硫含量等3.2AspenPlus中的主要物性模型•IDEALSYSOP0理想模型•Lee方程、PR方程、RK方程状态方程模型•Pitzer、NRTL、UNIFAC、UNIQUAC、VANLAAR、WILSON活度系数模型•AMINES、BK-10、STEAM-TA特殊模型3.2AspenPlus中的主要物性模型理想物性方法K值计算方法IDEALIdealGas/Raoult'slaw/Henry'slawSYSOP0Release8versionofIdealGas/Raoult'slaw理想模型AspenPlus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。物性方法与模型选择不同，模拟结果大相径庭。如精馏塔模拟的例子。相同的条件计算理论塔板数，用理想方法得到11块，用状态方程得到7块，用活度系数法得42块。显然物性方法和模型选择的是否合适，也直接影响模拟结果是否有意义。《Aspenplus物性方法和模型》3.2AspenPlus中的主要物性模型方法状态方程基于Lee方程的物性方法BWR-LSBWRLee-StarlingLK-PLOCKLee-Kesler-Plöcker基于PR方程的物性方法PENG-ROBPeng-RobinsonPR-BMPeng-RobinsonwithBoston-MathiasalphafunctionPRWSPeng-RobinsonwithWong-SandlermixingrulesPRMHV2Peng-RobinsonwithmodifiedHuron-Vidalmixingrules基于RK方程的物性方法PSRKPredictiveRedlich-Kwong-SoaveRKSWSRedlich-Kwong-SoavewithWong-SandlermixingrulesRKSMHV2Redlich-Kwong-SoavewithmodifiedHuron-VidalmixingrulesRK-ASPENRedlich-Kwong-ASPENRK-SOAVERedlich-Kwong-SoaveRKS-BMRedlich-Kwong-SoavewithBoston-Mathiasalphafunction其他物性方法SR-POLARSchwartzentruber-Renon状态方程模型3.2AspenPlus中的主要物性模型方法液相活度系数汽相逸度系数基于Pitzer的物性方法PITZERPitzerRedlich-Kwong-SoavePITZ-HGPitzerRedlich-Kwong-SoaveB-PITZERBromley-PitzerRedlich-Kwong-Soave基于NRTL的物性方法ELECNRTLElectrolyteNRTLRedlich-KwongENRTL-HFElectrolyteNRTLHFHexamerizationmodelENRTL-HGElectrolyteNRTLRedlich-KwongNRTLNRTLIdealgasNRTL-HOCNRTLHayden-O'ConnellNRTL-NTHNRTLNothnagelNRTL-RKNRTLRedlich-KwongNRTL-2NRTL(usingdataset2)Idealgas基于UNIFAC的物性方法UNIFACUNIFACRedlich-KwongUNIF-DMDDortmund-modifiedUNIFACRedlich-Kwong-SoaveUNIF-HOCUNIFACHayden-O'ConnellUNIF-LBYLyngby-modifiedUNIFACIdealgasUNIF-LLUNIFACforliquid-liquidsystemsRedlich-Kwong活度系数模型3.2AspenPlus中的主要物性模型基于UNIQUAC的物性方法UNIQUACUNIQUACIdealgasUNIQ-HOCUNIQUACHayden-O'ConnellUNIQ-NTHUNIQUACNothnagelUNIQ-RKUNIQUACRedlich-KwongUNIQ-2UNIQUAC(usingdataset2)Idealgas基于VANLAAR的物性方法VANLAARVanLaarIdealgasVANL-HOCVanLaarHayden-O'ConnellVANL-NTHVanLaarNothnagelVANL-RKVanLaarRedlich-KwongVANL-2VanLaar(usingdataset2)Idealgas基于WILSON的物性方法WILSONWilsonIdealgasWILS-HOCWilsonHayden-O'ConnellWILS-NTHWilsonNothnagelWILS-RKWilsonRedlich-KwongWILS-2Wilson(usingdataset2)IdealgasWILS-HFWilsonHFHexamerizationmodelWILS-GLRWilson(idealgasandliquidenthalpyreferencestate)IdealgasWILS-LRWilson(liquidenthalpyreferencestate)IdealgasWILS-VOLWilsonwithvolumetermRedlich-Kwong3.2AspenPlus中的主要物性模型方法K值计算方法应用AMINESKent-EisenbergaminesmodelMEA、DEA、DIPA、DGA中H2S、CO2的处理APISOURAPIsourwatermodel带有NH3、H2S、CO2的废水处理BK-10BraunK-10石油SOLIDSIdealGas/Raoult'slaw/Henry'slaw/solidactivitycoefficients冶金CHAO-SEAChao-Seadercorrespondingstatesmodel石油GRAYSONGrayson-Streedcorrespondingstatesmodel石油STEAM-TAASMEsteamtablecorrelations水或蒸汽STEAMNBSNBS/NRCsteamtableequationofstate水或蒸汽特殊模型3.3物性方法的选择过程模拟必须选择合适的热力学模型在使用模拟软件进行流程模拟时，用户定义了一个流程以后，模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方面的问题，而热力学模型的选择则需要用户作决定。流程模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算，迄今为止，还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系和所有的过程。流程模拟中要用到多个热力学模型，热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确性、可靠性和模拟成功与否。选取方法由物系特点及操作温度、压力经验选取由帮助系统进行选择3.3物性方法的选择经验选取由物系特点及其操作条件进行选择物系极性物系非极性物系真实？真实虚拟&真实PENG-ROBRK-SOAVEPR-BMRKS-BMP1atm真空BK10IDEALELECNRTL电解质非电解质CHAOSEABK10GARYSON参考（b）电解质？图（a）3.3物性方法的选择经验选取压力有交互作用参数？有交互作用参数？P10barP10barNRTLUNIQUACWILSONNRTLUNIQUAC是否PRWSRKSWSSR-POLARPSRKRKSNHV2是否有液液平衡数据？有液液平衡数据？UNIF-LLUNIFACUNIF-LBYUNIF-DMD是否是否极性非电解质物系图（b）3.3物性方法的选择经验选取有气相缔合？聚合度是否WILS-NTHWILS-HOCNRTL-NTHNRTL-HOCUNIQ-NTJUNIQ-HOCUNIF-HOC二聚物HF六聚物WILS-HFWILSONWILS-RKWILS-LRWILS-GLRNRTLNRTL-RKNRTL-2UNIQUACUNIQ-RKUNIQ-2UNIFACUNIF-LLUNIF-LBYUNIF-DMB活度系数模型图（c）以例2.1中丙烯、苯以及异丙苯体系为例，分析体系为非极性体系，考虑到为真实物系，可以选择PENG-ROB、RK-SOAVE、PR-BM、RKS-BM等物性方法3.3物性方法的选择帮助系统AspenPlus为用户提供了选择物性方法的帮助系统，系统会根据组分的性质或者化工处理过程的特点为用户推荐不同类型的物性方法以例2.1为例：点击菜单栏Tools下的PropertyMethodSelectionAssistant，启动帮助系统3.3物性方法的选择系统提供了两种方法，可以通过组分类型或是化工过程的类型进行选择。以指定组分类型为例，选择第一项，Specifycomponenttype3.3物性方法的选择系统提供了三种组分类型，化学系统、烃类系统以及特殊系统，这里选择烃类系统3.3物性方法的选择选择完成后，系统提示用户是否含有石油产品的数据分析或是虚拟组分，点击No3.3物性方法的选择系统给用户提供几种物性方法作为参考3.3物性方法的选择特殊体系的物性方法选择存在气相缔合的体系对于存在气相缔合的体系、二聚反应，常用的热力学方法有两种，Nothagel和Hayden-O’Connel状态方程。Nothagel方程使用的是截断的范德华方程，可以模拟气相的二聚反应，不足之处在于当压力大于几个大气压时就不适用了；使用Nothagel状态方程作为气相模型的性质方法有NRTL-NTH、UNIQ-NTH、VANL-NTH、WIS-NTH。Hayden-O’Connel状态方程使用的是截至两项的维里方程，它能够可靠地预测极性组分的溶和作用以及气相中的二聚现象（比如含有羧酸的混合物），但当压力超过10～15个大气压时也不再适用；Hayden-O’Connel状态方程作为气相模型的性质方法有NRTL-HOC、UNIF-HOC、UNIQ-HOC、VANL-HOC、WIS-HOC3.3物性方法的选择特殊体系的物性方法选择含有氟化氢（HF）的体系只有WILS-HF性质方法将HF状态方程用作气相模型，此方法能可靠的预测HF在混合物中的强缔合影响，但是不适用于压力超过3个大气压的情况含有电解质的体系电解质的活度系数模型ENRTL模型适用于具有多溶剂和溶解气体的溶液，非常适用于中压和低压体系。Pitzer模型计算气体溶解度可以获得很好的结果；B-Pitzer活度系数模型精度有限但是具有预测性；ENRTL-HF方法与ENRTL类似，用于计算HF强络合现象的气相模型以及低于3个大气压的体系3.3物性方法的选择特殊体系的物性方法选择石油炼制体系PENG-ROB、RK-SOAVE是针对石油炼制体系修正的热力学方程。低压的常减压塔可以采用BK10、CHAO-SEA、