利用ASPEN-PLUS-软件进行物性估算.docx

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1、利用ASPENPLUS软件进行物性估算AspenPlus是一款功能十分强大的工艺模拟软件,对有机化工、无机化工、电化学、石油化工等各领域的各种单元操作均可模拟。其自带的各种物质的物性数据库较全,可满足绝大多数的工艺过程的模拟要求。但在实际的工艺模拟计算过程中,有时也会遇到在AspenPlus自带的物性数据库中查不到的物质,使模拟过程无法正常进行下去。此时,利用AspenPlus软件提供的物性估算功能,可以很好地解决此类问题。以下以发酵液中低浓度1,3-丙二醇分离项目中的重要的中间产物2-甲基-1,3-二噁烷(2MD)的物性估算为例,说明AspenPlus软件物性估算功能

2、的使用。为了成功估算2MD的物性,首先要向AspenPlus软件提供必要的基本物性数据,包括分子结构、常压沸点、分子量、各种试验测得的物性等。以上这些物性中,仅分子结构是物性估算中所必需的,依据分子结构,AspenPlus软件可计算出常压沸点和分子量,从而进一步计算所需的其它各种物性。1.2MD物性的输入2-甲基-1,3-二噁烷(2MD)是1,3-丙二醇分离项目中的中间产物,由于AspenPlus软件自带的物性数据库中查不到2MD,使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难,所以采用物性估算的功能对2MD计算。其分子结构如下:已知的其它物数据:分子量102.13;沸点(1

3、atm):110°C;密度(25°C):0.98kg/m3;粘度(25°C):0.603cp;标准生成热(25°C):-363.02kJ/mol;标准熵(25°C):303J/(mol·K);表面张力(25°C):24.93dyn/cm。因为采用基团贡献法来估算2MD的物性,所以在properties中选用UNIFCA为计算方法,然后输入分子结构。自定义新物质2MD后,在MolecularStructureObjectManager区中选定2MD,再点Edit;在General标签中依次输入各原子间的化学键,也可以在FunctionalGroup标签或Formula标签

4、中输入分子结构(如图1)。图1输入已知的物性常数:在左侧的数据浏览区点PropertiesParametersPureComponent,点NewOK生成新的输入表单USRDEF-1,输入相应的scalarparameters。输入相应的实验数据:在左侧的数据浏览区点PropertiesData,点New按钮生成新的输入表单;在新的输入表单中将数据分别填入相应的Setup和Data输入标签。最后在Setup标签中选Estimateallmissingparameters。2工艺流程及条件的输入整个低浓度1,3-丙二醇分离过程由加成反应、逆流萃取、萃取剂精馏、2M

5、D精馏、水解、1,3-丙二醇精馏组成,具体流程(如图2)。反应器B-1中1,3-丙二醇与乙醛反应为可逆反应,把实验得出的经验动力学方程输入Reactions,包括指前因子、活化能等,并输入反应器体积、温度;反应器B-2为水解反应,同样输入经验动力学方程、反应器体积和温度。图2这样就定义好了所有需要的输入值,再定义好各单元操作模块的输入后,即可进行工艺模拟计算。3物性估算和流程计算结果估算得到2MD的沸点为110.4℃,与实验得出的沸点110℃非常接近,可以满足设计计算的需要。同时估算得到2MD的扩展安托尼蒸汽压因子(ExtendedAntoinevaporpressur

6、e),从而可以在没有汽-液平衡数据的条件下,进行2MD的精馏计算。由于有关的物性是估算出来的,可能与实际值有些出入,对计算的结果应做进一步分析,或与已知的结果做比较,以验证物性估算的可靠性。模拟计算结果:发酵液进料中含有1,3-丙二醇5%(质量分数),经过反应、萃取、精馏、水解、精馏等过程,可以达到纯度99.9%以上。1,3-丙二醇的进料流量为98.7kmol/h,出料流量为97.4kmol/h,收率可达98.7%以上。4结论通过2MD物性估算,可以得到未知的物性数据,这样就能对整个工艺流程进行模拟计算。从低浓度的1,3-丙二醇通过反应、萃取、精馏、水解等过程,得到高浓

7、度的1,3-丙二醇,从而得到理想的工艺条件和数据结果。对于Aspen软件中没有物性的物质,物性估算不失为一种可行的方法,在无法购买商用物性数据库的情况下,利用Aspen软件本身的物性估算与已知的实验数据校验后,其可靠性有一定的保证,计算精度完全可以满足工程设计的需要。