精馏培训-1-Aspen纯组分物性、二元交互参数

luobo · March 26, 2025, 2:40am

为什么是精馏系统

精馏系统设计不仅仅是塔设备，包括物性数据、气液平衡数据、回流量vs理论塔板数、热力学方法、节能优化、塔板/填料效率、塔径选择、水力学确定、塔板和填料等内构件的设计等等。

精馏设计导致精馏塔异常的占比（经验值）仅为7%左右，虽然在设计过程中找问题的成功率不高，但是问题的解决还是需要对原始设计有足够的理解和认识。

基础物性数据

CAS 号是组分的唯一标识符

沸点在不同的物性数据库中存在差异

在精细化工模拟中存在的问题：反应产物杂质多、组分无法确定、关键组分有同分异构、存在共沸、均相或非均相等

物性分析 的重点有这么几项：熔点、密度、发泡、颗粒物、粘度、表面张力、热敏、临界参数，其对应的影响因素如下：

物性	影响因素
熔点	凝固点，操作温度考虑
密度	精馏压降
发泡性	影响气液传质，发泡因子（经验数据）
颗粒物	堵塞塔内件
粘度	流动性差，带来液泛，影响传质效率
表面张力	填料塔的润湿和传质
热敏性	热稳定性、操作温度、停留时间、传热等考虑
临界参数	操作温度和压力

基础物性数据来源：

数据来源	举例
模拟软件	Aspen、PRO/II、COMSOThermo等
网络	百度百科、化工百科、ChemicalBook等
化工手册	化学工程手册、Perry化学手册等
文献	知网、维普、万方、SCI HUB等
专业数据库	NIST、DDB、STN、DIPPR、THERMODEX、CASFinder等
企业内部数据库	实验、小试、中试、生产数据等

Aspen

纯组分数据库（Aspen Properties Database）
- 数据量：覆盖超过5,000种纯物质，包含气体、液体、固体（如CO₂、H₂O、NaCl等）。
- 关键参数：临界性质（Tc, Pc）、蒸汽压、热容、粘度、导热系数等，支持多种状态方程（PR、SRK）和活度系数模型（NRTL、UNIQUAC）。
- 特殊功能：支持虚拟组分（如石油馏分）和自定义物性估算方法（UNIFAC基团贡献法）。
电解质数据库（Aspen Electrolytes）
- 覆盖范围：包括离子（H⁺、OH⁻、Na⁺、Cl⁻等）、离子对（如NaCl(aq)）和反应平衡（如酸碱解离）。
- 应用场景：脱硫、废水处理、电化学过程（如电解水制氢）。
- 特点：内置Pitzer模型等复杂电解质热力学方法，支持高浓度离子体系的活度系数计算。
固体数据库（Aspen Solid）
- 数据类型：颗粒密度、粒径分布、孔隙率、热导率等。
- 单元操作支持：流化床、结晶器、固体分离设备（如离心机）。
- 行业应用：催化剂设计（如FCC催化剂）、矿物加工（如碳酸钙煅烧）。
专用行业数据库
- 聚合物数据库：包含单体（乙烯、丙烯）、共聚物（如PET）、链段增长动力学参数。
- 制药数据库：溶剂的Hansen溶解度参数、API（活性药物成分）的结晶动力学数据。
- 特点：与行业标准工具（如聚合物分子量分布分析）深度集成。
用户自定义数据库
- 实现方式：通过 User Properties 或 Databank Manager 导入实验数据（如自定义活度系数、反应速率）。
- 灵活性：支持文本文件、Excel表格或直接输入，但需注意单位一致性和模型兼容性。

以上数据来自模型 Deepseek-R1，回答时间：2025 03-06 10:33

还有另一种分类方法：系统数据库（system databanks）、内置数据库（inhouse databanks）以及用户收据库（user databanks）。

PRO/II

标准组分库
- 数据量：约3,000种常见物质，侧重石油化工（烃类、硫化物）和无机物（H₂、N₂、CO₂）。
- 热力学模型：内置SRK、PR、Chao-Seader等模型，优化了气液平衡（VLE）计算速度。
电解质数据库
- 简化模型：基于扩展的Debye-Hückel方程，适用于低浓度电解质（如锅炉水处理）。
- 局限性：对高浓度或复杂离子相互作用的模拟精度弱于Aspen。
石油馏分数据库
- 原油表征：支持通过ASTM D86/D2887蒸馏曲线生成虚拟组分，自动计算分子量和密度。
- 炼油优化：内置典型原油（如Brent、Arab Light）的馏分数据，快速搭建常减压蒸馏模型。
热力学模型参数库
- 预置参数：包含数千种二元交互参数（如CH₄-H₂O的交互系数），减少用户调试工作量。
- 收敛性：针对炼油和天然气液化的常见体系（如LNG低温分离）优化了模型稳定性。
用户自定义数据库
- 操作便捷性：通过 User Component 向导逐步输入物性（如沸点、密度），支持Excel批量导入。
- 局限性：自定义固体物性或复杂反应动力学时功能较Aspen弱。

以上数据来自模型 Deepseek-R1，回答时间：2025 03-06 10:33

补充说明另一种分类方式：PROII库（SIMSCI）、Process program库（PROCESS）、AIChE DIPPR库（DIPPR）和电解质库（OLILIB）。

关键差异与使用建议

行业侧重
- Aspen Plus：适合跨行业复杂体系（如制药反应器、聚合物合成、CO₂捕集）。
- PRO/II：在炼油分馏、天然气脱硫、LNG液化等场景中更高效。
电解质与固体处理
- Aspen：可处理高浓度离子体系（如浓硫酸稀释热计算）和复杂固体颗粒（如流化床催化剂磨损）。
- PRO/II：电解质功能较基础，固体处理通常需依赖插件或简化假设。
用户自定义体验
- Aspen：功能强大但学习曲线陡峭（需熟悉物性方法选择规则）。
- PRO/II：界面友好，适合快速添加石油馏分或自定义轻组分。
热力学模型灵活性
- Aspen：支持混合模型（如气相用PR方程，液相用NRTL活度系数）。
- PRO/II：模型组合灵活性较低，但预置参数更贴合石油行业需求。

维度	Aspen Plus	PROii
覆盖行业	化工、制药、高分子、能源（综合性强）	石油炼制、天然气处理（行业纵深突出）
电解质处理	模型复杂，适合高精度离子体系模拟	简化模型，适合基础应用
固体处理	支持结晶、颗粒物性等深度功能	功能较基础，侧重流体模拟
用户自定义	功能强大但操作复杂	界面友好，Excel集成便捷
典型应用	精细化工流程、反应器设计、聚合物生产	炼油分馏、天然气液化、管线输送模拟