Aspen Plus做流程模拟时,物性方法选得合不合适,会直接反映在相平衡、焓值、密度以及设备计算结果上。刚开始搭模型时,有些工程看起来可以正常收敛,但温度、气液相比例或者能耗结果总觉得不对,这时就不能只盯着设备参数。混合物属于烃类体系、强非理想液相体系还是含电解质体系,对应的热力学模型差别很大。把物性方法和实际物系对应起来,是后面继续做流程计算的基础。
一、Aspen Plus怎么设置物性方法
Aspen Plus的物性方法主要在Properties环境中设置。新建模拟后,先把组分定义完整,再根据物系特点确定全局方法,后面的闪蒸、精馏和换热计算都会调用这里的物性模型。
1、进入物性方法设置页面
新工程完成组分添加后,可以直接进入方法设置,不必等流程图全部搭完再处理。
①、打开当前【Aspen Plus工程】。
②、切换到【Properties】环境。
③、在左侧数据树中展开【Methods】。
④、进入【Specifications】页面。
⑤、找到全局【Property Method】设置区域。
2、选择当前流程使用的全局方法
①、点击【Base Method】下拉列表。
②、根据物系选择需要使用的【物性方法】。
③、强非理想液相体系可查看【NRTL】或【UNIQUAC】等可用方法。
④、烃类及气相压力较高的体系可查看【PENG-ROB】、【SRK】等状态方程方法。
⑤、含电解质的流程按模型要求选择对应的【ELECNRTL】等电解质方法。
⑥、保存当前设置。
选择时不能只看方法名称是否熟悉,还要看当前物系的压力范围、液相非理想程度以及是否涉及电解质反应。同一个流程里如果物系特点变化很大,也要留意单一全局方法是否还能满足计算要求。
3、查看物性模型需要的参数
①、展开【Parameters】。
②、进入【Binary Interaction】相关页面。
③、选择当前使用的【Property Method】。
④、检查组分对对应的【Binary Parameters】。
有些活度系数模型对二元交互参数比较敏感。如果数据库没有提供某个组分对的数据,模型虽然可能继续计算,结果却未必适合直接使用。
4、让流程重新调用新的物性方法
物性方法调整以后,原来的流程结果已经失去比较意义,需要让模型重新计算。
①、切换到【Simulation】环境。
②、查看当前流程中的【Streams】和设备模块。
③、点击【Reset】清除旧计算状态。
④、重新执行【Run】。
⑤、查看新的物流和设备结果。
二、Aspen Plus物性方法选择错误如何调整
物性方法选错并不一定会直接出现红色报错。有些模型照样可以收敛,只是相态、温度或设备负荷出现明显偏差,所以排查时还得结合物系本身来看。
1、先看异常集中在哪类结果
如果更换参数后仍然出现奇怪结果,可以先从物流状态找线索。气液分率突然变化、闪蒸结果偏离经验范围,或者塔器负荷和预期差得比较多,都值得回头检查热力学方法。
①、打开异常位置的【Stream Results】。
②、查看【Temperature】、【Pressure】和【Vapor Fraction】。
③、进入【Composition】核对各相组成。
④、查看【Enthalpy】等热力学结果。
⑤、记录异常开始出现的物流位置。
2、重新判断物系属于哪一类
①、返回【Properties】环境。
②、打开【Components】核对当前组分。
③、确认流程是否包含强极性组分、水、有机混合物或电解质。
④、检查流程的主要温度和压力范围。
⑤、回到【Methods】→【Specifications】重新查看当前方法。
⑥、更换与物系特征更匹配的【Base Method】。
3、检查二元参数是否缺失
①、进入【Methods】下的参数页面。
②、打开对应模型的【Binary Interaction】数据。
③、检查主要组分对是否存在参数。
④、确认参数使用的温度范围和数据来源信息。
⑤、发现缺失时使用项目已有实验数据或经过确认的参数补充。
对于NRTL、UNIQUAC这类模型,组分对参数可能直接改变气液平衡结果。方法本身选对了,但关键参数缺失,最终曲线同样可能跑偏。
4、方法修改后仍然不收敛
遇到这种情况,不要连续更换多个模型。先把报错位置和物性计算分开看,确认到底是热力学计算出了问题,还是设备本身的规格互相冲突。
①、打开【Control Panel】。
②、查看本次运行产生的【Errors】和【Warnings】。
③、定位最早出现异常的【Block】或【Stream】。
④、返回【Properties】检查当前【Property Method】。
⑤、重新执行【Reset】→【Run】。
⑥、观察错误是否仍出现在同一位置。
5、避免旧结果干扰判断
①、保存修改前的【Aspen Plus工程】副本。
②、修改【Base Method】后清除原有运行结果。
③、重新计算整套流程。
④、分别记录关键物流的温度、相态和组成。
⑤、比较两种方法下的主要结果差异。
三、Aspen Plus物性方法调整后怎么确认
模型重新收敛以后,还不能只凭“运行成功”就认定物性方法已经合适。比较稳妥的做法,是挑几个对物性比较敏感的位置重新核对,例如闪蒸出口、精馏塔进出口或者相态变化明显的物流。
1、检查关键物流和相平衡结果
可以先选流程中有代表性的几个物流做检查,范围不必铺得太大。
①、打开关键【Stream】的结果页面。
②、核对【Vapor Fraction】和各相组成。
③、检查【Temperature】、【Enthalpy】等结果。
④、进入相关设备的【Results】查看负荷变化。
⑤、把结果与实验数据、设计资料或已有工程数据进行对照。
⑥、发现明显偏差时重新检查【Property Method】和参数。
2、把物性方法选择依据一起保存
①、保存当前能够稳定运行的【Aspen Plus工程】。
②、记录最终使用的【Base Method】。
③、保留修改过的【Binary Parameters】。
④、整理用于对照的实验或设计数据。
⑤、保存调整前后的关键计算结果。
后面如果增加新组分、改变压力范围或者扩展流程,这些记录能帮助判断原来的热力学方法还能不能继续使用,也省得重新回忆当初为什么选择这一套设置。
总结
Aspen Plus里的物性方法看起来只是Properties中的一个选项,实际上它会一路影响相平衡、热量计算和设备结果。碰到流程能跑但数据看着不合理的情况,回头检查物系特点和物性方法往往很有必要。方法调整以后,也别只看模型有没有收敛,把几个关键物流和已有数据对一遍,心里会更有底。平时把选用方法和参数来源记下来,后面改流程或者换组分时也更容易判断该不该重新调整。