物性估算在ASPENPLUS软件中的应用

2007年第38卷第1期 《 浙 江 化 工 》 文章编号：1006-4184（ 2007）01-0009-03 物性估算在ASPENPLUS软件中的应用 戚一文,方云进（ 华东理工大学 国家化学工程重点实验室，上海 200237） 摘 要:利用AspenPlus软件提供的物性估算功能,计算发酵液中低浓度1,3-丙二醇分离 的中间产物2-甲基-1,3-二噁烷(2MD)的物性,从而模拟分离过程,确定工艺条件,得到理想的 产物结果。 关键词:AspenPlus;物性估算;模拟;1,3-丙二醇 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[1,2]中的重要的中间产物2-甲基-1,3-二 噁烷[3](2MD)的物性估算为例,说明 AspenPlus软 件物性估算功能的使用。 为了成功估算 2MD的物性,首先要向 Aspen Plus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。 12MD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(1atm): 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,然后输入 分子结构。自定义新物质 2MD后,在 Molecular StructureObjectManager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标签中输 入分子结构(如图1)。 输入已知的物性常数:在左侧的数据浏览区点 Properties\Parameters\PureComponent,点 New\OK生 成新的输入表单 USRDEF-1,输入相应的 scalar parameters。 输入相应的实验数据:在左侧的数据浏览区点 Properties\Data,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 Estimateallmissing parameters。 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、2MD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 收稿日期:2006-10-12 作者简介:戚一文(1981-),男,浙江富阳人,现就读于上海市华东理工 大学化工学院,硕士研究生。方云进,男,浙江人,上海市华东理工大 学化工学院副教授,博士,高级工程师。 -9-9- - Vol.38No.01(2007)ZHEJIANGCHEMICALINDUSTRY 图1 图2 10- - 2007年第38卷第1期 《 浙 江 化 工 》 方程、反应器体积和温度。 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 (ExtendedAntoinevaporpressure),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。 参考文献: [1]赵红英,程可可,向波涛,等.微生物发酵法生产 l,3 一丙二醇[J].精细与专用化学品,2002,10(13),21~24. [2]周鹏,方云进.发酵液中低浓度 l,3一丙二醇浓缩提 纯工艺研究进展[J].化学与生物工程,2005,(2),4~6. [3]张慧敏,李彦,钱倩,等.反应萃取耦合法分离 1,3一 丙二醇中缩醛反应的研究[J].化学反应工程与工艺,2005,6( 21),551~555. 塔性能及操作参数 序号 塔型 塔板数 进料位置(由上向下) 温度分布/℃ 压力分布/mmHg 关键操作参数(质量分数) B-2 萃取塔 9 有机相:1 塔顶:39.5 塔顶:760 塔釜2MD<0.1% 水相:9 塔釜:40.2 塔釜:778 B-3 萃取剂精馏塔 12 6 塔顶:22.4 塔顶:760 塔釜乙醛<0.1% 塔釜:119.4 塔釜:784 B-4 2MD精馏塔 40 20 塔顶:110.0 塔顶:760 塔釜2MD<0.1% 塔釜:138.3 塔釜:840 B-6 1,3-丙二醇精馏塔 10 5 塔顶:41.6 塔顶:760 塔釜1,3-丙二醇<0.1% 塔釜:214.1 塔釜:780 ApplicationofPropertiesEstimationinASPENPLUSSoftware QIYi-wen,FANGYun-jin (StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai 200237,China) Abstract:Computethepropertiesofintermediateproduct2-methyl-1,3-dioxane(2MD)separatedfromthe lowconcentrationof1,3-propanediolinfermentationbrothusingthefunctionofpropertiesofmatterestimate providedbyAspenPlussoftware,andthensimulateseparationprocess,ascertainprocesscondition,obtainthe idealproductresult. Keywords:AspenPlus;propertiesestimation;simulation;1,3-propanediol -11-11- -