学会使用UNIFAC方法,让你的模拟绝处逢生

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学会使用UNIFAC方法,让你的模拟绝处逢生

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在物性方法中选择UNIFAC,并运行Aspen Properties

在Simulation-Azeptrope Search中勾选这两个组分,点击报告

估算的共沸点为56.98℃,共沸组成为3.13%(乙醇)-96.87%(乙酸甲酯),与实际情况非常接近。

2.2、用UNIFAC估计其他物性方法缺少的部分参数

甲醇和二氧化碳反应生成碳酸二甲酯(DMC)和水,是一种制备碳酸二甲酯的方法,国内外学者都对其做了不少研究。我们以这个为例来说明如何用UNIFAC估计其他物性方法缺少的参数。

首先还是先输入组分

如果我们选择NRTL物性方法,理论上应该有6组相互作用参数,但在aspen里面只有一组(CH3OH-H2O)

这里我们就可以勾选上图中下面的选项(Estimatemissing parameters by UNIFAC),即用UNIFAC估算缺少的参数。勾选之后重新运行Aspen Prpperties,即可得到其他5对组分间的相互作用参数。

2.3、选用UNIFAC物性方法进行模拟计算

虽然在很多时候,我们可以选择NRTL、WILSON和UNIQUAC方法进行模拟计算,这些物性方法的参数也有确切的来源,但为了确保结果的合理性,我们可以用UNIFAC的方法重新模拟一遍,然后进行比较,看前面的方法与UNIFAC理论计算的结果差别有多大。

此外,很多体系在没有常用的那些活度系数方程的参数时,用UNIFAC物性方法进行模拟计算也是不错的选择。在上面DMC合成的例子中,只有一对NRTL相互作用参数,绝大部分都是缺少的,这种情况就可以直接选用UNIFAC方法计算。

我们把上述的NRTL方法换成UNIFAC方法,然后运行AspenPrpperties,即可完成物性计算部分。

如果你想知道AspenPlus内部是如何将甲醇-CO2-DMC-H2O进行基团划分的,或者想看下各基团的参数、基团之间的相互作用参数,也可以点击菜单栏Tools-Retrieve Parameters(检索参数)

点击之后,在弹窗选择OK

就可以在Methods-Results中查看系统默认划分的基团、基团参数、基团之间的相互作用参数。这里面的Group ID指的的是基团代号,Aspen内部的基团代号我们汇编在文末,可供大家查询。

2.4、自定义UNIFAC基团

Aspen Plus内部提供200多个基团,对于一般体系的拆分来说已经够用了。但是,如果某些体系涉及的基团Aspen里面并没有,或者缺少基团参数,这时就需要自定义UNIFAC基团。这里举一个简单的例子,介绍下自定义UNIFAC基团的方法。

以乙醇和物质M的混合体系为例(M是什么不重要,主要是下面的过程和方法)。首先定义组分,这里将M定义为虚拟组分(虚拟组分主要用于定义aspen数据库里没有的物质),并填写虚拟组分M的物性

选择Components-UNIFAC Groups定义UNIFAC基团,对于Aspen有的基团直接选择基团编号即可,对于新定义的基团需要输入一个自定义的编号(不能与aspen其他基团编号重复)

并在Components-MolecularStructure中对输入组分的结构进行定义,即说明乙醇和M分别包含多少个上述基团。

然后在Methods-UNIFACGroups中对上述定义的基团赋上基团参数(GMUFQ为面积参数、GMUFR为体积参数)

在Methods-UNIFACGroups Binary中对上述定义的基团的集团相互作用参数赋值

到此即完成了UNIFAC基团自定义的全过程,运行AspenProperties就可以继续后续的模拟计算。

3、附表

这里整理了Aspen Plus中 UNIFAC基团编号对照表(图片),大家也可以在Aspen Plus - help 中搜索查询。

本文主要为大家提供一种模拟计算的思路和基本的步骤,在其他方法都没法使用时,UNIFAC基团贡献法很可能会让你的问题得以解决。当然,在用UNIFAC模型计算非常规体系时还有一些具体问题,比如非常规组分物性的确定、非常规基团参数的确定,这里不是重点讨论的部分,所以并没有展开,后续如果有机会再跟大家交流。

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