概要信息：

Aspen Plus 流程模拟培训专题3 
 
中国化工学会培训中心 
   中国石油和化学工业协会培训中心 
2011年11月    成都 
热力学模型及选择 
 
热力学模型及选用 
目的: 
介绍物性方法和物性参数的概念 
明确有关物性方法选择方面的问题 
介绍使用物性分析来报告物性 
 
Aspen Plus 参考资料:  
• 用户指南, 第 7 章, 物性方法 
•用户指南, 第 8 章, 物性参数和数据 
•用户指南, 第 29 章, 性质分析 
  工况研究- 丙酮回收  
• 要获得精确的模拟结果，选择正确的物性方法和精确的物
性参数是很重要的 
理想方法 状态方程方法 活度系数模型方法
预计所需理论级 11 7 42
大约费用（美元） 520,000 390,000 880,000
FEED 
OVHD 
BTMS 
COLUMN 
5000 lbmol/hr 
丙酮：10 mole % 
水：90 mole % 
规定: 丙酮回收率为99.5 mole % 
如何建立物性 
选择一个物性方法 
检查参数/获得其它参数 
确认结果 
创建流程 
物性方法 
• 一个物性方法是用于计算物性的模型和方法的集合 
• Aspen Plus提供了含有常用的热力学模型的物性方法。 
• 用户可以修改现有的物性方法或建立新的物性方法。 
  
 
描述组分物性的方法 
                                         物性模型 
 
   理想 状态方程 活度系数 特殊 
  (EOS) 模型 模型 
  模型  
 
物性模型 
• 模型类型的选择取决于非理想行为程度和操作条件。 
理想状态与非理想状态的对比 
• 我们所定义的理想行为应该是什么样? 
- 符合理想气体定律和拉乌尔定律  
• 理想系统应该是什么样? 
- 大小和形状相似的非极性组分 
• 什么决定非理想状态程度? 
- 分子相互作用 
例如，分子的大小、形状和极性 
• 我们如何研究一个系统的非理想程度? 
- 性质图 (例如 TXY & XY) 
x 
y 
x 
y 
x 
y 
状态方程和活度模型比较 
  
状态方程模型 活度系数模型
描绘非理想状态有一定局限性 能描绘高度非理想液体
需要较少的二元参数 要求许多二元参数
参数随温度适当外推 二元参数与温度密切相关
在临界区一致 在临界区不一致
常用选项集 
• 状态方程物性方法 
-  PENG-ROB 
-  RK-SOAVE 
• 活度系数物性方法 
-  NRTL 
-  UNIFAC 
-  UNIQUAC 
-  WILSON 
  
 
亨利定律 
• 亨利定律只和理想与活度系数模型一起使用。 
• 它用于确定液相中的轻气体和超临界组分的量。 
• 任何超临界组分和轻气体 (CO2、N2、等。) 都应该说明为
亨利组分 (Components Henry Comps Selection 页面)。 
• 亨利组分列表 ID 应该在 Properties Specifications Global 
页 中的 Henry Components 域中输入。 
物性选择 
基本概念 
物 性：计算得到的某个物理性质，如混合物的焓
值、临界温度、密度等。 
物性参数：物性模型中的常数。 
物性模型：用于计算物性的方程或一系列方程。 
物性方法：物性模型和物性路径的集合（以计算
模拟过程所需物性） 
理想物性方法 
理想物性方法 
其他性质-理想气体定律（分子无大小，分子之间
无交互作用） 
                     PV=RT 
                     P=RT/V          
                     Z= PV/RT=1.0 
相平衡   fiV=fiL yiP=xiPL(T) 
扩展安托尼方程计算饱和蒸汽压 
理想物性方法 
物性 方法 模型 
K值 
1. Ki=Pi
*V/P 1.安托尼方程 
2. Ki=Hi/P 2.亨利定律 
气相焓值 Hi
V=Hig 理想气体热容模型 
液相焓值 Hi
l=Hig-ΔvapHi
* Watson/DIPPR蒸发热模型 
气相摩尔体积 Vi
V=Vi
ig=RT/P 理想气体定律 
液相摩尔体积 Vm
l=f(T) Rackett 
纯组分性质计算 
理想物性方法 
混合物的性质（诸如气相焓值、液相焓值、气
相摩尔体积）为各纯组分摩尔分率与该纯组分
性质乘积的加和。 
    例外-混合物液相摩尔体积（Rackett模型） 
 
理想物性方法是其他物性方法的基础，其他物
性方法在计算物性时只需计算与理想物性的偏
差。 
状态方程法 
• 状态方程法：对理想气体定律的修正，更接近实际。 
 
2
RT aP
V b V
= −
−
Van der waals(1873) 
1/2/
( )
RT a TP
V b V V b
= −
− +
Redlich-Kwong(1949) 
Redlich-Kwong-Soave(1972) ( )
( )
RT a TP
V b V V b
= −
− +
Peng-Robinson(1976) ( )
( ) ( )
RT a TP
V b V V b b V b
= −
− + + −
状态方程法 
纯组分性质计算 
物性 方法 模型 
K值 Ki=yi/xi=фi
l/ фi
v EOS 
气相焓值 HV=Hig+（HV-Hig） EOS计算焓差 
液相焓值 Hl=Hig+（Hl-Hig） EOS计算焓差 
气相摩尔体积 VV=f(P,T) EOS 
液相摩尔体积 Vm
l=f(T) EOS或Rackett 
 加入一定的混合规则，可计算混合物的性质。 
状态方程法 
相平衡计算 
V v
i i i
l l
i i i
f y P
f x P
φ
φ
=
=
逸度系数可由状态方程求得。 
物性方法 状态方程 模型名 
RK-SOAVE Redlich-Kwong-soave ESRKS 
PENG-ROB Peng-Robinson ESPR 
BWR-LS Benedict-Webb-Rubin-Lee-
Starling ESCSTBWR 
RK-ASPEN Redlich-Kwong-Aspen ESRKA 
SR-POLAR SchwartZentruber-Renon ESRKU 
SRK Soave-Redlich-Kwong ESSRK 
常用的状态方程法列表 
状态方程法 
物性方法 修正 
RK-SOAVE 无 
RKS-BM Boston-Mathias 
RKSMHV2 改进的Huron-Vidal混合规则 
RKSWS Wong-Sandler混合规则 
基于Redlich-Kwong-soave的状态方程法 
状态方程法 
物性方法 修正 
PENG-ROB 无 
PR-BM Boston-Mathias 
PRMHV2 改进的Huron-Vidal混合规则 
PRWS Wong-Sandler混合规则 
基于Peng-Robinson的状态方程法 
状态方程法 
基于Soave-Redlich-Kwong的状态方程法 
物性方法 修正 
SRK 与温度相关的Kij 
SRK-ML 与温度相关的Kij,Lij 
SRKKD Kabadi-Danner 
物性选择 
状态方程法的优缺点： 
优点： 
 所需的二元作用参数比活度系数法减少； 
 能表征一定程度的非理想型而无需二元参数； 
 无需对临界组分进行特殊处理 
 在临界区域具有一致性； 
 依据温度和压力进行外延比较合理； 
缺点： 
不能准确预测高度非理想液体混合物的性质。 
活度系数法 
活度系数法——用于模拟液相的高度非理想物系。 
活度系数法对液相逸度的定义： 
*,l l
i i i if x fγ=
活度系数法对气相逸度的定义——与EOS相同 
v v
i i if y Pφ=
活度系数小于1，组分之间的交互作用为吸引力； 
活度系数大于1，组分之间的交互作用为排斥力，如果
远远大于1，会形成两个液相。 
相关活度系数模型 
- Margules model 
- van Laar model 
- Redlich-Kister model 
• 例: Margules 两参数模型: 
 随机混合假设 (Wohl’s expansion): 
.....zzzazza
xqRT
G
kji
i j k
ijk
i j
jiij
i
ii
ex
++= ∑∑∑∑∑∑
RT/Gln
ex
ii =γ ∑=
i
ii
ex lnxRT/G γ
( )[ ] ( )[ ]2211221
2
121122112
2
21 22 xAAAxln;xAAAxln −+=−+= γγ
参数: A12, A21 
相关活度系数模型 
• 非随机混合假设 (Wilson’s local composition) 
- Wilson model (Wilson, 1964) 
• For binary systems: 
 Input variables: V1
L, V2
L 
 Parameters: (λ12 – λ11 ), (λ21 – λ22) 
 Note:  
• Good for a variety of miscible mixtures containing polar or 
association components 
• Only require binary parameters for multi-component 
systems 
• Invalid to LLE systems 
( ) 





+
−
+
−+−=
2211
21
1221
12
121122 xxxx
xxxlnln
Λ
Λ
Λ
ΛΛγ
( ) 





+
−
+
++−=
2211
21
1221
12
212211 xxxx
xxxlnln
Λ
Λ
Λ
ΛΛγ



 −
−=


 −
−=
RT
exp
V
V;
RT
exp
V
Vwhere L
L
L
L
2221
2
1
21
1112
1
2
12
λλΛλλΛ
相关活度系数模型 
- NRTL model (Non-Random Two-Liquid; Renon and Prausnitz, 1968) 
• For binary systems: 
( ) 







+
+





+
= 2
1212
1212
2
2121
21
21
2
21 Gxx
G
Gxx
Gxln ττγ
( ) 







+
+





+
= 2
2121
2121
2
1212
12
12
2
12 Gxx
G
Gxx
Gxln ττγ











 −
−=










 −
−=
RT
ggexpG;
RT
ggexpGwhere 1121
1221
2212
1212 αα
 Parameters: (g12 - g22), (g21 - g11), α12 
 Note:  
• Good for both miscible and partially miscible systems 
• Only require binary parameters for multi-component 
systems 
相关活度系数模型 
- UNIQUAC (Abrams and Prausnitz, 1975) 
• For binary systems: 
 
( )++−





−++= 212112
2
1
12
1
1
1
1
1
1 2
τθθΦ
Φ
θΦγ '''*
*
*
lnql
r
rllnqz
x
lnln






+
−
+ 1212
12
2121
21
12 τθθ
τ
τθθ
τθ ''''
'' q
( )++−





−++= 121221
1
2
21
2
2
2
2
2
2 2
τθθΦ
Φ
θΦγ '''*
*
*
lnql
r
rllnqz
x
lnln






+
−
+ 2121
21
1212
12
21 τθθ
τ
τθθ
τθ ''''
'' q
1021
21
12
12 =










−=










−= z;
RT
uexp;
RT
uexpwhere ∆τ∆τ
 Input variables: molecular structure (constituent groups)  
 Parameters: (∆u12), (∆u21) 
 Note:  
• Good for both miscible and partially miscible systems 
• Only require binary parameters for multi-component 
systems 
混合物相平衡与热力学其他性质文献来源 
DECHEMA-- Chemistry Data Series  
 
Vol. I      Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection  
Vol. II     Critical Data of Pure Substances  
Vol. III    Heats of Mixing Data Collection  
Vol. IV    Recommended Data of Selected Compounds and Binary 
Mixtures  
Vol. V     Liquid-Liquid Equilibrium Data Collection  
Vol. VI    Vapor-Liquid Equilibria for Mixtures of Low Boiling Substances  
Vol. VIII  Solid-Liquid Equilibrium Data Collection  
Vol. IX    Activity Coefficients at Infinite Dilution  
Vol. X    Thermal Conductivity and Viscosity Data of Fluid Mixtures  
Vol. XI    Phase Equilibia and Phase Diagrams of Electrolytes  
Vol. XII   Electrolyte Data Collection  
Vol. XIV  Polymer Solution Data Collection  
  
 Thermodynamic property database: DETHERM  
混合物汽液相平衡数据的文献 
Volume 1: Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection 
J. Gmehling, U. Onken, W. Arlt, P. Grenzhauser, U. Weidlich, B. Kolbe, J. Rarey 
 
Part Title Published 
1 Aqueous-Organic Systems 1991 
1a Supplement 1 1998 
1b Supplement 2 1988 
2a Alcohols 1986 
2b Alcohols and Phenols 1990 
2c Alcohols Supplement 1 2001 
2d Alcohols and Phenols Supplement 2 1982 
2e Alcohols and Phenols Supplement 3 1988 
2f Alcohols and Phenols Supplement 4 1990 
3/4 Aldehydes, Ketones, Ethers 1979 
3a Aldehydes, Supplement 1 1993 
3b Ketones, Supplement 1 1993 
4a Ethers, Supplement 1 1996 
4b Ethers, Supplement 2 1999 
 
混合物汽液相平衡数据的文献 
Volume 1: Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection 
J. Gmehling, U. Onken, W. Arlt, P. Grenzhauser, U. Weidlich, B. Kolbe, J. Rarey 
 
5 Carboxylic Acids, Anhydrides, Esters 2001 
5a Carboxylic Acids, Anhydrides, Supplement 1 2002 
5b Esters, Supplement 2 2002 
6a Aliphatic Hydrocarbons C4-C6 (2nd Ed. with minor 
changes) 1997 
6b Aliphatic Hydrocarbons C7- C18 (2nd Ed. with minor changes) 1997 
6c Aliphatic Hydrocarbons Supplement 1 1983 
6d+e Alipatic Hydrocarbons C4- C30 1999 
7 Aromatic Hydrocarbons (2nd Ed. with minor changes) 1997 
7a/7
b Supplement 1 2000 
8 Halogen, Nitrogen, Sulfur and other Compounds 1984 
8a Halogen, Nitrogen, Sulfur and other Compounds, 
Supplement 1 2001 
 
活度系数法 
•纯组分性质计算（加入一定的混合规则，可计算
混合物性质） 
活度系数法 
*,V l
i i i i iy P x fφ γ=
 相平衡计算 
汽液平衡   fiV=fiL 
活度系数法计算液相活度系数，EOS法计算气相
逸度系数。 
液液平衡 
,1 ,1 ,2 ,2l l l l
i i i ix xγ γ=,1 ,2l l
i if f=
活度系数法分别计算两液相的活度系数。 
活度系数法 
 常用的活度系数法列表 
NRTL系列 
物性方法 液相活度系数模型 气相逸度系数模型 
NRTL NRTL Ideal 
NRTL-2 NRTL Ideal，采用第二组二
元参数 
NRTL-HOC NRTL Hayden-O'Connell 
NRTL-NTH NRTL Nothnagel 
NRTL-RK NRTL Redlich-Kwong 
活度系数法 
物性方法 液相活度系数模型 气相逸度系数模型 
UNIQUAC UNIQUAC Ideal 
UNIQ-2 UNIQUAC Ideal，采用第二组二元
参数 
UNIQ-HOC UNIQUAC Hayden-O'Connell 
UNIQ-NTH UNIQUAC Nothnagel 
UNIQ-RK UNIQUAC Redlich-Kwong 
 UNIQUAC系列 
活度系数法 
 VANLAAR系列 
物性方法 液相活度系数模型 气相逸度系数模型 
VANLAAR VANLAAR Ideal 
VANL-2 VANLAAR Ideal，采用第二组二元
参数 
VANL-HOC VANLAAR Hayden-O'Connell 
VANL-NTH VANLAAR Nothnagel 
VANL-RK VANLAAR Redlich-Kwong 
活度系数法 
 WILSON系列 
物性方法 液相活度系数模型 气相逸度系数模型 
WILSON WILSON Ideal 
WILS-2 WILSON Ideal，采用第二组二元参数 
WILS-GLR WILSON Ideal，可指定理想气体或理想液
体焓计算的参考态 
WILS-HF WILSON HF 
VANL-HOC WILSON Hayden-O'Connell 
WILS-LR WILSON Ideal，可指定液体焓计算的参考
态 
VAN-NTH WILSON Nothnagel 
VAN-RK WILSON Redlich-Kwong 
WILS-VOL WILSON 包含液体摩尔体积项，不使用
Henry定律 
物性方法 液相活度系数模型 气相逸度系数模型 
UNIFAC UNIFAC Redlich-Kwong 
UNIF-LL UNIFAC(用于液-液体系) Redlich-Kwong 
UNIF-LBY UNIFAC(基于Lyngby修正) Redlich-Kwong 
UNIF-HOC UNIFAC Hayden-O'Connell 
UNIF-DMD UNIFAC（基于Dortmund修正） Redlich-Kwong 
 UNIFAC系列 
活度系数法 
活度系数法优缺点 
优点： 
• 能很好的模拟高度非理想性的系统； 
• 即可表达对理想系统的正偏差（Inr>0），也可表达对理想系统的负偏差
（Inr<0）； 
• 可模拟两液相的分层现象（Wilson系列方法除外）。 
缺点： 
• 因汽液两相使用不同的模型进行计算，故在模拟超临界组分时有困难； 
• 在临界区域具有不一致性； 
• 需要较多的二元交互作用参数，并且这些参数与温度相关。 
活度系数法 
二元交互作用参数的获得 
• 文献查找 
• 参数估计（默认估计、规定温度范围估计） 
• 数据回归（VLE数据、LLE数据） 
活度系数法 
•活度系数法总结： 
常用的活度系数法： 
NRTL系列 
UNIQUAC系列 
WILSON系列  不能模拟液液平衡 
UNIFAC系列 不需两元交互作用参数，通过组
分基团估计组分之间的交互作用，准确度受限。 
Henry定律 
Henry定律： 
   在使用活度系数法过程中，如遇临界组分，需使用亨利
定律来预测临界组分在液相中的溶解度。 
*
*
v
i i i i i
i
i i
i
y P x H
H
φ γ
γγ
γ ∞
=
=
Henry组分 
• Henry组分的定义及使用 
    henry组分即轻气体（NH3、H2S、CO2等） 
    定义：data brower/components/henry comps 
    使用： 
    全局： data brower/properties/specifications 
    局部：block/block option 
 
Henry数据库 
Henry数据库 
Binary:只适用于溶剂为水的系统。 
Henry：可适用于多种溶剂。亨利参数通过
Dortmund数据里的汽液平衡数据回归得到。 
ENRTL-RK：当物性方法为ELECNRTL时可选择
此数据库。 
特殊物性方法 
其他特殊物性方法列 
物性方法 K-值计算方法 适用体系 
AMINES K-ent-Eisenberg模型 胺（如-乙醇胺、二甘
醇胺等） 
APISOUR API酸水模型 溶解有H2S、CO2的酸
水 
B-PITZER Bromley-Pitzer模型 水溶液电解质 
BK-10 Braun K-10法 炼油 
CHAO-SEA Chao-seader关联式 炼油 
GRAYSON Grayson-streed关联式 炼油 
STEAM-TA ASME蒸汽表关联式 水/蒸汽/冰 
STEAMNBS NBS/NRC蒸汽表状态方程 水/蒸汽/冰 
ELECNRTL 
ELECNRTL 
某些组分在容积中会电离成离子，同时可能形成
盐沉淀。此时需将化学反应包含到过程模拟中。
液相中离子的存在会改变混合物的热力学性质。 
 
选择ELECNRTL活度系数法：与Redlich-Kwong
状态方程联用的电解质NRTL模型，用于水和混合
溶液。 
ELECNRTL 
电解质向导定义离子及化学反应-ElecWizard 
过程涉及的平衡： 
化学平衡(Chemistry Reaction) 
离子平衡(Electrolyte pair) 
溶剂平衡(henry binary interaction) 
汽液平衡（NRTL binary interaction） 
物性选择 
选择物性方法需考虑的因素： 
组分 
温度 
压力 
可得的交互作用参数 
选择物性方法 - 复习 
你的系统中有无极性
组分? 
操作条件是否在混合物临界区
域附近? 
你的系统中是否有轻气体或
超临界组分? 
用带有亨利定律
的活度系数模型 
用活度系数
模型 
用状态方程模型 
否 
否 
否 是 
是 
是 
参考:  Aspen Plus 用户指南, 第 
7章, 物性方法, 给出了关于物性方
法选择方面的类似的、更详细的
信息。 
物性选择 
• 物性选择框图（蓝色为是，红色为否） 
极性组分
？ 
实组分？ 
CHAO-SEA 
GRAYSON 
BK-10 
PENG-ROB 
RK-SOAVE 
PR-BM 
RKS-BM 
电解质？ 
ELECNRTL 
P>10bar? 
二元参数？ 
SR-POLAR 
PRWS 
RKSWS 
 
PSRK 
RKSMHV2 
LL？ 
WILSON 
UNIQUAC 
NRTL 
LL？ 
NRTL 
UNIQUAC 
UNIF-LL 
UNIFAC 
二元参数？ 
热力学方法选取 
热力学的选用是模拟成功第一因素 
在选取热力学方法之前应确定以下因素 
体系性质：模拟计算之前，必需知道系统所
有组分，及形成什么样的体系，强极性还是弱
极性？体系所处的温度、压力范围。 
水的考虑:体系内是否有水?水是作严格第二
相,还是作为近似处理?作为近似处理可用一般
的热力学方法,作为严格第二相必需使用适于两
液相热力学方法。 
热力学方法选取 
热力学方法选取原则 
与实际吻合的热力学方法 
最简单、最适用的热力学方法 
考虑体系主体，而不应重点考虑微量
组分 
炼油和气体工艺的应用 
• 水的考虑：用简单的烃热力学方法的缺省水倾
析项完全可满足要求。例：SRK、PR、GS、
BK10 
• 低压原油系统（常减压塔）：BK10，GS/IGS，
SRK/PR 
• 高压原油系统（FCCU主分镏塔、COKER主镏
塔）：GS、SRK/PR 
• 重整和加氢系统：SRK/PR用API计算液相密度 
炼油和气体工艺的应用（续） 
• 润滑油和溶剂油沥青系统：SRK/P、SRKM。 
• 天然气系统 
SRK/PR/BWRS 对于大部分烃和水烃系。 
SRKKD 对于水烃高压系统，不包含极性组分。 
SRKM/PRM包含水和其它极性组分，严格两相。 
SRKP/PRP包含水和其它极性组分，严格两相。 
• 乙二醇干燥系统：GLYCOL。 
• 酸水系统：SOUR、GPSWAT。 
• 胺系统：AMINE。 
2013年3月16日星期六 54 
石油化工的应用 
• 轻烃系统 
- SRKKD水为严格第二相，用COSTALD计算液相密度。 
- SRK/PR/BWRS水为纯水相，用COSTALD计算液相
密度。 
• 芳烃系统： 
- LIBRARY 低压下适用。 
- GS /SRK/PR  高压下适用。 
• 芳烃/非芳系统： 
- SRKM/PRM/SRKH/PRH 
- NRTL/UNIFAC 抽提系统，用Henry选项模拟少量超
临界气体，用UNIFAC FILL选项计算缺少的二元参数。 
石油化工的应用（续） 
• 非烃系统（烃的氧、卤素或氮的衍生物） 
WILSON用HENRY和UNIFAC FILL选项，不能用于
两液相系统。 
NRTL/UNIQUAC用HENRY和UNIFAC FILL选项，
可用于两液相系统。  
SRKH/PRH/SRKM/PRM 对高压或大量非重要气体
系统，单液相和两液相均可用。 
SRKP/PRP对高压或大量非重要气体系统，单液相
和两液相均可用，结果不如上条。 
• 乙醇脱水系统 
ALCOHOL 
NRTL/UNIQUAC 必需用户提供有效的二元交互作
用参数。 
化学方面的应用 
• 非离子系统 
WILSON轻度非理想系统，用HENRY选项，不能用
于两液相系统。 
NRTL/UNIQUAC非理想系统用HENRY和UNIFAC 
FILL选项，可用于两液相系统。  
SRKH/PRH/SRKM/PRM 对高压或大量非重要气体
系统，单液相和两液相均可用。 
SRKP/PRP对高压或大量非重要气体系统，单液相
和两液相均可用，结果不如上条。 
• 羧酸系统 
用液相活度系数方法，气相性质用HOCV方法计算。 
选择物性方法 - 举例 
 
 
 
对于如下组分系统在环境条件下选择适当物性方法： 
系统 模型类型 物性方法
丙烷、乙烷、丁烷 状态方程 RK-SOAVE, PENG-ROB
苯、水 活度系数 NRTL-RK, UNIQUAC
丙酮、水 活度系数 NRTL-RK, WILSON
系统 物性方法
乙醇、水
苯、甲苯
丙酮、水、二氧化碳
水、环己烷
乙烷、丙醇
纯组分参数 
• 描述一单个组分的属性 
• 在 Properties Parameters Pure Component 文件夹中输入 
• 保存在数据库中，例如， PURE10、ASPENPCD、
SOLIDS等。 (所选择的数据库在 Components 
Specifications Databanks 页上列出。) 
• 通过从工具菜单上选择Retrieve Parameter Results（检索
参数结果）将参数检索到图形用户界面中。 
• 举例 
- 标量参数:  分子量MW 
- 温度相关参数:扩展的  Antoine  蒸汽压模型参数 
PLXANT 
二元参数 
• 用来描述两个组分之间的相互作用 
• 在 Properties Parameters Binary Interaction 文件夹中输入 
• 保存在二元数据库中，例如 VLE-IG, LLE-ASPEN  
• 来自数据库的参数值能够在图形用户界面中的输入表中查
看。 
• 在完成流程之前必须要查看含有来自数据库的数据的参数
表。 
• 举例 
- 标量参数: Rackett模型的RKTKIJ 
- 温度相关参数: NRTL模型的参数NRTL 
报告物性参数 
按照下列过程可以得到一个含有模拟中用到的所有组分的所
有纯组分参数和二元参数的报告文件: 
1. 在 Setup Report Options Property 页上, 选择 All 
physical property parameters (in SI units)， 或 选择
Property parameters’descriptions,equations,and 
sources of data 
2. 运行模拟后, 转出一个报告文件 (*.rep) (从File菜单下选
择 Export)。 
3. 用任意文本编辑器编辑*.rep 文件。  (从 图形用户界面
中,你可从 View 菜单下选择Report.)  参数在报告文件
物性部分PARAMETER VALUES 标题下列出。 
PARAMS 报告和 PARAM-PLUS 报告 
• PARAM-PLUS 报告不象 PARAMS 报告那样紧凑; 然而它
有许多优点: 
 
PARAMS 
 
PARAM-PLUS 
 
参数单位为 SI 单位制，并且不打
印参数单位。 
 
用输出单位报告参数， 并且打印
参数单位。 
 
只打印参数名的 Aspen Plus 缩写
形式。 
 
Aspen Plus 缩写与说明一起打
印。 
 
输出格式紧凑。 
 
输出报告很长。 
 
 
 
列出温度相关参数的方程。. 
 
 
 
给出参数源(例如，数据库名或用
户输入。) 
 
建立物性 - 复习 
1. 选择物性方法 -根据下列条件选择一个物性方法： 
- 模拟中存在的组分 
- 模拟的操作条件 
- 对于组分可得到的数据和参数 
2. 检查参数 - 确定在Aspen Plus 数据库中可用的参数 
3. 获得附加参数 (必要时) - 所需的参数可以通过下列途径获得 
- 查找文献 
- 实验数据回归 (数据回归) 
- 物性常数估算 (物性估算) 
4. 确认结果 - 通过下列方法来检验对物性方法和所用物性数据的选
择是否正确 
- 物性分析 
物性分析 
• 用来生成简单的物性图表， 验证物性模型和数据。 
• 图表类型: 
- 纯组分, 例如 蒸汽力相对温度 
- 二元, 例如 TXY, PXY 
- 三元相图。 
• 在含有原始数据的结果表上，按Plot Wizard 按钮可得到
其它二元曲线图。 
• 当用二元分析来检查液-液相分离时，记住选择汽-液-液作
为有效相。 
• 为便于以后参考和使用，物性分析输入和结果可以另存成
一个表。 
物性分析 - 公共图表 
理想 XY 图:                       恒沸物 XY 图 : 
 
 
  
  2液相XY 图: 
 
 
y-x diagram for METHANOL / PROPANOL 
LIQUID MOLEFRAC METHANOL 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 
 (PRES = 14.69595 PSI)  
y-x diagram for ETHANOL / TOLUENE 
LIQUID MOLEFRAC ETHANOL 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 
 (PRES = 14.69595 PSI)  
y-x diagram for TOLUENE / WATER 
LIQUID MOLEFRAC TOLUENE 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 
 (PRES = 14.69595 PSI)  
术语的定义 
• 物性方法 -用于计算一个模拟中所需性质的性质模型和物
性方法的集合 
• 物性- 计算出的物性值，例如混合物焓 
• 物性模型 - 用于计算一个物性的方程式或方程组 
• 物性参数 - 物性模型中用到的常数 
• 物性集 (Prop-Set) - 访问物性的一个方法，以便能够使用
或在别处列表 
物性集 
• 物性集 (Prop-Set) 是一个把物性集或集合作为一个用户给
定名的对象来访问的一种方法。当在一个应用中使用物性
时只引用物性集名。 
• 用物性集可以报告热力学性质、传递性质和其它性质值。 
• 目前的物性集应用包括: 
- 设计规定、Fortran 模块、灵敏度 
- 物流报告 
- 物性表 (Property Analysis) 
- 塔盘性质 (RadFrac, MultiFrac, 等.) 
- 加热/冷却曲线 (Flash2, MHeatX, 等.) 
Prop-Sets 中包括的物性 
• 物性集中通常包括的物性有: 
- VFRAC - 物流气体摩尔分率 
- BETA    -  在第二液相中的液体分率 
- CPMX   -  混合物恒压热容 
- MUMX   - 混合物粘度 
• 可用的性质包括: 
- 混合物中组分的热力学性质 
- 纯组分热力学性质 
- 传递性质 
- 电解质性质 
- 与石油有关的性质 
参考:  参考手册, 第 3 卷, 物性数据, 第 4 章 ，一个物性设置包括的物性的完
整列表 
定义物性集 
• 用 Properties Prop-Sets 表来指定一个物性集中的物性 
 
 
 
 
• 用 Search 按钮可以查找一个物性 
• 将所有所指定的限定符都应用于每一个所指定的物性。 
• 用户可以在 Properties Advanced User-Properties 表中通过
提供 Fortran 子程序定义新的物性 
预先定义的物性集 
一些模拟模板包括预先定义的物性集 
下表列出了 General 模板中包括的预先定义的物性集和物性
类型: 
预先定义的物性集 物性类型
HXDESIGN 换热器设计
THERMAL 混合物热性质(HMX, CPMX, KMX)
TXPORT 传输性质
VLE 汽-液平衡 (PHIMX, GAMMA, PL)
VLLE 汽-液-液平衡
物流结果选项 
• 在 Setup Report Options Stream 页上，用:  
- Flow Basis 和 Fraction Basis 复选框定义如何报告物
流组成 
- Property Sets 按钮指定物性集名，该物性集含有对每
一个物流都要报告的附加性质 
交互式物性分析 
• 组分性质分析：Tools/Analysis/property 
    纯组分性质                     二元性质 
    热力学性质                       TXY 
（如热容、焓、熵、蒸汽压等）         PXY 
    传输性质                         混合吉布斯自由能 
（如热容、粘度、表面张力等） 
当用此功能检查液液相分离时，应选择汽-液-液为有效相态
。 
 
 
交互式物性分析 
• 流股性质分析 
    热力学性质 
      传输性质 
        组成曲线 
          泡点线 
            露点线 
              PV线 
                               TV线 
                                  PT线 
                   蒸馏曲线……….. 
交互式物性分析  
• 交互式物性分析举例 
 
   分析甲醇的PL线 
   分析甲醇水的TXY线 
   分析某流股的泡、露点 
 
内部物性分析 
• 内部物性分析 
先将进运行类型改为：property analysis 
Properties/Analysis 
定义系统是否闪蒸 
定义变量 
定义列表显示的物性 
PlotWizard 
内部物性分析 
 
 
内部物性分析应用举例 
分析甲烷、乙烷、戊烷混合物在6Bar下的
气、液相密度及汽化分率随温度的变化
，温度变化范围为-100~20℃，混合物摩
尔组成为甲烷，20%；乙烷，30%；戊烷
，50%。 
物性估算  
目的: 
概括介绍在Aspen Plus中估算物性参数的方法 
 
 
 
Aspen Plus 参考书目:  
• 用户指南, 第 30 章, 物性参数的估算 
• 参考手册, 第 2 卷, 物性方法和模型，第 8 章 
  
什么是物性估算？ 
• 物性估算是估算物性模型所需参数的一个系统。它可以用
来估算： 
- 纯组分的物性常数 
- 与温度相关的模型参数 
- Wilson、 NRTL 和 UNIQUAC 方法的二元交互作用参数 
- UNIFAC方法的基团参数 
• 估算是以基团贡献法和对比状态相关性为基础的。 
• 可以把实验数据引入估算中。 
物性估算的使用 
• 物性估算可以按两种方式使用: 
- 独立应用:  Property Estimation Run Type(物性估算运行
类型) 
- 在另一种Run Type(运行类型)中使用:  Flowsheet(流程), 
Property Analysis(物性分析), Data Regression(数据回
归), PROPERTIES PLUS 或 Assay Data Analysis(化验
数据分析) 
• 不管数据库组分还是非数据库组分你都可以用Property 
Estimation(物性估算)来估算。 
• Property Estimation 信息可在 Properties Estimation 文件
夹中访问。 
估算方法和需求条件 
• 用户指南, 第 30 章, 估算物性参数中有能被估算的性质的
完整列表，以及可用的估算方法和它们各自的需求条件。 
• 同样的信息在估算窗口中的联机帮助中也可以得到。 
使用物性估算的步骤 
1.  在Properties Molecular Structure窗口上定义分子结构。 
2.  利用Parameters或Data窗体输入实验数据。 
- 实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都是非常
重要的。因此只要有可能就应该输入实验数据。 
3.  在Properties Estimation Input窗口上激活Property 
Estimation并选择物性估算选项。 
定义分子结构 
• 分子结构对于Property Estimation(物性估算)中所使用的所
有基团贡献法都是必需的。你可以以下列方式来定义它： 
- 以通用格式定义分子结构并允许Aspen Plus来确定官能
团， 
或者 
- 对于特殊方法以官能团为单位定义分子结构 
 
参考书目:  有关基团贡献法可用到的官能团的列表的详细信息，参见参考
手册, 第 3 卷, 物性数据, 第 3 章。 
定义通用结构的步骤 
1. 在纸上勾画出分子的结构。 
2. 给每个原子编号，忽略氢原子。（编号必须是从1
开始的连续数字。） 
3. 转到Properties Molecular Structure对象管理器中
，选定组分，然后选择Edit命令。 
4. 在Molecular Structure General 页上，按照其连接
顺序定义分子。 一次描述两个原子： 
• 指定原子类型 (C, O, S, …)  
• 指定连接这两个原子的键的类型 (单键、双键 …)  
 
注释:  如果该分子是非数据库组分，则要在Components 
Specifications窗口上，输入Component ID (组分标识符)，
但不要输入Component name(组分名)或Formula(分子式)。 
定义分子结构的示例 
• 用通用法定义异丁醇的分子结构 
- 勾画出该分子的结构，然后给每个原子编号，忽略氢原
子。 
C2 
C1 
C4 
C3 
O5 
定义分子结构的示例 
• 转到Properties Molecular Structure对象管理器中，选定该
组分，然后选择Edit命令。 
• 在Properties Molecular Structure General 页上，按照其连
接顺序描述分子，一次描述两个原子。 
原子类型 
• 目前可用的原子类型: 
原子类型     描   述 原子类型   描    述 
 C  Carbon(碳)  P  Phosphorous(磷) 
 O  Oxygen(氧)  Zn  Zinc(锌) 
 N  Nitrogen(氮)  Ga  Gallium(镓) 
 S  Sulfur(硫)  Ge  Germanium(锗) 
 B  Boron(硼)  As  Arsenic(砷) 
 Si  Silicon(硅)  Cd  Cadmium(镉) 
 F  Fluorine(氟) Sn  Tin(锡) 
 CL  Chlorine(氯) Sb  Antimony(锑) 
 Br  Bromine(溴) Hg  Mercury(汞) 
 I  Iodine(碘)  Pb  Lead(铅) 
 Al  Aluminum(铝) Bi  Bismuth(铋) 
键类型 
• 目前可用的键类型: 
-  Single bond(单键) 
- Double bond(双键) 
- Triple bond(叁键) 
- Benzene ring(苯环) 
- Saturated 5-membered ring(饱和五元环) 
- Saturated 6-membered ring (饱和六元环) 
- Saturated 7-membered ring (饱和七元环) 
- Saturated hydrocarbon chain (饱和烃链) 
注释:  分给苯环、饱和五元环、饱和六元环、饱和七元环和
饱和烃链键的原子编号必须是连续的。 
使用物性估算的步骤 
1.  在Properties Molecular Structure窗体上定义分子结构。 
2.  利用Parameters或Data窗口输入实验数据。 
- 实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都是非常
重要的。因此只要有可能就应该输入实验数据。 
3.  在Properties Estimation Input窗口上激活Property 
Estimation并选择物性估算选项。 
 
输入辅助数据的示例 
• 对于异丁醇，可得到它的下列数据。 
- 标准沸点 (TB) = 107.6 C 
- 临界温度 (TC) = 274.6 C 
- 临界压力 (PC) = 43 bar 
• 把这些数据输入到模拟中可改善估算出的数值。 
输入辅助数据的示例 
• 转到Properties Parameters Pure Component对象管理器
中并创建一个新的Scalar参数窗口。 
• 输入其参数、组分和数值。 
使用物性估算的步骤 
1.  在Properties Molecular Structure窗体上定义分子结构。 
2.  利用Parameters或Data窗口输入实验数据。 
- 实验数据如标准沸点(TB)对于许多估算方法都是非常
重要的。因此只要有可能就应该输入实验数据。 
3.  在Properties Estimation Input窗口上激活Property 
Estimation并选择物性估算选项。 
 
激活物性估算 
• 要打开Property Estimation（物性估算），可转到
Properties Estimation Input Setup页上，并选择下列选项
之一： 
- Estimate all missing parameters  
 估算所有缺少的必需参数以及在Pure Component、T-
Dependent、Binary和UNIFAC-Group页中你可能需要的
参数 
- Estimate only the selected parameters 
 只估算你在这页上（以及以后在适当的附加页上）选择的
参数类型 
物性估算的注释 
•你可以把你的物性数据规定、结构
和估算存为备份文件，然后把它们
转入其它模拟 中(Flowsheet、
DataRegression, Property 
Analysis或 Assay Data Analysis 
Run-Types.) 
练习：物性估算 
目的:  估算二聚物—乙基2-乙氧基乙醇的物性。 
 
乙基2-乙氧基乙醇不是 Aspen Plus 数据库中的组分。 
使用 Property Estimation 的Run Type （运行类型） , 并估算新组分的性
质。 (详细说明在下一张幻灯片中。) 
该组分的分子式以及从文献中查到的标准沸点如下所示： 
分子式: CH3 - CH2 - O - CH2 - CH2 - O - CH2 - CH2 - OH 
TB = 195 C 
练习：物性估算（续） 
• 打开一个新的运行，并在Setup Specifications Global页上改变
Property Estimation的Run Type（运行类型）。 
• 在Components Specifications Selection页上输入一个新的非数据库组
分，其Component ID（组分标识符）为DIMER 。 
• 在Properties Molecular Structure Object Manager（对象管理器）上，
选择DIMER然后单击Edit 。 
• 在General页上，输入其结构。 
• 转到Properties Parameters Pure Component Object Manager （对象
管理器）上，然后创建一个标量参数窗口。 
• 输入DIMER的标准沸点 (TB) 195 C。 
• 运行该估算，并检查其结果。 
• 注意估算结果会自动写入到参数窗体中，以便供其它模拟使用。 
• 在Setup Specifications Global页上将Run Type （运行类型）改回
Flowsheet （流程）。 
• 转到Properties Estimation Input Setup页上，并选择Do not estimate 
any parameters （不估算任何参数）。 
• 现在，添加一个流程并使用这个组分就有可能了。 
 
• 把这个文件存为 PCES.BKP。 
数据回归 
目的: 
概括介绍在Aspen Plus中数据回归的方法 
 
 
 
Aspen Plus 参考书目:  
• 用户指南, 第 31 章, 物性数据回归 
• 参考手册, 第 2 卷, 物性方法和模型，第 8 章 
  
物性数据回归 
什么是数据回归？ 
数据回归——使用数据获得模型需要的参数的过程。 
 
 
过程模拟与数据回归正好相反，它通过模型机参数预测数据。 
数据 
 
 模型 参数 
参数  
 模型 
数据 
物性参数 
• 物性模型需要参数，例如，计算液相蒸汽压的扩展安托
尼模型为一依赖于温度的方程，其表达式如下： 
 
• 上述方程中C1 即为Aspen如见中的物性常数PLXANT/1    
，依次类推。 
• 要准确计算饱和蒸汽压，必需通过数据回归拟合出这些
PLXANT常数。 
( ) ( ) 7
654321 lnln CL TCTCTCCTCCp +++++=
数据回归的目的 
• 准确计算给定温度、压力、组成下的物性数据
，特别是： 
 
1. 窄沸程系统 
2. 共沸系统 
3. 液液平衡系统 
 
数据回归应用步骤 
1. 指定运算类型 
2. 定义组分 
3. 选择物性方法 
4. 输入试验数据（纯组分数据、混合物数据） 
5. 定义回归案例 
6. 指定要回归的物性常数。 
纯组分数据窗口 
• 在Properties/Data(Pure-Comp)窗口输入纯组分
数据，如：气相压力、液相热容、蒸发热等。 
 
• Usage:Std-Dev：标准偏差 
            Data：实验数据点 
            Ignore：忽略此数据点 
输入标准偏差 
• 数据表的第一行为默认的标准偏差，可直接更
改其数值以更改默认的标准偏差值。 
• 如在其他行输入标准偏差，此标准偏差将应用
于此行后的其他行。 
标准偏差值等于0：测量无误差 
                 大于0：绝对标准偏差 
                数值%：相对标准偏差 
混合数据窗口 
•在Porperties/Data(mixture)输入混合物的数据，如
汽液平衡数据、混合热数据等。输入数据时注意
组分顺序及组成基准。 
数据窗口 
•根据前面选择输入的数据类型，会自动生成相应
的数据表。 
数据输入 
•对于未知的组成数据，如果空着未输入 
    数据回归会估计此未知的组成，可将此未知
数据的标准偏差给大，以使其对目标函数的影
响降低。 
Generate Data选项： 
  可通过此按钮生成虚拟的实验数据，比如，可
利用UNIQUAC活度系数模型生成一组汽液平衡
数据，然后用此数据回归NRTL活度系数模型的
二元交互作用参数。 
回归的设定 
• 数据回归输入窗口 
 
 
                     
                                          
选择 
模型 
如果做Evaluation计算，只会将
模型与数据进行对比，不会拟合
参数。  
选择数据集合及权重 
回归参数设定 
• 选择要回归的模型常数 
 
                                         
 
 
 
                                                 
要回归参数的值很大或很小时，可使用
缩放因子将其归一化，将有助收敛. 
 
好的初值将有助于                                         
回归运行的收敛 
Usage-Fix：固定此参数的值  
-Regress：回归此参数的值 
-Exclude：将此参数除外 
回归运算法则 
•在Regression/Algorithm表单可输入数据回归的运
算法则及收敛信息，如：改变回归的目标函数、
增大收敛迭代次数等。 
回归目标函数 
•用于汽液平衡回归的目标函数列表如下： 
目标函数 包含随机误差的变量 
Maximum Likelihood 所有的测量变量 
Ordinary least squares 等压过程的温度和气相组成，等温过程的压力
和气相组成 
Barker’s method 压力（假定气相组成有1%的误差） 
Modified Barker’s 
method 
压力和气相组成 
Activity coefficients 计算的活度系数 
K-values K-值 
Relative volatility 第一个组分的相对挥发度 
回归结果-Parameters 
• 回归结果Parameters包括： 
   回归的参数的值 
   参数的标准偏差 
    收敛信息: 
    如错误状态、 
    迭代次数等 
回归结果-Sum of Squares 
•回归结果Sum of Squares包括： 
      使用的回归算法、目标函数 
      加权平方和（目标函数的终值） 
      残差平方根误差 
回归结果-Residual 
• Residual指试验数据与估计数据之间的差值。 
 
 
 
 
•可以使用绘图向导绘制残差与物性或试验数据
与估值的图表，从中发现不太好的数据点。 
回归结果-Correlations 
•参数关联矩阵对角线上的值表明的是两个参数
的关联度。此值为零，表明两个参数互相独立
；此值在-1~1之间，表明两参数的关联度很高
。 
 
 
 
 
 
 
 
回归结果-Consistency Test 
•热力学一致性测试的结果，如果输入的实验数据
没有通过该测试，需做如下检查： 
    1.输入的数据和数据的单位是否有误？ 
    2.使用的状态方程是否合适？能否表达该气相
的非理想特性？ 
    3.绘制数据图表，剔除偏差较大的点。 
•如果提供的数据组成范围较窄，可忽略一致性测
试。 
回归结果-Profile 
•该处存放着所有的实验数据和回归计算结果。
可使用绘图向导绘制相应的图表。 
数据回归-举例 
• 目的：回归非数据库组分A1和水的Wilson二元
交互作用参数。 
• 已知非数据库组分A1的TC、PC、VC、ZC等纯
组分数据，及PLXANT、DHVLDP、CPIGDP等
依赖于温度的模型常数，通过A1及水的饱和蒸
汽压数据回归Wilson的第二个二元交互作用参
数，以期更准确的模拟A1和水的精馏过程。 
  数据存于WX.xls,模型存于W4.bkp。 
设置运行类型 
运行类型 
Flowsheet 标准 ASPEN PLUS 流程运行包括灵敏度研究和优化。流程运行可以包括物性
估算、化验数据分析、和/或物性分析。 
Assay Data 
Analysis 
它是一个独立 Assay Data Analysis（化验数据分析）和生成虚拟组分的运行。 
当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Assay Data Analysis 来分析化
验数据 
Data 
Regression 
一个独立运行的 Data Regression（数据回归） 
用 Data Regression 把 ASPEN PLUS 要求的物性模型参数与已测量纯组分、
VLE、LLE 和其它混合数据相拟合。Data Regression 可以含由物性估值和物
性分析计算。ASPEN PLUS 在 Flowsheet 运行中不能执行数据回归 
PROPERTI
ES PLUS 
PROPERTIES PLUS 设置运行 
用 PROPERTIES PLUS 制备一个物性包，以便用于 Aspen Custom Modeler 
(以前是 SPEEDUP) 或 ADVENT、第三方商业工程程序、或你公司内部程序。
你用 PROPERTIES PLUS 必需经过许可 
Property 
Analysis 
一个独立运行的 Property Analysis 
当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Property Analysis 生成一个物
性表、PT 曲线、多相曲线图、和其它物性报告。 
Property Analysis 可以含有物性估算和化验数据分析计算。 
Property 
Estimation 
独立运行的 Property Constant Estimation 
当你不想在同一个运行中执行流程模拟时，用 Property Estimation 估算物性
参数。