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基于AspenPlus的化工热力学教学均相性质计算

发布时间：2016-11-17 02:33

本文关键词：基于Aspen-Plus的化工热力学教学(Ⅱ)纯物质饱和性质计算，，由笔耕文化传播整理发布。

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基于AspenPlus的化工热力学教学-均相性质计算

软件来完成,例如作者等编写的面向21世纪化工热力学(化学工业出版社,第3版)教材[1]中所提供的免费使用的计算软件ThermalCal,就为提高教学效率提供了有效的工具。

为了更好地适应热力学,以及后续的化工原理、化工设计、化工计算等课程的教学,本文探讨借助商业化的化工流程模拟软件Aspen2Plus来促进化工热力学教学。

化工热力学教学中引入Aspen2Plus具有如下优点:[2]

1.本课程计算热力学性质的原理与Aspen2Plus物性计算的原理是一致的,用该软件辅助热力学教学,能提高教学效率,简化计算过程,激发学生的学习兴趣。另一方面,Aspen2Plus的基础数据来源,那样,只知计算结果,不明所用的模型,不能分析结果。

2.许多高校的化工原理、化工设计、化工计算等课程的教学中已经采用Aspen2Plus辅助教学,化工热力学作为这些课程的基础,采用Aspen2Plus进行热力学性质计算,无疑会使得后续课程的基础更加扎实。化工热力学中性质计算可分为:均相性质计算、纯物质汽液饱和性质计算和混合物相平衡计算三大类。本文主要研究用Asp2en2Plus软件计算均相性质,另外两类性质的计算将在后续文章中介绍。

二、均相性质计算原理[1,328]

均相性质是最重要的热力学性质之一。例如,均相纯物质或定组成混合物的摩尔性质M(=V、φ等),它们是化工过U、H、Cp、S、G、A、ln

程中重要数据。由相律知,均相封闭系统的自由度为2,指定两个强度性质(如T,p)作为独立变量,由经典热力学的原理就能表达出所有的摩尔性质。

φ等性质,可得到其绝对值,对于V、Cp和ln

由经典热力学原理知,它们与独立变量之间的关系为:[1]

(1)V=V(T,P)

2ig

CP=TdV-T+CP-R2

5TVT

lnφ=ln

基于AspenPlus的化工热力学教学均相性质计算

-dVV

(3)

Z-1-lnZ+

RT　　其他的摩尔性质M(=U、H、S、G、A等)只能得到其相对值。为计算它们性质差的计算,引入偏离性质(即研究态相对于某一同温、压力为

p0的理想气体参考态的性质差)的概念,由经典

热力学原理得到的无因次偏离性质与独立变量之间的关系式为:[1]

-PdV(4)

R=Z-1+

RT∞

-PdV

(5)

+ln=lnZ+RP0R

∞

dVV

(6)

-ln=RTP0

Z-1-lnZ+

RT-dVV

(7)

-PdV　-ln=-lnZ+RTP0RTV

(8)

　　偏离性质往往用于两个组成相同的均相状态之间的性质差的计算,计算式通常如下:[1]　MT2,P2-MT1,P1=MT2,P2-MigT2,P0MT1,P1-MigT1,P0MigT2,P0-MigT1,P0

(9)

其中,右边的前两项都是偏离性质,而第三项是理想气体的性质差。

均相性质和性质差的计算,需要在由经典热力学原理得到的普遍化关系式(1)～(9)中,引入反应系统特征的模型,常用的有状态方程和Cpig模型,如PR状态方程:

-V-bVV++V-pc

(10)

其中

b=0.077796

(11)

(2)

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