第3讲-物性估算与热力学模型的选择和使用

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第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用

第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用

02
热力学模型的分类与选择
热力学模型的分类
1 2
物质平衡模型
基于质量守恒原理,通过物质平衡方程来描述 系统内各物质的变化情况。
能流模型
基于能量守恒原理,通过能流方程来描述系统 内能量的转化和传递情况。
3
热力学过程模型
基于热力学第二定律,通过热力学过程方程来 描述系统内热力学过程的变化情况。
热力学模型的选择依据
在流程模拟中,热力学模型是关键的一部分,它用于描述物 质和能量传递的过程,以及它们之间的相互作用。
热力学模型的基本概念
热力学模型是用于描述热力学系统中的物质和能量传递、 转化和平衡的数学模型。
它通常包括质量传递、能量传递和动量传递等部分,用于 描述系统内部各部分之间的相互作用和传递过程。
课程目标和内容概述
要点三
误差评估与修正
为减小误差,需要对流程模拟中的误 差进行评估和修正。例如,可通过对 比模拟结果与实验数据来评估误差程 度,并采用修正系数等方法对模型进 行修正。
05
热力学模型在工业应用中的案例分析
案例一:石油化工过程的热力学模型应用
总结词:精准预测
详细描述:在石油化工过程中,热力学模型 被广泛应用于物性计算、过程模拟以及优化 控制。通过引入状态方程,热力学模型能够 精准预测流体性质、相平衡以及传热过程,
数据可靠性
根据数据可靠性不同,选择不同类型 的热力学模型。如果数据可靠性较高 ,可以选择较为精确的模型;如果数 据可靠性较低,可以选择较为简单的 模型。
不同类型热力学模型的应用范围
物质平衡模型
01
广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域,用于模拟物质传
递和转化过程。
能流模型

第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用

第3讲-流程模拟中热力学模型的选择和使用

热力学模型重要性
热力学模型在流程模拟中的作用
在流程模拟中,热力学模型用于描述流体和固体的性质,以及能量和物质的 传递过程。
热力学模型对于模拟结果的影响
热力学模型的准确性直接影响了流程模拟结果的准确性和精度。不同的热力 学模型会有不同的预测结果,因此选择合适的热力学模型非常重要。
02
热力学模型种类及特点
根据实际需求选择
根据实际需求,选择精度高、计算速度快、稳定性好的热力学模型。
参数拟合与校准
参数拟合
根据实验数据,采用合适的方法拟合模型参数。例如,最小二乘法、梯度下 降法等。
校准
对模型进行校准,以减小模型预测结果与实际实验数据的误差。可以采取交 叉验证等方法进行校准。
模型验证与误差分析
模型验证
使用未参与参数拟合的实验数据验证模型的准确性。可以选择若干个具有代表性 的实验数据进行验证。
艺优化提供依据。
案例二:合成氨工业流程模拟
合成氨工业是重要的基础化工产业之一,其生产过程需要高温、高压条件和高精 度的工艺控制。
通过流程模拟,可以优化生产过程,提高合成氨的产量和生产效率,降低能源消 耗和生产成本。
在合成氨工业流程模拟中,热力学模型可以用来预测和模拟各种化学反应和传递 过程,为工艺优化提供依据。
工艺过程的特性
不同的工艺过程需要选用不同的热力学模 型。例如,对于化学反应过程,可能需要 选用化学反应动力学模型;对于传递过程 ,可能需要选用传热、传质相关的模型。
VS
物质的特性
不同物质的热力学性质往往存在较大差异 ,需要根据物质的特性选择合适的模型。 例如,对于高分子材料,可能需要选用分 子热力学模型。
装置规模
装置规模的大小会影响热力学模型的选择。对于大型装置, 热力学模型的选择应该更加严格和精确,以避免误差的放大 。

热力学物性估算方法

热力学物性估算方法

每项物性有各自的多种估算方法; 同一类型的估算方法又用于不同的物性项; 目前,实用的估算方法主要是对应状态法和基团 贡献法; 此外还有参考物质法和物性间的相互估算法。

8.1 热力学性质估算思路
8.1.1 性质估算应满足的条件
(1) 能够提供纯物质及其混合物在必要条件范围内可靠的热 力学性质数据,误差较小(<5%); (2) 估算数据仅需要少量的输入数据,所依据的物性必须是 精确而容易得到的; (3) 计算过程不宜太复杂,易学易用(已适当放宽); (4) 估算方法尽可能对一类物质具有通用性,对不同物质的 分类不宜太多; (5) 标注明确估算数据可能的误差; (6) 在拟合估算公式中的参数时,应选择尽可能多且比较精 确的实验数据,对出现的较大偏差应多从估算公式中解决。 虽然目前尚无完全满足上述条件的估算方法,但并不影响 物性估算方法的应用价值。
Tm 178.17 Tb 409.34 pc 36.09 Vc 374

2 1

pc 0.113 0.0032 18 0.0051
618 .86( K ) Tc 617 .20
2
36.51(0.1MPa)
Vc 17.5 ni Vc ,i 17.5 358 375 .5(cm3 .mol1 )
8.1.2 物性估算基本思路
(1) 对应态原理
自范德华提出对应状态原理以来,这种方法已广泛用于状 态方程、物性估算等领域。对应态原理认为,对比压力、对比 温度都相同的任何两物质都有相同的体积 。现在该法已在较多 物性关联公式中应用,特别在对气体物性数据,如粘度、导热 系数、扩散系数等的估算和关联。
Tm 122 ni Tm,i 122 83.84 205 .84( K ) Tb 198 .2 ni Tb,i 198 .2 211 .12 409 .32( K )

热力学及流体力学模型建立与应用

热力学及流体力学模型建立与应用

热力学及流体力学模型建立与应用热力学和流体力学是物理学中非常重要的两个分支,研究的对象都是物质在不同环境下的运动和变化。

两者虽然有区别,但又是相互联系的,所以在建立模型时也需要进行综合考虑。

下面就来探讨一下热力学及流体力学模型的建立和应用。

热力学模型建立热力学研究的是物质的热现象,如温度、热量、热功等。

在建立模型时,需要考虑物质的性质和环境因素。

例如,如何描述物质的热稳定性,在特定温度下物质的热容和比热等。

同时,还需要考虑可逆和不可逆过程的区别,以及热力学定律和方程的应用。

例如,熵增定律、热平衡方程、热力学第一定律等。

应用方面,热力学模型可以用于热力学系统中的能量变化、热量转移、功率的计算。

例如,工业生产中的物质热力学性质的分析、热机和制冷机的热效率、太阳能的利用等都需要用到热力学模型。

此外,热力学还可应用于化学反应和生物体系中能量转移和变化的计算。

流体力学模型建立流体力学研究的是流体力学现象,如物质在流场中的运动、流体力学特性、飞行器空气动力学性能等。

在建立流体力学模型时,需要考虑物质本身的特性和环境因素。

例如,流体的单相或多相性质、流动时的惯性、压力、摩擦等。

此外,还需考虑一些流体力学原理的应用,如质量守恒、动量守恒、能量守恒等。

应用方面,流体力学模型可应用于工业生产中的流体输送、喷雾、喷淋、分离器、离心泵等流体力学设备的设计和优化。

同样,流体力学模型也广泛应用于航空、汽车工业中,如空气动力学的预测、汽车空气动力学测试等。

综合应用热力学模型和流体力学模型的应用常常会出现交集和耦合作用。

举例来说,在生产过程中可能需要通过加热或冷却来控制物质的流量,此时不仅需要考虑流体力学的运动,还需考虑物质的热稳定性和传热特性。

因此,在这种情况下,需要使用热力学和流体力学模型的结合。

此外,还有液态金属的结晶、生物流体的研究等,都需要热力学和流体力学模型的结合。

总之,热力学和流体力学是物理学非常重要的研究分支,研究的对象都是物质在不同环境下的运动和变化。

热力学模型在材料性质评价中的应用

热力学模型在材料性质评价中的应用

热力学模型在材料性质评价中的应用材料科学中,材料的性能对于材料设计以及应用至关重要。

材料工程师需要对材料的各种特性进行深入的了解,以便更好的调控材料的性能。

热力学模型被广泛用于材料性质的评价和理解。

本文将介绍热力学模型在材料性质评价中的应用。

热力学模型是一种用于描述物质特性的模型。

它可以帮助工程师对材料进行深入的了解。

目前,热力学模型在许多材料科学领域中都得到了广泛的应用。

下面我们就从其在材料性质预测、目标材料预测和实际应用中的应用三个方面来进一步阐述热力学模型在材料性质评价中的作用。

材料性质预测材料性质预测是热力学模型最为重要的应用之一。

热力学计算通常包括热力学库、相图和材料计算软件,这些都为工程师提供了一个可控的平台来预测材料的性质。

其中,热力学库包含了大量的化学计量数据和物理量,可以被用来确定热力学平衡和驱动力。

相图是材料相变行为的图形表示,可以被用来确定熔点、析出和晶化等信息。

材料计算软件则是负责执行模拟和计算任务的程序。

材料性质的预测可以根据不同的物理参数进行分析。

常见的预测参数包括温度、负载、性质等。

热力学模型可以采用多种途径进行计算,例如Gibbs自由能、化学势、热容和熵等。

其中Gibbs自由能是热力学模型预测材料性质的的关键参数之一,它代表了系统中的可用能量。

这些自由能数据可以被用来计算材料的热力学性质、热扩散、热分解行为和相变等。

目标材料预测目标材料预测是热力学模型另一个重要的应用。

目标材料预测是一种预测新材料性质的方法,它通常使用数据挖掘算法和机器学习技术来分析。

热力学模型可以被用来评价新材料的可能性。

例如,可以使用热力学模型来模拟材料的相变行为,进而选择最适合的材料结构来满足应用要求。

在目标材料预测中,热力学模型的主要用途是在候选材料中筛选出具有最佳性能的材料。

热力学模型可以与机器学习算法结合使用,以提高预测精度。

例如,可以使用模型来预测新材料的衡量指标,如硬度、粘度和热传导性等。

热力学模型的建立与应用

热力学模型的建立与应用

热力学模型的建立与应用热力学是研究热现象和其它相关现象的科学,也是化学、物理、材料科学等学科的重要基础。

热力学模型可以帮助我们理解和预测物质的行为,从而有助于我们改进工业制造、环境保护、能源利用和材料研发等领域。

本文将介绍热力学模型的建立与应用。

一、热力学模型的基本概念热力学的基本概念包括系统、热力学状态和热力学过程。

系统是指研究对象,可以是一个物质样品、一台发动机、一个生物体或整个地球等。

热力学状态则是描述系统的性质和特征的方式,包括温度、压力、物质组成等。

热力学过程则是系统从一个状态转变为另一个状态的方式和过程。

热力学模型是建立在这些基本概念基础上的数学描述。

它通常包括物态方程、热力学函数、热力学定律等内容。

物态方程是描述物质状态(如温度、压力、物质组成等)与物态之间关系的方程。

最著名的物态方程是理想气体状态方程:PV=nRT其中,P是气体的压力,V是气体的体积,n是气体的摩尔数,R是气体常数,T是气体的温度。

这个方程可以描述理想气体的状态,并且被广泛应用于工程和科学领域中。

热力学函数是关于系统状态和过程变化的函数,最常见的包括内能(U)、焓(H)、自由能(F)和吉布斯自由能(G)等。

这些函数可以提供系统能量和热学性质的定量信息。

热力学定律则是热力学的基本原理,包括能量守恒定律、熵增定律等。

这些定律规定了热力学过程的基本规律,可以帮助我们理解物质的行为。

二、热力学模型的应用热力学模型可以应用于多种领域。

以下分别介绍一些典型的应用。

1. 工业制造热力学模型可以帮助工程师理解材料的热学行为,并且为优化生产和降低成本提供信息。

例如,在炼油厂中,热力学模型可以帮助工程师设计出最佳的加热和冷却系统,以便提高产量和节约能源。

在制造金属材料时,热力学模型可以帮助工程师确定最佳的加热和冷却过程,从而获得最优的材料性能。

2. 环境保护热力学模型可以应用于环境保护,帮助科学家研究物质的环境行为。

例如,热力学模型可以帮助我们理解大气中的污染物是如何与水汽和气体相互作用的,从而可以预测其在环境中的行为和分布。

第3章 物性方法详解

第3章 物性方法详解

其他物性方法
SR-POLAR
Schwartzentruber-Renon
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
活度系数模型
方法
液相活度系数
基于Pitzer的物性方法
PITZER
Pitzer
PITZ-HG
Pitzer
B-PITZER
Bromley-Pitzer
基于NRTL的物性方法
ELECNRTL
VANL-HOC
Van Laar
VANL-NTH
Van Laar
VANL-RK
Van Laar
VANL-2
Van Laar (using dataset 2)
基于WILSON的物性方法
WILSON
Wilson
WILS-HOC
Wilson
WILS-NTH
Wilson
理想模型
理想物性方法 IDEAL SYSOP0
K值计算方法 Ideal Gas/Raoult's law/Henry's law Release 8 version of Ideal Gas/Raoult's law
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
状态方程模型
方法
状态方程
基于Lee方程的物性方法
3.2 Aspen Plus中的主要物性模型
基于UNIQUAC的物性方法
UNIQUAC
UNIQUAC
UNIQ-HOC
UNIQUAC
UNIQ-NTH
UNIQUAC
UNIQ-RK
UNIQUAC
UNIQ-2
UNIQUAC (using dataset 2)
基于VANLAAR的物性方法

高中物理巧选物理模型求解热学估算题学法指导

高中物理巧选物理模型求解热学估算题学法指导

高中物理巧选物理模型求解热学估算题在分子动理论、能量守恒内容的习题中,有一类估算题在考试中出现的频率较高,求解这类问题的关键是选择恰当的物理模型,解答过程需要把握以下几个要点:1. 建立适当的物理模型。

将题给的现象突出主要因素,忽略次要因素,将研究对象抽象成理想化模型。

2. 挖掘赖以进行估算的隐含条件。

有的估算题文字叙述很简洁,已知条件比较隐蔽,只有通过认真审题,仔细推敲,才能从字里行间中挖掘出隐蔽的已知条件。

3. 寻找估算的依据。

根据所建立的物理模型,寻找相关的物理规律,揭示出题设条件与要求回答的问题之间存在的物理关系,作为估算的依据。

4. 阿伏加德罗常数是联系宏观量(如体积、质量、密度)和微观量(如分子的直径、体积、质量)的桥梁,用它可以估算分子直径、分子质量以及固体或液体分子的体积。

一. 分子的微观模型1. 液体分子模型例1:已知水银的密度ρ=⨯1361033./kg m ,水银的摩尔质量M kg mol =02./,求:(1)13cm 的水银中有多少个水分子?(2)估算一个水银分子的线度多大?解析:(1)方法一:由密度ρ和摩尔质量M 可求出摩尔体积V 0,从而求出13cm 水银的摩尔数,再乘以阿伏加德罗常数,即为分子个数。

水银分子的摩尔体积 V Mm mol m mol 0335********1510==⨯=⨯-ρ.././ 故水银分子个数为n N V V A ==⨯⨯--0651101510.⨯⨯6021023.个=⨯401022.个 方法二:由密度ρ和体积V 可求出水银的质量,从而由摩尔质量和质量求出摩尔数,再乘以阿伏加德罗常数,即为分子个数。

水银分子的质量m V kg kg ==⨯⨯⨯=⨯--ρ1361011013610363.. 故水银分子个数为n m M N A ==⨯⨯⨯=⨯-136100260210411032322....个个 (2)设每个水银分子相当于一个立方体,水银就是由这样的立方体一个挨一个构成的,设此立方体的边长为a ,则a V N A 30=,故水银分子的线度大小(即立方体的边长)为 a V N m m A ==⨯⨯=⨯--035233101510602102910... 2. 固体分子模型例2:已知铜的密度为891033./⨯kg m ,铜的原子量为64,通过估算可知每个铜原子所占的体积为( )A. 71063⨯-mB. 1210293.⨯-mC. 110263⨯-mD. 810243⨯-m 解析:假设铜原子的排列是一个紧挨着一个,设有1m o l 的铜,则其质量M kg mol =⨯-64103/故每个铜原子所占的体积为V M N m m A 03323329364108910602101210==⨯⨯⨯⨯=⨯--ρ...,选B 项。

aspen物性估算

aspen物性估算
气相 液相 Tc(K) Pc(kPa) 0.202 0.187 308.3 6140.8 0.184 0.538 0.483 282.4 5036.3 0.085 0.260 0.330 305.4 4884.3 0.098 S-R-K 方程求得的气相 Z 为 0.7934,液相 Z 为 0.2245; Lee-Kesler 方程的起始值取 Z = 0.9 时,经四次迭代,得到气相 Z 为 0.7638,液相 Z 为 0.7622。 Lee-Kesler 方程和 S-R-K 方程求得气相压缩因子相近,而液相的压 缩因子有较大差异。Lee-Kesler 方程 可以给出更准确的液相密度。
Wilson 方程(用于完全互溶系和非理想溶液的汽-液平衡)、NRTL 方程
方程(可用于互溶和部分互溶物系
液-液平衡)、UNIQUAC 方程和 UNIFAC 方程(可用于极性和非极性多元
混合物系的汽-液和液-液平衡)。
Wilson 方程:
Wilson 方程运用局部组成方法,
Wilson 方程的主要缺点是不能用于部分互溶的系统,也不能用于液 -液相平衡。 UNIQUAC 方程:
物质 r q(q')
物质 r q(q')
四氯化碳 3.33 2.82
甲乙酮 3.25 2.88
氯仿 2.70 2.34
二乙胺 3.68 3.17
甲酸 1.54 1.48
B-W-R 方程有 8 个常数,对气、液态烃类都能准确地预测。
常数
取决于物质本身。
Lee-Kesler 方程:
Lee 和 Kesler 应用对比状态原理将 B-W-R 方程转变为通用形式,它
可以估算包括非烃类在内的许多化合
物的性质。对所有化合物,除了临界性质和偏心因子以外,仅需一组常

《ProII与化工过程模拟》第3讲流程模拟中热力学模型的选择和使用.ppt

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Ki
iL iL iV
主要用于:非理想化学体系,芳烃萃取等
13
2020/9/9
3.5 电解质体系
当体系中存在电解质时使用 E-NRTL方程
14
2020/9/9
3.6 聚合物体系
用于聚合体系 Flory-Huggins UNIFAC Free Volume Advanced Lattice model
1.4 热力学模型使用不当也会产生错误结果
热力学性质计算的准确程度由模型方程式本身和它的用 法所决定,即使选择了恰当的热力学模型,如果使用不 当,也仍然会产生错误的结果.热力学模型的使用往往 涉及原始数据的合理选取、模型参数的估计、从纯物质 参数计算混合物参数时混合规则的选择等问题,需要正
确处理.
流程模拟中热力学模型的选择和使用
《ProII与化工过程模拟》第 3 讲
概要
过程模拟中热力学模型的选择的重要性
热力学模型解决的问题
热力学模型种类
热力学模型选择的决策树
2
2020/9/9
1 过程模拟中热力学模型的选择的重要性
1.1 过程模拟者必须选择合适的热力学模型
在使用模拟软件进行流程模拟时,用户定义了一个流程 以后,模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算 法方面的问题,而热力学模型的选择则需要用户作决定 流程模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质 的计算,迄今为止,还没有任何一个热力学模型能适用 于所有的物系和所有的过程.流程模拟中要用到多个热 力学模型,热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算 结果的准确性、可靠性和模拟成功与否
关于流体密度、温度、压力和组成的数学表达式。
可计算组分的相平衡常数、焓和熵的过度值等等。
最常见的状态方程:理想气体方程、范德华方程

第3讲-物性估算与热力学模型的选择和使用

第3讲-物性估算与热力学模型的选择和使用

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3.3 状态方程法(EOS)
关于流体密度、温度、压力和组成的数学表达 式。 可计算组分的相平衡常数、焓和熵的过度值等等。 最常见的状态方程:理想气体方程、范德华方程 SRK方程、PR方程 一般包含二元相互作用参数,来源: Pro/II数据库 内在估算工具 φiL 1 P ⎛ RT ⎞ Ki = − Vi ⎟dp ln φi = − ∫0 ⎜ P 用户提供 RT ⎝ φiV ⎠ 根据实验数据拟合 主要用于:轻烃体系,富氢体系(重整器、加氢、 脱氢反应器)
13
3.2 通用关联式法 基于相应的状态原理建立的一些经验或半 经验的关联式,一般不含有可调节的二元 相互作用参数。 Braun K-10 Grayson-Streed(GS)
φiL = φ
s iV
Pi s ⎛ 1 exp⎜ P ⎝ RT

p
pis
⎞ viL dP ⎟ ⎠
主要用于:非极性的烃类体系,低压重烃体 系(减压或常压精馏塔)
液体活度系数方法
除 UNIFAC 和 Regular Solution模型, 所有其它方法均需二元相互作用参数, 这些参数是从实验数据回归而得; 当组分是超临界组分时,不能使用活度 系数法,需采用亨利定律; 当超临界组分含量较大时,缺省的焓值 计算方法为理想气体方法.
推荐
非理想体系: NRTL (VLE or VLLE) with FILL=AZEOTROPE, UNIFAC 含离子系统: Electrolytes 强酸 (95+%) : NRTL 环保气提塔: Henrys with NRTL or CEOS
23
液体活度系数模型
优点: 有效的关联化学品系统在低压下的性 质; 容易使用无限稀释活度系数数据; 可根据基团贡献进行预测; 许多物系的二元相互作用参数可从 DECHEMA 丛书中查出;

热力学物性估算方法

热力学物性估算方法

热力学物性估算方法热力学物性估算方法是指在缺乏实验数据的情况下,通过计算或模型来估计物质的热力学性质。

热力学物性估算方法在化工工程、材料工程、环境科学等领域中具有重要的应用价值。

本文将介绍几种常用的热力学物性估算方法。

1.固体热容估算方法固体热容是指单位质量固体在温度变化下的热容量。

根据普遍公认的Dulong-Petit法则,理想情况下,固体的摩尔热容等于3R,其中R为气体常数。

因此,可以通过使用Dulong-Petit法则进行固体热容的估算。

然而,对于非理想的固体,Dulong-Petit法则并不适用。

因此,还可以使用经验公式或理论模型来计算固体热容,如Einstein模型和Debye模型等。

2.液体密度估算方法液体密度是指单位体积液体的质量。

液体密度的估算方法有很多种,其中最简单的方法是使用经验公式。

例如,在化工工程中,常用的液体密度估算公式是Kaye and Laby公式,即density = a + bT + cT^2 +dT^3,其中a、b、c和d为经验常数,T为温度。

另外,也可以使用理论模型如Van der Waals方程来估算液体的密度。

3.气体黏度估算方法气体黏度是指气体内部分子之间的相对运动所产生的阻力。

气体黏度的估算方法有很多种,其中较常用的方法是使用经验公式。

例如,Stokes 公式可以用于估算低速流动气体的黏度,而Iwai公式可以用于估算高速流动气体的黏度。

此外,理论模型如Chapman-Enskog理论和Lennard-Jones势能模型也可以用于气体黏度的估算。

4.溶液热容估算方法溶液热容是指单位质量溶液在温度变化下的热容量。

溶液热容的估算方法有很多种,其中常用的方法是使用经验公式。

例如,在化工工程中,可以使用Margules方程或二元显示系数公式来估算溶液的热容。

另外,流行的理论模型如SRK方程和NRTL方程也可以用于溶液热容的估算。

总之,热力学物性估算方法在工程实践中具有重要的应用价值。

物性估算模型aspenplus入门

物性估算模型aspenplus入门
第 6 页
关联式参数
物性 ANTOIN 蒸汽压关联式参数 理想气体热容关联式参数 WASTON 关联式参数 RACKETT 液体容积方程关联式 CAVETT 综合方程参数 CAVETT 综合关联式参数 SEALCHASD-HILDEBRNUD 方程参数 标准液体容积方程参数 水溶解度方程参数 AUDRADE 液体年度关联式参数 代号 PLXANT CPIG DHVLWT RKTZRA DHLCAT PLCAVT VLCVT1 VLSTD WATSOL MULAND 参数个数 9 11 5 1 1 4 1 3 5 5
物性估算模型 ASPEN PLUS 入门
汤吉海 2006 年 8 月
第三章
ASPEN PLUS 的物性数据库及其应用
3. 1 基础物性数据库 3. 2 物性预测模型 3. 3 物性估算系统 3. 4 实验数据处理系统(模型参数回归)
第 2 页
3.1 基础物性数据库
A SPEN PLU S 物性数据库的数据包括离子种类 、二元交互参数、离子反应所需数据等。共 含 5000 个纯组分、 40000 个二元交互参 数、 5000 个二元混合物及与 250000 多个混 合物实验数据的 D ETH ERM 数据库接口和与 I nhouse (内部)数据库接口。 系统数据库 用户数据库
第 7 页
功能团参数
物性 UNIFAC 方程功能团的 Q 参数 UNIFAC 方程功能团的 P 参数 UNIFAC 方程功能团的相互作用参数 代号 GMUFQ GMUFP GMUFB
第 8 页
3.2 ASPEN PLUS 的物性方法和模型
类别 详细内容 状态方程模型 活度系数模型 蒸汽压和液体逸度模型 汽化热模型 摩尔体积和密度模型 热容模型 溶解度关联模型 其它 粘度模型 导热系数模型 扩散系数模型 表面张力模型 一般焓和密度模型 煤和焦碳的焓和密度模型

第3讲-化工模拟软件ProII 物性估算与热力学模型的选择和使用

第3讲-化工模拟软件ProII 物性估算与热力学模型的选择和使用

fi = fi
L
V
yi ϕiL γ i f i oL K= = V = V xi ϕi ϕi
•fioL -标准态逸度,定义为:
fi
oL s ⎤ ⎡v = Φ i P exp ⎢ i (P − Pi )⎥ i ⎣ RT ⎦ s s L
8
3 热力学模型种类
理想方法 通用关联式法 状态方程法 活度系数法 电解质体系 聚合物体系 特殊体系
《ProII与化工过程模拟》
第3讲 物性估算与热力学模型的选择 和使用
概要
1. 2. 3. 4. 5. 6.
过程模拟中热力学模型的选择的重要性 热力学模型解决的问题 热力学模型种类 热力学模型选择的决策树 二元相互作用参数 示例
2
1 热力学模型选择的重要性
1.1 过程模拟必须选择合适的热力学模型
27
Example 3.2-相平衡计算
使用ProII计算1atm下的苯/甲苯二元体系的 相平衡图(温度-组成图:T-X-Y),相平 衡常数图(K-X) 使用ProII计算1atm下的乙醇/水二元体系的 相平衡图(温度-组成图:T-X-Y),相平 衡常数图(K-X)
28
Example 3.3-相平衡计算
9
3.1 理想方法 根据各纯物质的比重计算混合物的性质
估算焓和密度较为准确,但估算相平衡常数误差 较大
Pi Ki = P
s
物料的饱和蒸气压 系统总压
拉乌尔定律
10
拉乌尔定律遵循的理想条件: 溶液系统的液相是“理想混合物” 2) 汽相组分是理想气体
1)
11
3.2 通用关联式法 基于相应的状态原理建立的一些经验或半 经验的关联式,一般不含有可调节的二元 相互作用参数。 Braun K-10 Grayson-Streed(GS)

第三讲热力学模拟及选择

第三讲热力学模拟及选择

Peng-Robinson(1976)
P RT
a(T)
Vb V(Vb)b(Vb)
状态方程法
❖纯组分性质计算
物性 K值
气相焓值
方法 Ki=yi/xi=фil/ фiv
HV=Hig+(HV-Hig)
模型 EOS 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)
性参数是很重要的
预计COLUMN
5000 lbmol/hr 丙酮:10 mole % 水:90 mole %
BTMS
规定: 丙酮回收率为99.5 mole %
理想方法
11 520,000
状态方程方法
7 390,000
活度系数模型方法
42 880,000
如何建立物性
相关活度系数模型
lni
ex
Gi /
RT
Gex/RT xilni
i
随机混合假设 (Wohl’s expansion):
G ex RTqixi i
aizjizj
j
i
ai jzkizjzk. . . . .
jk
i
- Margules model - van Laar model - Redlich-Kister model
Vml=f(T)
模型 1.安托尼方程 2.亨利定律 理想气体热容模型 Watson/DIPPR蒸发热模型 理想气体定律
Rackett
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)

热力学在材料性能评估与预测中的应用

热力学在材料性能评估与预测中的应用

热力学在材料性能评估与预测中的应用材料科学与工程是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的学科,而材料性能评估与预测是其中至关重要的一环。

热力学作为一门研究能量转化和传递的学科,对于材料性能的评估与预测具有重要的应用价值。

本文将探讨热力学在材料性能评估与预测中的应用,并从热力学的角度分析材料的稳定性、相变行为以及材料的热力学性质。

首先,热力学在材料性能评估中的应用主要体现在材料的稳定性分析上。

材料的稳定性是指材料在特定条件下保持其结构和性质不发生变化的能力。

热力学通过研究材料的自由能和熵的变化来评估材料的稳定性。

例如,通过计算材料的自由能差可以判断材料在不同温度下的稳定性,从而预测材料的相变温度。

此外,热力学还可以通过计算材料的熵来评估材料的热稳定性,即在高温下材料是否会发生相变或者失去稳定性。

其次,热力学在材料性能预测中的应用主要体现在相变行为的研究上。

相变是材料在温度、压力或组分等条件改变下发生的物理或化学变化。

热力学通过研究材料的相变热、相变温度和相图等参数来预测材料的相变行为。

例如,通过计算材料的相变热可以预测材料的熔点、凝固点或者其他相变温度,从而为材料的制备和应用提供依据。

此外,热力学还可以通过构建材料的相图来预测材料的相变行为,例如预测材料在不同温度和组分条件下的相稳定性和相平衡。

最后,热力学在材料性能评估与预测中的应用还体现在研究材料的热力学性质上。

材料的热力学性质是指材料在特定条件下对能量的转化和传递的特性。

热力学通过研究材料的热容、热导率和热膨胀等参数来评估材料的热力学性质。

例如,通过计算材料的热容可以评估材料对热量的吸收和释放能力,从而预测材料的热稳定性和热传导性。

此外,热力学还可以通过计算材料的热膨胀系数来评估材料的热膨胀性,即材料在温度变化下的体积变化情况。

综上所述,热力学在材料性能评估与预测中具有重要的应用价值。

通过研究材料的稳定性、相变行为和热力学性质,热力学可以为材料的制备、性能评估和应用提供理论支持和实验依据。

流程模拟中热力学模型的选择和使用PPT共28页

流程模拟中热力学模型的选择和使用PPT共28页

40、学而不思则罔,思而不学则殆。——孔子
40、人类法律,事物有规律,这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢!
36、自己的鞋子,自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢,但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何,且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
流程模拟中热力学模型的选择和使用
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵, 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法, 总体上 来说, 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之没有公众舆论的支持,法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例,它们 迅速累 聚,进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯

流程模拟中热力学模型的选择和使用28页PPT

流程模拟中热力学模型的选择和使用28页PPT
流程模拟中热力学模型的选择和使用
61、辍学如磨刀之石,不见其损,日 有所亏 。 62、奇文共欣赞,疑义相与析。
63、暧暧远人村,依依墟里烟,狗吠 深巷中 ,鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几,倏如流电惊。 65、少无适俗韵,性本爱丘山。
16、业余生活要有意义,不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰,也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人,而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着,就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书,莫被书掌握;要为生而读,莫为读而生。——布尔沃
END
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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αij = αji
[(
) ]
β ij = β ji
Can use 3-term (a’s, b’s and α), 5-term (a’s, b’s, and α) or 8-term (a’s, b’s, c’s, α and β)
UNIFAC模型
基于基团贡献法; 优点: 根据基团结构进行预测; 当缺乏混合物数据时 , UNIFAC 模 型对化学品和烃类物质可提供有效 的预测; 能较好的描述含有极性和 / 或非极 性组分体系的VLE and LLE 行为;
3
1.2 默认的热力学模型不能保证模拟结果的 正确
如果用户不给模拟软件提供有关热力学模型选择 方面的指示,软件将自动使用默认的热力学模型 任何热力学模型都有其内含的假设和应用范围的 限制,软件中预置的默认热力学模型并不一定就 适合于用户当前所处理的系统,这样计算出来的 结果是不可靠的
4
1.3 热力学模型选择不当时模拟过程通常不会 给出出错信息
⎡ x j G ij ⎢ +∑ ⎢ τ ij − j ∑ G kj x k ⎢ k ⎣
2
∑x τ G ∑G x
l lj l kj k
lj
k
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦
τ ij = a ij + b ij T + c ij T
a ji + b ji T + c ji T 2 τ ji =
G ij = exp − α ij + β ij T τ ij
13
3.2 通用关联式法 基于相应的状态原理建立的一些经验或半 经验的关联式,一般不含有可调节的二元 相互作用参数。 Braun K-10 Grayson-Streed(GS)
φiL = φ
s iV
Pi s ⎛ 1 exp⎜ P ⎝ RT

p
pis
⎞ viL dP ⎟ ⎠
主要用于:非极性的烃类体系,低压重烃体 系(减压或常压精馏塔)
31
UNIFAC 模型
局限性: 不适于多官能团结构的物质; 分子量大于 400 的物质不适 用; 无法预测异构化影响;
32
活度系数模型 需要实验数据支持,用来确定 二元相互作用参数 需要气相压力数据 Pisat
亨利定律
超临界组分不适用于活度系数方 法,需采用亨利定律处理:
H i , mix yi Ki = = xi P
17
立方型状态方程
优点:
• • • • • •
可用于气液两相; 方程相对较简单,计算快速,省时; 覆盖温度压力范围广; 可用于临界区的K-values计算; 可处理超临界组分; 计算其它热力学性质具有热力学一致性;
18
立方型状态方程
☆局限性: • 限于非极性或轻微极性的物系;

液相密度预测准确性较差; 靠近临界区时,液相焓值计算准确 性较差;
即使用户给模拟软件提供了有关热力学模型选择 方面的指示,如果这种选择不正确,计算结果也 会不正确,有时甚至与被模拟的实际过程相去甚 远,在这一方面,不能完全依赖模拟软件提供出错 信息,而应根据自己的知识判断.
5
1.4 热力学模型使用不当也会产生错误结果
热力学性质计算的准确程度由模型方程式本身 和它的用法所决定,即使选择了恰当的热力学模 型,如果使用不当,也仍然会产生错误的结 果.热力学模型的使用往往涉及原始数据的合理 选取、模型参数的估计、从纯物质参数计算混合 物参数时混合规则的选择等问题,需要正确处 理.
14
3.3 状态方程法(EOS)
关于流体密度、温度、压力和组成的数学表达 式。 可计算组分的相平衡常数、焓和熵的过度值等等。 最常见的状态方程:理想气体方程、范德华方程 SRK方程、PR方程 一般包含二元相互作用参数,来源: Pro/II数据库 内在估算工具 φiL 1 P ⎛ RT ⎞ Ki = − Vi ⎟dp ln φi = − ∫0 ⎜ P 用户提供 RT ⎝ φiV ⎠ 根据实验数据拟合 主要用于:轻烃体系,富氢体系(重整器、加氢、 脱氢反应器)
23
液体活度系数模型
优点: 有效的关联化学品系统在低压下的性 质; 容易使用无限稀释活度系数数据; 可根据基团贡献进行预测; 许多物系的二元相互作用参数可从 DECHEMA 丛书中查出;
24
液体活度系数模型
局限性: 只能用于液相; 可用的温度压力范围很窄; 对超临界组分需采用亨利常数; 无法计算接近或在临界点时的 Kvalues; 计算其它热力学性质时无一致性;
fi = fi
L
V
yi ϕiL γ i f i oL K= = V = V xi ϕi ϕi
•fioL -标准态逸度,定义为:
fi
oL s ⎤ ⎡v = Φ i P exp ⎢ i (P − Pi )⎥ i ⎦ ⎣ RT s s L
8
3 热力学模型种类
理想方法 通用关联式法 状态方程法 活度系数法 电解质体系 聚合物体系 特殊体系
亨利常数是温度、压力和组成的函 数;
亨利定律
二元亨利常数:
ln H i , j = a ij + b ij / T + c ij ln T + d ij P
混合物亨利常数:
ln H =
n
i , mix

x i ln H
i, j
j≠ i
Henry’s Law
当选择亨利定律后,对于组分 Tc < 400 K, 会自动使用亨利定律;用户可定义溶质组分; 数据库中包括许多水中的污染物质; 需检查有无亨利系数;
15
状态方程法
K-values 计算
yi Φil Ki = = v xi Φ
i
气液两相的逸度系数均由状态 方程计算
16
立方型状态方程
Van der Waals Redlich-Kwong Soave-Redlich-Kwong Peng-Robinson (1873) (1949) (1972) (1976)
液体活度系数方法
除 UNIFAC 和 Regular Solution模型, 所有其它方法均需二元相互作用参数, 这些参数是从实验数据回归而得; 当组分是超临界组分时,不能使用活度 系数法,需采用亨利定律; 当超临界组分含量较大时,缺省的焓值 计算方法为理想气体方法.
推荐
非理想体系: NRTL (VLE or VLLE) with FILL=AZEOTROPE, UNIFAC 含离子系统: Electrolytes 强酸 (95+%) : NRTL 环保气提塔: Henrys with NRTL or CEOS
φiV
主要用于:非理想化学体系,芳烃萃取等
22
液体活度系数模型
Margules (1895) van Laar (1910) Wilson (1964) Non-random Two-Liquid (NRTL) (1968) Regular Solution (1970) UNIQUAC (1975) UNIFAC (1975)
《化工软件工程应用》
第3讲 物性估算与热力学模型的选择 和使用
概要
1. 2. 3. 4. 5. 6.
过程模拟中热力学模型的选择的重要性 热力学模型解决的问题 热力学模型种类 热力学模型选择的决策树 二元相互作用参数 示例
2
1 热力学模型选择的重要性
1.1 过程模拟必须选择合适的热力学模型
在使用模拟软件进行流程模拟时,用户定义了一 个流程以后,模拟软件一般会自行处理流程结构 分析和模拟算法方面的问题,而热力学模型的选 择则需要用户作决定 流程模拟中几乎所有的单元 操作模型都需要热力学性质的计算,迄今为止, 还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系 和所有的过程.流程模拟中要用到多个热力学模 型,热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算 结果的准确性、可靠性和模拟成功与否
25
Margules 模型
经验关联式; 二元相互作用参数与温度无关; 无数据库;
Redlich, O. and Kister, A. T., Algebraic Representation of Thermodynamic Properties and the Classification of Solutions, Ind. Eng. Chem., 1948, 40, 345348.
液体活度系数方法
Pro/II 包括了NRTL 和 UNIQUAC 方程的大量 的二元相互作用参数的数据库,是从 DECHEMA 数据库回归而得; Pro/II 还包括了恒沸物质的数据库,它可 用于采用 “fill-in” 功能,产生缺少的二元 相互作用参数; 使用 FILL=UNIFAC (VLE or VLLE)补充缺少 的二元相互作用参数. UNIFAC 将给出易于使 用的二元相互作用参数;
6
2 热力学模型解决的问题
热力学是研究能量相互转变同物料系统的状态变化之间关 系的学科。 逸度系数 相平衡常数 焓 熵 Gibbs自由能 密度 粘度 导热系数 扩散系数 均作为温度、压力和组成的函数 表面张力
7
气液平衡基本关系式
f iV = xiϕiV P f i L = xiϕiL P f i L = xiγ i f i oL
26
van Laar 模型
另一种经验关联式; 二元相互作用参数与温度无关; 无数据库;
ln γ 1 = A12 (1 + A12 A21 ⋅ x 1 x 2 ) − 2 ln γ 2 = A21 (1 + A21 A12 ⋅ x 2 x 1 ) − 2
van Laar, J. J., The Vapor Pressure of Binary Mixtures, Z. Phys. Chem.,1910, 72, 723-751.
19
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