轻质油品脱硫热力学计算软件开发与应用.doc

轻质油品脱硫热力学计算软件开发与应用燕山大学 田克松 王晓蕾（河北省秦皇岛市燕山大学环境与化学工程学院 066004河北省秦皇岛市燕山大学环境与化学工程学院 066004）指导教师：张伟 副教授摘 要：本文主要从热力学角度，选取轻质油品中的乙硫醇、乙硫醚、噻吩等为模型硫化合物，探索轻质油品的电化学方法脱硫可行性。热力学计算表明，不论是酸性还是在碱性条件下，硫模型化合物电解反应的标准吉布斯自由能值都大于零，为非自发反应。但是其理论分解电压普遍不高，电化学脱硫很容易实现。为了减少脱硫化学热力学计算中的繁杂的查表和大量的计算工作,使用vb6.0结合Access数据技术，开发了脱硫数据库软件。此软件可以实现物质查询、方程式配平、标准热力学函数的计算等功能。关键词：汽油；脱硫；热力学；数据库3引言热力学数据库就是热化学、计算热力学与数据库技术的结合。现在，热力学数据及其热力学计算的相关软件己成为解决材料发展、过程模拟等问题的必要手段，它广泛应用于冶金、材料、化工、石油、矿物等各学科领域。在实际生产中，人们根据需要，建立了无机热力学数据库、熔体数据库、矿物数据库、化学化工数据库等等针对性很强的多种热力学数据库。针对轻质油品脱硫化学热力学计算中的繁杂的查表和大量的计算工作,通过将有关热数据写入随机数据文件,只要输入化学反应方程式,计算机即可完成数据的查找和按菜单选择进行要求的计算。此类软件主要通过数据库编程技术，利用化学反应中的数学模型，使反应过程程序化16-18。一 数据库系统简介1 数据库简介目前化工物性数据库一般采用主流的关系数据库，而Access2003是Microsoft公司出品的小型关系数据库管理系统，它能作为独立的数据库管理系统使用，也可以产生SQL(结构化查询语言)这样的服务程序。此外，Access2003数据库还具有ODBC(Open Data Base Connectivity)特性，用户可以与很多外部数据库连接。关系型数据库的原理就是根据数据之间的逻辑关系将信息分成若干个独立的数据栈，每个数据栈存储在数据库单独的表中。表是关系数据库内核的基本对象，可把每一个实体集合看成一张二维表，即关系表。本软件采用远程数据访问对象(DAO)连接Microsoft Access，进行软件的开发。2 模型硫化合物的选取研究所用的原料油品为燕山石化公司东方红炼油厂催化裂化车间稳定塔底汽油, 其主要性质和硫化物分布分别见表2-1 和表2-23。表1 原料的主要性质密度/硫含量/沸点组分百分率RON露点10%50%90%泡点饱和烃烯烃炔烃710.931093.232457813916535.950.113.9表2 原料的主要含硫化合物及硫含量沸点产率馏分量硫化物种类硫含量38.1011.56硫醇35.8416.228.67硫醇26.885.064.33硫醇；噻吩13.437.156.63硫醇；噻吩20.556.6210.87硫醇；噻吩33.695.418.67硫醇；噻吩26.884.838.04硫醇；噻吩24.9216.6141.23硫醇；噻吩127.81从表中可以看出原料油品中以噻吩硫为主, 硫醇类、硫醚类主要集中在较低馏分,噻吩类则分布在较高馏分。所以选择硫醇、硫醚、噻吩为模型硫化合物。二 热力学数据库软件的开发思路1 需求分析考虑软件开发的主要目标、运行性能指标及运行环境以及数据描述要求，根据文献数据，建立热力学数据库，并编写程序，以便能够进行查询、更新、添加、删除等操作，对数据库进行维护以及利用数据库里的数据进行计算，并提供计算结果给热力学分析使用4。2 系统设计系统流程设计图，如图1。主控模块建立随机数据文件插入、修改随机数据文件输入反应方程式，对各物质排序从数据文件查找数据计算标准焓计算标准吉布斯函数计算平衡常数图1 系统流程图根据系统设计流程图进行软件的详细设计，软件的核心模块主要包括：1）物性数据库模块2）方程式配平模块3）计算模块 在进行热力学性质计算时，需要查阅反应物的许多物性参数。参照石油化工基础数据手册中各物质的物化性质，建立数据库，进行物性计算。3 热力学数据库软件模块(1) 数据查询模块在化学热力学计算当中，数据的查询是一项十分重要的工作，物质物理化学数据的准确性对后续的计算起决定作用。我们只需在Combo控件中输入想要查询的物质中文名称或直接在下拉框中直接选择要查询的物质，单击开始查询，在text控件中显示出查询物质的物理化学数值。此窗体仅为物质的常规性质查询窗体。单击菜单栏查询按钮，弹出物质热力学性质查询界面。此界面主要包含物质的标准摩尔焓变，标准摩尔熵变，标准热熔等，其原理和物质的常规物性数据库原理相同，这里不再赘述。由于不可能把所有物质的都尽善尽美的整理到数据库中，所以还设计了数据库的维护，主要负责数据的添加、删除和修改数据等功能。(2) 方程式配平模块使用计算机程序自动配平反应方程式要依靠化学反应的基本原理：1)反应前后任一参与反应的原子的种类和数量不变。2)原予在参与化学反应时，其最外层电子(价电子)在反应物之间的得失(转移)总数相等。以这两个原理为基础，利用求解线性方程组的方法可以实现反应方程式的配平。这样就组成了一个齐次方程组，通过求解就得出了反应方程式的化学计量系数，从而配平化学反应方程。计算机配平时，应用对字符串的操作实现。首先分解等号两边的字符串，然后找出字符串的物质数，保存在数组中，确定物质及原子个数。最后利用数学模型，配平方程式。(3) 计算模块当化学反应过程前后的物质种类、物质的量、物质所处的状态确定后，热力学计算就可以根据这些资料以及数据库中有关的数据进行相应的计算并输出结果。热力学数据如热容、焓变、熵变、吉布斯函数变计算公式如下：当焓变、熵交、吉布斯函数变当中某一个数据确定以后，也可以推算出相应的反应温度，例如：上述公式中，为物质的化学反应计量系数，反应物的计量系数为负值，生成物的计量系数为正值1。(4) 计算机程序实现 输入完方程式以后，通过命令按钮就可以开始计算过程，这个过程如下：检验方程式的完整性，是否缺乏数据；进入方程式配平的程序，直到得到配平的方程式；记录已配平的方程式；查询数据库中是否有对应物质的热力学数据；调用热力学基础数据计算程序，分别计算各物质的相应热力学数据；调用热力学过程计算公式，进行计算并显示结果。在用户输入化学方程式时，我们给出输入窗口，将计量系数、分子式、相态、温度等分别做成输入栏，避免数据的读取错误，而且方便用户修改资料。物质选择中文输入方式，且最多可以输入五种反应物、五种生成物。当反应物和生成物的数量小于五种时，为了保证输出结果的正确性，随便选择不用的物种，把它的原子系数指定为零。例如，汽油脱硫热力学反应：考虑到误差的存在，可以认为两种计算方法的计算结果是相同的，这也验证了数学模型在简化计算方面是成功的。表3 计算结果比较结果人工计算结果249.770.259软件计算249.860.261结论：在适当的时候，可以增加作图程序模块，非标准状态计算模块等对热力学数据的计算进行深度开发。以数据库中现有的热力学数据为基础，通过一定的算法和模型，实现数据库更广泛的用途6。参考文献：1 傅献彩物理化学北京：高等教育出版社，1990，134-1372 李登新，高晋生，孟繁玲电化学脱硫热力学分析煤炭学报，2002，27(3):233-2353 张静，刘红研，汪树军碳载CeO2粒子群扩展阳极用于汽油电化学催化氧化脱硫.石油学报，2007，23(2):32-354 王海川，周 云，吴宝国. 冶金熔体热力学数据库的开发. 安徽工业大学学报,2003,20(2)5 孙会霞，职桂珍线性方程组的基本理论在配平化学方程式中的应用郑州轻工业学院学报(自然科学版)，2001，16(4)：68-716 胡龙桥配平化学反应方程式的矩阵方法天津师大学报(自然科学版),1997,17(2):63-667 Schucker ,Robert Charles ,Baird J r , et a1. Electrochemical oxi2dation of sulfur compounds in naphtha using ionic liquids. US Pat Appl ,US 62