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化工计算机辅助设计 第三讲物性数据库 化工物性数据简介化工物性数据库简介化工物性数据计算简介化工物性数据库查询系统设计 物性数据简介 数据型数据 状态 温度或压力 无关数值型数据 状态 温度或压力 有关实验数据 实验测定值 表征特定物性 模型参数 按模型从实验数据回归的方程参数 热力学性质 导热系数 粘度 扩散系数传递性质 密度或比容 压缩因子 比热容 焓 熵 自由能 生成热 反应热 以及进行汽液平衡常数计算所需的逸废系数 活度系数等等 物性估算法简介 利用热力学 统计力学 分子结构和分子物理性质的理论知识进行关联 以便在一定的范围内 在少量可靠的实验数据的基础上推算出具有一定精度 工程上允许的误差范围 的各种物质的物性数据 物性估算法的意义 1 减少 免 繁重的实验工作量 2 扩大实验结果的应用范围和使用价值 3 为选择新材料提供依据 4 流程模拟软件已经广泛地应用在化工系统 在整个模拟计算中 物性数据的计算占举足轻重的地位 半经验半理论法 1 对理想体系加以校正 2 对比状态原理相关 其原理是 对于均相纯物质 尽管物质所在的温度 压力可以不同 但只要它们处于相同的对比状态 则所有物质都表现出相同的对比性质 临界状态其他状态3 基团贡献法 也即所有的结构单元加和法 其根据的来源是 物质的某一性质是组成该物质分子的基团性质之和 基团结构 分子结构 物性参数 物性数据估算法 不论哪一种估算法 通常都要求其至少能在一定范围内同时适用于多种物质 即要求有一定的通用性 将这种方法用于某一待估物性时 只要按要求输入体现该物质特性的参数 便能计算出物性值 作为物质的特性参数 通常有两种 一是以分子结构为基础的基团结构参数 另一种是其值普遍易得的某种特定状态下的性质 如临界参数 临界压缩因子 偏心因子 正常沸点 势能参数等 作为物性估算的输入参数 其值最好是由实验得到 当没有现成的数据时 可以用估算法计算 事实上由于每种物质的各种物理性质之间存在着内在的联系 它们之间可以互相推算 用于推算的输入参数和被推算的参数本质上并非固定不变的 例如偏心因子可以由饱和蒸气压数据求得 但它也可以用来求算饱和蒸气压 通常都是由易得的去求难得的 物性数据模块 核心内容 物性关联式及物性模型基础 化工流程模拟系统中的物性数据库 专用化工流程模拟系统通用化工流程模拟系统 物性数据库应具有如下特点 1 要储有相当数量纯组分物料的物性数据 供用户按需选用 所存储的具体内容 其核心部分 通常是每种物料一系列选定的特性参数 如分子量 临界参数 偏心因子等 的数据 根据这种特性参数 就可对各项物性数据进行推算 因此 只要再配合以用来进行这样的物性推算的各种物性关联式 就可提供出每种物料的各项物性数据来 2 最好能同时备有建立在不同物性模型基础之上的多种类型的物性关联式 来进行有关的物性推算 3 须备有混合物的物性数据推算的关联式虽然为用户提供了纯组分物料的物性数据 但实际化工系统中通常出现的物料 则大潮分是名种多组分混合物 由哪怕为数不多的纯组分物料 也可搭配出数目相当惊人的不同混合物来 因此一般说来 直接存储和提供混合物的物性数据 是不现实的 解决混合物的物性数据问题的主要途径 是根据组成混合物的各个纯组分物料的物性数据 来进行推算 4 允许用户补充自己所需其他物料的物性数据 在存储纯组分物料物性数据的部分中 无论这些物料的数目有多少 也无法保证能满足各种用户在各种情况下的需要 总有用户要用到这些物料以外的其他物料 因此 允许用户补充自己所需其他物料的物性数据 很有必要 而且要使用户能以最简便的方式 作到进一点 5 除上述几项基本要求以外 还可提供其他一些要求 例如在物性数据采取什么单位制的问题上 目前国外一些常用的化工流程模拟系统 仍较多地采用了英制单位 这与推行国际单位制 SI制 的趋势不相符合 为了适应这一趋势和搞好单位制的过渡 已经有一些化工流程模拟系统 如ASPEN 允许用户在使用该系统时 任意选用包括SI制在内的几种单位制中的任何一种 这就显然将给用户带来很大方便 典型示例说明 CHESSFLOWTRANASPENPLUS CHESS中提供的物性数据 单相 汽相或液相 物料的压缩因子 具有给定压力和温度的物流的焓 具有给定压力和焓的物流的温度 泡点温度 露点温度 单相物流的熵 气液平衡常数 CHESS CHESS中储存了98种最常用的无机和有机化合物的有关数据这98基本物料被一一给予了固定的编号 例如 氢 甲烷 乙烷 丙烷 氮 氧 氨等 编号依次为1 2 3 4 46 47 63等 用户的问题中涉及的物料如果在这98种基本物料的范围内 则只须将它们的编号按照规定格式写到输入数据中即可 化工物性数据计算简介 2 反应焓变 1 vanderWaals方程 化工物性数据库查询系统设计 名称分子式 分子量 沸点 溶点数据型直接给出数值型关联式 参数及说明状态 温度 压力 作业 ACCESS或EXCEL 完成一可实现查询 计算某一状态下物质性质的数据库 VB 选择或输入物质 查询ACESS中的物性 常用数据型物性出现 其它物性可选择 同时选择一个或多个 可以选用关联式 应有关联式及提示 输入环境参数 出现结果 最好能包括模型参数 采用主程序 子程序结构 由主程序调用这些子程序 主程序调用单元模块 程序有注释行对程序进行说明 所需数据的输入 结果的输出 都应力求采取让用户容易掌握和使用 以及清晰易懂 整齐美观的方式与格式 在ACESS中建立包含物性的数据库 新建空数据库命名数据库使用设计器创建表1字段名称类型说明分子式文本分子量数字数据1数字数据2数字数据3数字点击设计创建表2定压比热容点击设计创建表3黏度 主程序 子程序结构 每个单元模型 连同它的解算方法 被编成一段子程序 有