第1章-化工物性数据和平衡数据.ppt

2020/5/3,1,化学工程系化工教研组,计算机化工应用,2,课程说明,3,化学工程师的任务,4,课程开设目的,化工过程十分复杂，其原因在于影响因素繁多，主要归纳为三大类：化合物物性参数；化工过程操作参数；化工设备的尺寸参数。因此化工计算机计算需要以三个方面的知识作为基础。化工的知识；数值计算方法；计算机语言的编程能力。本课程把这三方面的内容紧密结合起来，培养同学们化工计算机应用所需的分析、建模、计算和编程的能力。,5,第1章化工物性数据和平衡数据,化学工程特点：到目前为止，在CAS录的化学物质就已经超过了6000万种，他们的各种性质加上多元体系的性质，可以说是一个无边无际的数据海洋。化工生产、工程设计、科学研究和工艺技术的开发等都需要大量准确、可靠的物性数据。设计常常要用三分之一的工时查找、筛选和估算物性数据。化工流程模拟软件的广泛应用及其模拟计算中，物性数据的计算占据了举足轻重的地位。因此开发化工物性数据库软件，为广大用户提供了一种方便快捷的化工物性数据查询，和物性数据估算工具已显得十分必要。本章主要简绍化工数据库或物性计算子程序的建立方法，以及物性数据和平衡数据的计算方法。,6,1.1化工物性数据库简介,化工物性数据库是根据化学工业的特点，针对大量物性数据资料，利用化学工程、热力学、应用数学和计算机软件等多学科综合技术而建立的数据信息文件系统。组成：纯物质的基础物性数据和混合物的有关数据；数据来源信息；物性推算系统；计算方法模块库；数据加工处理系统；主调度管理系统。,7,1.1.1化工物性数据库开发目的及意义,化工物性数据属于科学数据的范畴。化工物性数据分成两大类：一类是数据型数据，其特点是数据是固定的，不随物质的状态改变而改变，如水的分子量、压缩因子、常压沸点等数据；另一类是数值型数据，它的特点是其值随物质状态的改变而改变，如水的比热、导热系数、饱和蒸气压等数据随水所处的温度不同而不同。利用先进的计算机数据库查询技术，为数据的查询和估算提供完美的解决方案，大大节省了繁重费时的计算查询工作量。化工物性数据库软件的应用，不仅可以使研究人员集中精力投入产品研发，加快研发的速度；也可以使工程设计人员节约大量的计算工作，使工程设计更加完善，更具有市场竞争力。,8,1.1.2化工物性数据库发展趋势,随着网络技术及计算机性能的不断提升，化工物性数据库也呈现新的发展趋势。大型化专用化软件开放化,9,1.1.3专业搜索引擎,1、科学科技信息专用搜索引擎,10,Scirus是ElsevierScience公司开发的互联网上最全面、综合性最强的科技文献搜索引擎。ElsevierScience公司出版的期刊是世界上公认的高质量学术期刊，已有100多年的历史。Scirus采用最新的搜索引擎技术，可以检索16700万个科技网页，被誉为最好的专业搜索引擎。,1、SCIRUS,11,2、ChemFinder,Chemfinder化学搜索器是免费注册使用的数据库，是目前网上化合物性质数据最全面的资源。可通过分子式、化学物质名称、分子量或化合物的结构片段来检索，检索结果包括化合物的同义词、结构图形及物理性质，如熔点、沸点、蒸发速率、闪点、折射率、CAS登记号、比重、蒸汽密度、水溶性质及特征等。该数据库目前含有75000种化合物的数据，其中包括几千种最常见化合物的详细资料。使用起来方便、简单。,12,3、化工引擎网,查询数十万家的化学化工产品供应商的网站，排除各种干扰信息，而且覆盖的内容每天都在继续扩大。可以查询上万种的化学物质以及材料的理化性质、毒性、用途（中文），以及数千种化学品的中文MSDS。技术问题讨论，你能感受到很多从事化学化工行业多年的人员跟你进行交流和热心提供帮助。非常丰富的最新化学化工资讯。化学化工资源丰富，有较多化学化工方面的软件和数据供您免费下载。,13,1.1.4重要的化学化工综合网站,1、SciFinderScholar（化学文摘网络版）2、CrossFireBeilstein（贝尔斯登有机化学数据库）3、美国化学学会全文数据库网址/4、ScienceDirect电子期刊数据库5、英国皇家化学学会/6、WileyInterScience：,14,7、Springer网址:http:/link.springer.de/(德国)8、OCLC(OnlineComputerLibraryCenter)，/9、美国(umi)ProQuest博士论文全文，网址:,1.1.4重要的化学化工综合网站,15,1、SciFinderScholar,SciFinderScholar是美国化学学会（ACS）旗下的化学文摘服务社CAS（ChemicalAbstractService）所出版的化学资料电子数据库学术版。其中的CAPLUS是CA的网络版，它是全世界最大、最全面的化学和科学信息数据库。SciFinder在线数据库每天更新数千条记录，更整合了Medline医学数据库、欧洲和美国等50家专利机构的全文专利资料、它可以透过网络直接查看“化学文摘”1907年以来的所有期刊文献和专利摘要；以及四千多万的化学物质记录和CAS注册号。到目前为止,SciFinder已收录文献量占全世界化工化学总文献量的98。另外，它还有分子式、反应式和结构式（包括亚结构）检索、核酸和蛋白质序列检索等多种功能。它超越了一般检索工具的范畴，而成为研发人员不可或缺的研发工具。,16,2、CrossFireBeilstein,CrossFireBeilstein是世界上最大的关于有机化学数据的数据库，数据来源于175种期刊，已收录9百多万个化合物和9百多万个反应。CrossFireBeilstein能帮助有机化学研究人员形成新思路、设计合成路径（包括起始原料和中间体）、确定生物活性和物理性质、了解外界环境对化合物的影响.主要数据的索引分为3部分：化学物质部分收集了结构信息及相关的事实和参考文献，包括化学、物理和生物活性数据；反应部分提供化学物质制备的详细资料，帮助研究人员用反应式检索特定的反应路径；文献部分包括引用、文献标题和文摘，化学物质部分和反应部分的条目与文献部分有超链接。,17,3、美国化学学会全文数据库,ACS一直致力于为全球化学研究机构、企业及个人提供高品质的文献资讯及服务，在科学、教育、政策等领域提供了多方位的专业支持，成为享誉全球的科技出版机构。ACS的期刊被ISI的JournalCitationReport(JCR)评为：化学领域中，被引用次数最多之化学期刊。可检索自1879年迄今电子期刊，几乎是从每一期刊的创刊号起至今的内容。,18,4、ScienceDirect电子期刊数据库,Elsevier出版社是世界著名学术出版公司，也是全球最大的出版商，ScienceDirect数据库是该出版社电子期刊数据库，提供Elsevier的1800多种期刊的在线检索和全文下载服务，涵盖了科学、技术以及医学领域的21个学科，其中SCI收录1393种，EI收录515种。包含农业和生物科学；生物化学、遗传学和分子生物学；环境科学；免疫学和微生物学4个专题。共420种电子期刊。回溯期为2001年至今。,19,5、英国皇家化学学会,是一个国际权威的学术机构，是化学信息的一个主要传播机构和出版商。一年组织几百个化学会议。该协会成立于1841年，由约4.5万名化学研究人员、教师、工业家组成的专业学术团体，出版的期刊及数据库一向是化学领域的核心期刊和权威性的数据库。RSC期刊大部分被SCI收录，并且是被引用次数最多的化学期刊。,20,6、WileyInterScience,Wiley公司主要出版科学、技术、医学类图书和期刊；专业和生活类图书；大学、研究生等使用的教材和其它教育资料。Wiley公司目前约有22700种书目和400多种期刊，每年出版约2000种各类印刷和电子形式的新书。,21,7、Springer,SpringerLINK所提供的全文电子期刊共包含439种学术期刊(其中近400种为英文期刊)，按学科分为以下11个“在线图书馆”：生命科学、医学、数学、化学、计算机科学、经济、法律、工程学、环境科学、地球科学、物理学与天文学，是科研人员的重要信息源。,22,8、OCLC,全名：OnlineComputerLibraryCenter是世界上最大的提供文献信息服务的机构之一，FirstSearch是它推出的一个联机信息检索服务系统,是一个综合性较强的数据库，大部分文章都有全文。,23,9、美国(umi)ProQuest博士论文全文,成立于1938年，是全球最大的信息存储和发行商之一，也是美国学术界著名的出版商，它向全球160多个国家提供信息服务，内容涉及商业管理、社会科学、人文科学、新闻、科学与技术、医药、金融与税务等。其出版物包括18，000多种外文缩微期刊、7000多种缩微报纸、150多万篇博士/硕士论文、20多万种绝版书及研究专集：从1980年起该公司开始电子出版物的制作与发行：如光盘数据库、磁带数据库、联机数据库等。,24,10、中国期刊网,中国期刊全文数据库（CJFD）中国优秀博硕士学位论文全文数据库（CDMD）中国重要报纸全文数据库（CCND）中国医院知识仓库（CHKD）,25,11、重庆维普网,目前已收录1989-1999出版的期刊7000种，2000年后出版的期刊12000多种。学科范围覆盖理、工、农、医、社科等。,26,12、万方数据库,科技信息子系统，包含学位论文、会议论文等；数字化期刊子系统是最常用的，全文有HTML格式和PDF格式，大多从97、98年开始。特点是以期刊为单位，集中了国内许多期刊的主页，包括投稿指南和各个杂志的简介；商务信息子系统；医药信息子系统.,27,1.1.5网上化学结构数据库、反应数据库和物性数据库,1.物性数据(,28,7.美国国立医学图书馆毒性化学物质数据(HSDB)/servlets/simple-search?1.5.08、有机化合物数据库(OrganicCompoundsDatabase),/chemistry/cmp/cmp.html9、查询物质结构性质等的网站：/chemidplus/chemidlite.jsp,29,12、化学危险品数据库(HazardousCehmicalsDatabase),/erd/13、纳米技术数据库(NanotechnologyDatabase),/nanobase/14、该网站可查询化合物的熔点、沸点、分子式、结构式、CASRN、闪点、红外光谱、生产厂家、有时还可以查到价格。15、SCI影响因子查询：,30,1.2化工物性子程序的建立,化工物性子程序是将化工计算过程必需的一些物性数据以一定的结构存放计算机程序中，供主程序运行过程中随时调用。对应于特定的化工过程计算，数库的物性数据量只需要满足要求即可，连接太大的数据库会延长计算时间。,31,1.2.1数据型数据子程序,这类数据库相对比较简单，只要知道物质的名称就可以查询所需的物性数据。如需知道某物质在常压下的沸点、熔点、临界参数等数据，对数据库只需一个查询系统，无需计算。,表1-1苯、甲苯、乙苯等物性数据,32,C语言程序：调用临界参数,#includestdio.h#includestring.hfloatarene(char*m,char*n)#defineNh8#defineNl6FILE*in;charstr080,str180;inti,j,i1,j1,cmp;staticintpd=0;staticcharpropertyNh80;staticcharsubstanceNl80;staticfloatcriticalNlNh;if(pd=0)in=fopen(critical.txt,rt);fscanf(in,%s,str0);fscanf(in,%s,str1);for(i=0;iNh;i+)fscanf(in,%s,propertyi);for(j=0;jNl;j+)fscanf(in,%s,substancej);for(i=0;iNh;i+)fscanf(in,%f,j1=-1;for(j=0;jNl;j+)cmp=strcmp(m,substancej);if(cmp=0)j1=j;if(j1=-1)printf(%snotexist!n,m);if(i1=-1)|(j1=-1)return-99999.9;elsereturncriticalj1i1;voidmain()floatcritical;char*str1,*str2;str1=benzene;critical=arene(str1,Tb);printf(%s=%fn,str1,critical);str1=m-xylene;str2=Omg;critical=arene(str1,str2);printf(%s的%s=%fn,str1,str2,critical);str1=o-xylene;str2=Zc;critical=arene(str1,str2);printf(%s的%s=%fn,str1,str2,critical);,33,1.2.2公式计算数值型子程序,化工过程中的物性数据大部分与系统的状态有关，一般在低压条件下，压力的影响比较小，所以可以认为是温度的函数.常用的物性如：密度、黏度、比热容、汽化潜热、蒸气压、导热系数、表面张力等都是温度的函数。经过多年化工物性数据的积累，许多文献和手册已经把这类化工物性数据关联成计算公式。,34,恒压比热容式中A、C、E物质热容随温度变化的拟合参数，温度T/K。注：当缺乏数据时，可用基团结构加和法进行估算。,35,密度气相：低压时可用理想气体状态方程；液相：式中A、B、n计算系数，可在附录中查取；TC临界温度，K。,36,导热系数气相：液相：蒸汽压气化潜热表面张力,37,粘度气相：液相：表1-2苯、甲苯、乙苯等液相粘度计算公式参数,38,苯和乙苯气液态粘度随温度变化图,39,#includestdio.h#includestring.h#includemath.hfloatmu(char*m,floatt)#defineNh4#defineNl6FILE*in;inti,j,j1,cmp;staticfloata,b,c,d,muf;staticintpd=0;staticcharsubstanceNl80;staticfloatviscosityNlNh;if(pd=0)in=fopen(viscosit.txt,rt);for(j=0;jNl;j+)fscanf(in,%s,substancej);for(i=0;i0,通常Gij不等于Gji,Gii=Gjj=1aij为二元交互作用能量参数,56,二元溶液的Wilson方程,57,NRTL（Non-RandomTwoLiquid）方程,58,解：分别计算两个