甲基二氯硅烷-甲基三氯硅烷—二元体系汽液平衡的模拟计算

1、计算机在化学化工中的应用结课作业专业与班级 化工302 姓名 zcf 序号 成绩 甲基二氯硅烷-甲基三氯硅烷 二元体系汽液平衡的模拟计算一问题描述利用新型泵式沸点仪，在101.3KPa下测定了甲基二氯硅烷-甲基三氯硅烷苯体系以及3个二元体系在不同液组成时的沸点；对所测的二元体系数据，采用间接法由TPx推算了与之平衡的气相组成，再用最小二乘法分别求出了二元体系的Wilson、NRTL、Margules和van Laar4种模型的最佳配偶液相活度系数模型参数，并由二元最佳配偶参数推算甲基二氯硅烷-甲基三氯硅烷二元体系的气相组成和跑点温度，与实验测得的结果进行比较。由乙炔 通过催化硅氢加成反应生产甲

2、基乙烯二氯硅烷的反应中，甲基二氯硅烷是反应物，由于存在副产物甲基三氯硅烷和未反应的甲基二氯硅烷，故在分离过程设计中，有关甲基二氯硅烷和甲基三氯硅烷的汽液平衡数据是必不可少的。表一 甲基二氯硅烷-甲基三氯硅烷汽液平衡实测数数 表二 用于拟合安托因常数的温度-饱和蒸汽压数据T/K P1/Pa P2/Pa316 106682.7 45845.5318 113871.9 49262.8320 121436.7 52883.2322 129390.5 56715.2324 137747.1 60767.9426 146520.6 65050.2328 155725.5 69571.7330 165376

3、.4 74341.7332 175488.2 79370.1334 186076.1 84666.7 336 197155.5 90241.6 338 208742.2 96105.2二解题思路1.一般中低压下（15002000KPa），气相作为理想气体处理时，汽液相平衡方程可以写为：(且Xi=1,Yi=1,i=1,2,3.) 其中：P为体系压力，XiYi为气相摩尔分数，i为活度系数，Ps为饱和蒸汽压根据安托因方程： 其中A,B,C均为安托因常数，T为温度 由“纯物质化学性质查询软件”可以查得拟合ABC所需要的数据即表2并运用Matlab软件通过运行包含三（1）和（2）中的语句即可获得环己醇与

4、环己酮的安托因常数,便可以求得饱和蒸汽压Ps.此处会用到的拟合函数lsqnonlin的语法。2.求解活度系数，即算出Wilson活度系数模型的配偶参数，Wilson方程如下： 由变成计算三（3）拟合出Wilson活度系数模型的配偶参数，代入方程即可求得活度系数，再将求得的Ps,活度系数，以及体系压力P，物质的液相实验值即可求得汽相组成计算值Yic与相对偏差。3. 根据由上即已求出所有量，作图即可。4. 在Matlab中主要函数的说明：A. function ：创建函数命令。定义的一般格式： function y1,y2,yn = FuncName(x1,x2,xn) % 函数声明语句 y1 =

5、 % （表达式 1 ） y2 = % （表达式 2 ）yn = % （表达式 n ）其中， 输入参数为 x1，x2，xn, 输出参数为y1，y2，yn 。 各参数可以是标量、 向量或矩阵。若函数只有一个返回结果，声明语句可以写为： function y = FuncName(x1,x2,xn)若没有返回结果，声明语句写为： function FuncName(x1,x2,xn) % 去掉输出参数表及等号或 function = FuncName(x1,x2,xn) % 使用空的中括号“ ”B. global ：全局变量，全局变量对于整个程序的所有过程和函数都有效的C. for ：循环结构用于循

6、环次数已知的情况，其一般格式如下：for 循环变量 = 表达式 1（初值）：表达式 2（步长）：表达式 3（终值）statements （语句组） endD. lsqnonlin ：最小二乘法非直线拟合函数，其一般格式为： x, resnorm, residual, exitflag, output, lanbda,jacobian =lsqnonlin (fun, x0, LB, UB, options,p1, p2, ) 在这个程序中，输入变量中只有fun，和x0是不可缺省的, fun 是给出向量函数的函数名，x0是 x 的初值输出宗量中只有 x 是不可缺省的，它是问题的解。三编程计算1.

7、%甲基二氯硅烷安托因常数的非线性拟合function atoinfitglobal t ps1t=316:2:338;ps1=106682.7 113871.9 121436.7 129390.5 137747.1 146520.6 155725.5 165376.4 175488.2 186076.1 197155.5 208722.2;a=10;b=1000;c=-10;a0=10,1000,-10;aa=lsqnonlin(obj,a0)psc=exp(aa(1)-aa(2)./(aa(3)+t)plot(1:12,psc,1:12,ps1,'')title('甲

8、基二氯硅烷安托因常数的拟合')xlabel('次数');ylabel('气相组成')legend('实验值','计算值')function e=obj(aa,t)global t ps1for i=1:12 e(i)=exp(aa(1)-aa(2)./(aa(3)+t(i)-ps1(i);end2. %甲基三氯硅烷安托因常数的非线性拟合function atoinfitglobal t ps1t=316:2:338;ps1=45845.5 49262.8 52883.2 56715.2 60767.9 65050.2 69

9、571.7 74431.7 79370.1 84666.7 90241.6 96105.2;a=10;b=1000;c=-10;a0=10,1000,-10;aa=lsqnonlin(obj,a0)psc=exp(aa(1)-aa(2)./(aa(3)+t)plot(1:12,psc,1:12,ps1,'')title('甲基三氯硅烷安托因常数的拟合')xlabel('次数');ylabel('气相组成')legend('实验值','计算值')function e=obj(aa,t)global t

10、 ps1for i=1:12 e(i)=exp(aa(1)-aa(2)./(aa(3)+t(i)-ps1(i);end3. %本程序用于计算wilson参数，实验数据直接给，因此本程序的运行不需要另外的数据文件function dycss %-创建一个名为dycss函数clear all %-清除所有变量global x1 y1e T A p er meandr y1c n p1c a0 ps1 ps2 x2 %-全局变量 %-已给出的实验：-% x1:第几组分的液相摩尔分数(20组) y1e：气相摩尔分数(20组) T：温度(20组) % %A：安托因(两组) p：体系压力(20组) a0：

11、活度系数初值 ps：饱和蒸气压 %-% %filename=input('请打开一个文本格式的数据文件，如shuju.txt:','s'); %fid=fopen(filename,'rt'); %-用人机交互的方式提示输入含有数据的文件 %data=fscanf(fid,'%f'); %m=size(data); %ma=(m(1)-6)/4; %fclose(fid); %读取d的文件数据 %x1=(data(1:ma)' %y1e=(data(ma+1):(2*ma)' %T=(data(2*ma+1):(3

12、*ma)' %p=(data(3*ma+1):(4*ma)' %-p为data中61至80的数 %A=(data(4*ma+1):(4*ma+6)' % a0=1 1; %-活度系数初值x=lsqnonlin(css,a0) %-调用Lsqnonlin，css为自定义函数，a0为初值y1c=(ps1.*x1.*exp(x(1).*x2./(x1+x(1).*x2)./(p.*(x1+x(1).*x2).*exp(x(2).*x2./(x2+x(2).*x1);%-模拟计算值er=y1e-y1c %-模拟的到的汽液相组成及与实验值的偏差p1c=(ps1.*x1.*exp(

13、x(1).*x2./(x1+x(1).*x2)./(y1e.*(x1+x(1).*x2).*exp(x(2).*x2./(x2+x(2).*x1);meandr=sum(er)/n(2)% %-作实验数据与计算数据的对比图，并标注-%plot(1:20,y1e,'r',1:20,y1c,'') %title('气相的实验数据与计算数据的对比') %-图名 %xlabel('次数');ylabel('气相摩尔分数') %-轴名 %legend('实验值','计算值') %-坐标轴名称

14、%grid on %-坐标分格线 % %-自定义子函数-%function z=css(a)global x1 y1e T A p er meandr y1c n p1c ps1 ps2 x2 %-全局变量n=size(y1e); %-获取矩阵的列数赋给nx2=1-x1;y2e=1-y1e;ps=(exp(A(1)-A(2)./(T+A(3);A(4)-A(5)./(T+A(6)' %-饱和蒸气压ps1=ps(:,1)' %-取ps第一列所有数据ps2=ps(:,2)' %-取ps第二列所有数据% %-此for循环用于算出Wilson活度系数模型的配偶参数-%for i

15、=1:n(2) y1c=exp(a(1)*x2(i)/(x1(i)+a(1)*x2(i)*ps1(i)*x1(i)/( p(i)*(x1(i)+a(1)*x2(i)*exp(a(2)*x2(i)/(x2(i)+a(2)*x1(i); z(i)=(y1e(i)-y1c)2;end%四模拟结果1.安托因常数（1）甲基二氯硅烷安托因常数的拟合：（2）甲基三氯硅烷安托因常数的拟合：物质名称 A B C甲基二氯硅烷 17.8 1140.3 -133.8甲基三氯硅烷 17.2 1099.4 -146.42. 活度系数参数 12=0.9547 21=0.95473. 模拟的到的汽液相组成及与实验值的偏差序号

16、实验值（Y1e）计算值(Y1c)偏差（Y1e-Y1c）12345678910111213141516171819200.05900.15410.2532 0.3324 0.4110 0.4906 0.5487 0.6054 0.6518 0.6989 0.7346 0.7713 0.8017 0.8399 0.87680.9072 0.9377 0.9647 0.9877 1.00000.06370.17330.27670.35950.43610.50840.56300.61320.65780.69980.73010.75940.78960.82130.85060.87890.90520.92680.94780.9678-0.0047-0.0192-0.0235-0.0271-0.0251-0.0178-0.0143-0.0078-0.0060-0.00090.00450.0119