用Aspen軟件輔助化工熱力學教學

陳新志 張哲明 錢超

摘要：純物質的飽和熱力學性質是重要的化工物性，基于p-V-T狀態方程推算飽和性質是化工熱力學教學中重要內容之一，其計算原理嚴格，計算過程工作量大，往往影響課程教學效果。本文用Aspen軟件，選擇工業中常用的PR狀態方程模型，計算純物質的飽和熱力學性質，能有效改善因計算量大、過程復雜而影響教學效果的狀況，并對提高學生應用能力，加深概念理解具有重要的作用。

關鍵詞：Aspen；化工熱力學教學；飽和熱力學性質；狀態方程；逸度

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）26-0177-03

一、引言

化工熱力學是化學工程的基礎學科，是化學工程與工藝專業的必修課程，在化學工程的教學過程中占有極其重要的地位。

純物質的汽液飽和狀態就是汽液平衡狀態，純物質的飽和性質包括了：飽和蒸汽壓，飽和汽、液兩相的摩爾性質（如體積、熱力學能、焓、熵、吉氏函數、熱容、甚至逸度、逸度系數等），它們都是化工過程有用的性質。基于熱力學原理，從狀態方程模型來推算飽和性質，為解決化工及其他過程工程中的實際問題提供了必不可少的基礎數據。

之前的文章中已經就Aspen軟件輔助[1-3]化工熱力學教學進行了簡單探索，但存在著現有課本內容及課堂教學結合不夠緊密等問題，其效果尚有待改進，本文將基于Aspen軟件，結合化工熱力學課程教學，在熱力學原理基礎上，結合PR方程模型，完成純物質飽和熱力學性質的計算。本文的研究結果將有益于化工熱力學課程的教學效果的提升。

二、純物質的飽和熱力學性質計算原理[4]

飽和蒸汽壓、飽和液相摩爾體積等只是溫度的函數，其數值估算分別需要依賴于蒸汽壓方程、液相摩爾體積模型。但熱力學理論與實驗表明，一個能同時適用汽、液相的狀態方程（如PR），能嚴格地同時推算出純物質所有的飽和性質，具有需要輸入的信息少、熱力學一致好等特點。

純物質的汽液飽和性質，除了蒸汽壓與溫度的關系外，也包含飽和汽、液兩相的其他摩爾性質，如體積、熵、焓、逸度系數、熱容、汽化焓、汽化熵等。

3.在計算飽和蒸汽壓時，在先前的文獻[3]中，采用了PL進行計算，通過分析后發現，應使用PBUB更為合理。在Aspen中，PL指的是采用安托因方程計算得到的飽和蒸汽壓，PBUB指的是用狀態方程計算得到的泡點壓力，就純物質而言，泡點壓力即為該條件下的飽和蒸汽壓。本例中，前提是利用狀態方程進行相關計算，因此使用PBUB計算得到的飽和性質才有意義。

4.若對本例進行沸點計算，在Aspen的物性參數中有TB（沸點）、TBUB（泡點）兩個代碼。應當注意的是不能使用TB，TB算出的結果是在常壓下該物質的沸點，實際上直接來自于Aspen自帶的物性數據庫，就純物質而言，泡點溫度即同于沸點溫度。

5.實際過程測定混合物性質需要花費大量人力、物力和時間，但用Aspen軟件和化工熱力學原理，推算混合物的性質具有準確、高效的特點。

五、結論

利用Aspen軟件進行純物質飽和性質計算，操作步驟簡單易行，計算結果比較準確。可以使學生對純物質飽和性質的應用等方面有更深的理解，有利于教學過程。同時，進一步掌握了Aspen軟件的內核，還可以實現利用Aspen完成物性數據的計算，將化工過程的基礎計算、流程模擬統一起來，利用一個專業軟件解決多個課程的問題，增加將來在工作中應用物性推算解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]Sandler S I. Using Aspen Plus in Thermodynamics Instruction：A Step-by-Step Guide[M]. New Jersey：John Wiley & Sons，Inc，2015.

[2]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅰ）均相性質計算[J].化工高等教育，2011（05）：75-79.

[3]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅱ）純物質飽和性質計算[J].化工高等教育，2011，28（06）：58-60.

[4]陳新志，蔡振云，錢超.化工熱力學[M].北京：化學工業出版社，2015：30-63.

Abstract：The saturated thermodynamic properties of pure substances are impo-rtant properties in chemical enigneering. Predicting saturated properties whic-h based on the equation of state of p-V-T is one of the important contents in the teaching of chemical engineering thermodynamics. The calculation principle is strict，and the workload of calculation process is large，it often affects the t-eaching effect of the course. This paper uses Aspen software and PR Equationof State that usually used in industry to calculate the saturated thermodynamic properties of pure substance，.It can greatly improve the effect of classroom te-aching which is influencd by large amount of calculation and complex process.It also has great importance in improving studentsapplication ability and dee-pening their conce-ptual understanding.

Key words：Aspen；Teaching of Chemical Engineering Thermodynamic；Hom-ogeneous Thermodynamic Properties；Equation of State；Fugacity