用Aspen軟件輔助化工熱力學教學（二）均相熱力學性質推算

陳新志 張哲明 錢超

摘要：從容易獲得的性質（如流體的p-V-T）推算難測量的性質（如U、H、S等）是化工熱力學的重要應用，是將經典熱力學原理與反映系統特征的模型結合起來完成的，所以“原理—模型—應用”構成了化工熱力學內容的“三要素”。為了解決物性推算中真實模型計算的復雜性，影響教學效果，本文用Aspen軟件，選擇工業中常用的PR狀態方程模型，推算流體均相熱力學性質，能有效改進課堂教學效果，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；均相性質推算；PR狀態方程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0179-03

一、引言

學習化工熱力學課程的目的是為了解決實際問題，物性數據的計算是本課程的重要內容，因為過程工程的研究、設計、操作與優化中都離不開物性數據。從容易測量的性質推算如U、H、S等難測量的性質；從溫和條件的物性數據推算航天發射、深潛高壓等苛刻條件下所需的物性數據；等等。這些都有重要的理論與實際意義。

由經典熱力學原理能方便地建立起不同性質之間的聯系（即普遍化關系式），為實現不同性質之間的推算提供依據。但要推算出具體系統的性質數據，還必須引入反映系統特征的模型，如狀態方程等。

化工熱力學的研究對象更接近實際過程，實際過程所涉及的系統如此復雜，溫度、壓力范圍如此寬廣，化學工程師們不能再依靠簡單的理想氣體或理想溶液模型來計算物性了，而是需要適用范圍更廣、準確性更好、復雜性更高的模型，如PR等狀態方程，借助商業化的化工流程模擬軟件Aspen來促進化工熱力學教學是一個很好的選擇，對促進學生掌握概念、強化基礎、提高應用能力具有重要作用，同時對后續的化工設計、化工計算等課程的教學十分有益。化工熱力學教學中引入Aspen具有如下優點：（1）Aspen軟件中物性計算原理與本課程熱力學性質的計算原理是一致的，用該軟件輔助熱力學教學能提高教學效率，簡化計算過程，激發學生的學習興趣。另一方面，也能使學生掌握Aspen軟件物性計算原理的內核，了解更多的基礎數據來源，提高應用能力，不至于再像從前那樣，只知計算結果，不知計算原理，不明所用的模型，不能分析結果，真正掌握物性推算的“核心技術”。（2）國內許多高校的后續課程，如化工設計、化工計算等教學中也開始采用Aspen輔助教學，化工熱力學作為這些課程的基礎，采用Aspen進行熱力學性質計算，無疑會使后續課程的基礎更加扎實。

用Aspen軟件指導化工熱力學的教學過程，在發達國家也受到高度重視，如Sandler等也出版了相關的教學指導材料[1]。但國內的化工熱力學教學與國外教學有相當的差異性，如：國內的教學課時數較少，教材內容更緊湊，因此，引入化學物性計算軟件來提高教學效率更加重要。

雖然已經就Aspen軟件輔助[2，3]化工熱力學教學進行了簡單探索，但隨著化工熱力學教學實踐的不斷深入，開展課本內容、課堂教學與Aspen軟件更密切的結合，越來越重要。本文用PR方程完成流體的焓、熵、熱容、逸度等均相性質的計算。