用Aspen软件辅助化工热力学教学

陈新志 张哲明 钱超

摘要：纯物质的饱和热力学性质是重要的化工物性，基于p-V-T状态方程推算饱和性质是化工熱力学教学中重要内容之一，其计算原理严格，计算过程工作量大，往往影响课程教学效果。本文用Aspen软件，选择工业中常用的PR状态方程模型，计算纯物质的饱和热力学性质，能有效改善因计算量大、过程复杂而影响教学效果的状况，并对提高学生应用能力，加深概念理解具有重要的作用。

关键词：Aspen；化工热力学教学；饱和热力学性质；状态方程；逸度

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）26-0177-03

一、引言

化工热力学是化学工程的基础学科，是化学工程与工艺专业的必修课程，在化学工程的教学过程中占有极其重要的地位。

纯物质的汽液饱和状态就是汽液平衡状态，纯物质的饱和性质包括了：饱和蒸汽压，饱和汽、液两相的摩尔性质（如体积、热力学能、焓、熵、吉氏函数、热容、甚至逸度、逸度系数等），它们都是化工过程有用的性质。基于热力学原理，从状态方程模型来推算饱和性质，为解决化工及其他过程工程中的实际问题提供了必不可少的基础数据。

之前的文章中已经就Aspen软件辅助[1-3]化工热力学教学进行了简单探索，但存在着现有课本内容及课堂教学结合不够紧密等问题，其效果尚有待改进，本文将基于Aspen软件，结合化工热力学课程教学，在热力学原理基础上，结合PR方程模型，完成纯物质饱和热力学性质的计算。本文的研究结果将有益于化工热力学课程的教学效果的提升。

二、纯物质的饱和热力学性质计算原理[4]

饱和蒸汽压、饱和液相摩尔体积等只是温度的函数，其数值估算分别需要依赖于蒸汽压方程、液相摩尔体积模型。但热力学理论与实验表明，一个能同时适用汽、液相的状态方程（如PR），能严格地同时推算出纯物质所有的饱和性质，具有需要输入的信息少、热力学一致好等特点。

纯物质的汽液饱和性质，除了蒸汽压与温度的关系外，也包含饱和汽、液两相的其他摩尔性质，如体积、熵、焓、逸度系数、热容、汽化焓、汽化熵等。

3.在计算饱和蒸汽压时，在先前的文献[3]中，采用了PL进行计算，通过分析后发现，应使用PBUB更为合理。在Aspen中，PL指的是采用安托因方程计算得到的饱和蒸汽压，PBUB指的是用状态方程计算得到的泡点压力，就纯物质而言，泡点压力即为该条件下的饱和蒸汽压。本例中，前提是利用状态方程进行相关计算，因此使用PBUB计算得到的饱和性质才有意义。

4.若对本例进行沸点计算，在Aspen的物性参数中有TB（沸点）、TBUB（泡点）两个代码。应当注意的是不能使用TB，TB算出的结果是在常压下该物质的沸点，实际上直接来自于Aspen自带的物性数据库，就纯物质而言，泡点温度即同于沸点温度。

5.实际过程测定混合物性质需要花费大量人力、物力和时间，但用Aspen软件和化工热力学原理，推算混合物的性质具有准确、高效的特点。

五、结论

利用Aspen软件进行纯物质饱和性质计算，操作步骤简单易行，计算结果比较准确。可以使学生对纯物质饱和性质的应用等方面有更深的理解，有利于教学过程。同时，进一步掌握了Aspen软件的内核，还可以实现利用Aspen完成物性数据的计算，将化工过程的基础计算、流程模拟统一起来，利用一个专业软件解决多个课程的问题，增加将来在工作中应用物性推算解决实际问题的能力。

参考文献：

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

[2]陈新志，赵倩，钱超.基于Aspen-Plus的化工热力学教学（Ⅰ）均相性质计算[J].化工高等教育，2011（05）：75-79.

[3]陈新志，赵倩，钱超.基于Aspen-Plus的化工热力学教学（Ⅱ）纯物质饱和性质计算[J].化工高等教育，2011，28（06）：58-60.

[4]陈新志，蔡振云，钱超.化工热力学[M].北京：化学工业出版社，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