用Aspen软件辅助化工热力学教学（二）均相热力学性质推算

陈新志 张哲明 钱超

摘要：从容易获得的性质（如流体的p-V-T）推算难测量的性质（如U、H、S等）是化工热力学的重要应用，是将经典热力学原理与反映系统特征的模型结合起来完成的，所以“原理—模型—应用”构成了化工热力学内容的“三要素”。为了解决物性推算中真实模型计算的复杂性，影响教学效果，本文用Aspen软件，选择工业中常用的PR状态方程模型，推算流体均相热力学性质，能有效改进课堂教学效果，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；均相性质推算；PR状态方程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0179-03

一、引言

学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。从容易测量的性质推算如U、H、S等难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据；等等。这些都有重要的理论与实际意义。

由经典热力学原理能方便地建立起不同性质之间的联系（即普遍化关系式），为实现不同性质之间的推算提供依据。但要推算出具体系统的性质数据，还必须引入反映系统特征的模型，如状态方程等。

化工热力学的研究对象更接近实际过程，实际过程所涉及的系统如此复杂，温度、压力范围如此宽广，化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了，而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型，如PR等状态方程，借助商业化的化工流程模拟软件Aspen来促进化工热力学教学是一个很好的选择，对促进学生掌握概念、强化基础、提高应用能力具有重要作用，同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。化工热力学教学中引入Aspen具有如下优点：（1）Aspen软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的，用该软件辅助热力学教学能提高教学效率，简化计算过程，激发学生的学习兴趣。另一方面，也能使学生掌握Aspen软件物性计算原理的内核，了解更多的基础数据来源，提高应用能力，不至于再像从前那样，只知计算结果，不知计算原理，不明所用的模型，不能分析结果，真正掌握物性推算的“核心技术”。（2）国内许多高校的后续课程，如化工设计、化工计算等教学中也开始采用Aspen辅助教学，化工热力学作为这些课程的基础，采用Aspen进行热力学性质计算，无疑会使后续课程的基础更加扎实。

用Aspen软件指导化工热力学的教学过程，在发达国家也受到高度重视，如Sandler等也出版了相关的教学指导材料[1]。但国内的化工热力学教学与国外教学有相当的差异性，如：国内的教学课时数较少，教材内容更紧凑，因此，引入化学物性计算软件来提高教学效率更加重要。

虽然已经就Aspen软件辅助[2，3]化工热力学教学进行了简单探索，但随着化工热力学教学实践的不断深入，开展课本内容、课堂教学与Aspen软件更密切的结合，越来越重要。本文用PR方程完成流体的焓、熵、热容、逸度等均相性质的计算。