Теплофизические свойства веществ и их смесей. База данных и программа расчетов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

72

нимия

УДК 54.13; 54.14; 54.03

Н.М.Островский, С.И.Плисов

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И ИХ СМЕСЕЙ. БАЗА ДАННЫХ И ПРОГРАММА РАСЧЕТОВ

В приводимой базе содержатся справочные значения критических и других фундаментальных свойств для более чем 450 веществ - газов и жидкостей. Программа позволяет рассчитывать для них необходимые свойства. Предлагаемый программой продукт работает в среде Windows и не требует от пользователя знаний программирования.

Введение

Теплофизические и термодинамические свойства веществ и их смесей являются необходимой частью большинства технологических расчетов в химической технологии. Знание их необходимо в учебном процессе при подготовке химиков-технологов.

Наиболее подробное и обоснованное изложение методов расчета этих свойств представлено в известной книге [1], содержащей также базу данных фундаментальных свойств 450 веществ.

При современных масштабах использования ЭВМ в исследованиях, технологических расчетах и в образовании понятна необходимость таких баз данных в электронном варианте. Они действительно существуют, являясь частью мощных программных средств PRO-2, HYSIM, Aspin и др. По этой причине они довольно дороги и недоступны для исследовательских и учебных лабораторий.

В этой статье представлены результаты создания базы данных и программы, реализующих в полном объеме базу данных из [1], а также позволяющих выполнять на ее основе разнообразные расчеты свойств веществ и их смесей.

База данных и программа реализованы на языке FoxPro в среде Windows. Они позволяют выполнять поиск веществ, их базовых свойств, а также необходимые расчеты в диалоговом режиме с помощью интерактивных меню. Предусмотрена возможность пополнения и исправления базы данных самим

пользователем. Работа с программным продуктом не требует какого-либо программирования.

База данных

Исходная база данных фундаментальных свойств веществ содержит следующие характеристики:

- молекулярную массу (/И),

- нормальные температуры кипения (Т^ и плавления (Тр),

- критические

-температуру (Гс),

- давление (Рс),

- объем (\/с),

- коэффициент сжимаемости (2С),

- фактор ацентричности (©),

- плотность жидкости при опорной температуре (р),

- дипольный момент,

- стандартные

- теплоту образования при 298 К (АН),

- энергию образования Гиббса при 298 К и 1 атм. (Л

- теплоту парообразования при Тв (О^),

- коэффициенты регрессионных уравнений для расчетов

- идеально-газовой теплоемкости (Ся),

- вязкости жидкости (//,),

-давления насыщенных паров (Р^ по уравнениям Антуана и Гарлахера.

Примеры свойств индивидуального вещества приведены на рис. 1 и 2.

С2НБО этанол

Молекулярная масса Температура плавления К Температуре кипении, К

*И4;<>0 «С 2ШКК

' Крмтиивскиййв^вм^OitMOili ^ЩИ .

Рис.1. Основные свойства вещества

химия

Химическая - «орм$м

И «»»«-мне Критический - г *(»♦. еж» имаемвсш Ч

Фактор лвенгр._£

Платность при | 293

Дипояьиый момент [

1С2Н60

|этавоя

Л I 461 ь

0.248

J

ТЛНТЫ В уравнении вдвально-

газмвй теплоемкости

Стлвпвота эб,->лм »Шйт

I 561

Ст^нвргия Гиббсл I -<02 Твпвота ш'..!, - [ 9.26е+03

яаблй

Г™ 1

I Ц

' ' 1

_ [ агзе-ю II

Константы Г

В уровнемнн ц вязкости

^ тшм/ьшт, Л ккая/моя» I кал/мояь

Коэ* здмвиеикя Аитувна

верхний предел

правея

Кж»*.

уравнения

Гардмцш

2

687

3

'■-■■Эй.......„.З

18.9

Л

I 38а+03

I 417

л

I >51^96 »11 I 270Ьк: -3 КС

II 83.3

I

I 7 9Э«+03

I -3.2

2

- I 2.35

Рис.2. Дополнительные свойства вещества

Расчеты свойств веществ

Программа позволяет дополнительно к базовым характеристикам рассчитать некоторые свойства веществ, зависящие от температуры, в том числе теплоемкость, плотность, вязкость и давление насыщенных паров. Расчет начинается со сравнения заданной температуры с температурой кипения. Это необходимо для выбора метода расчета, зависящего от агрегатного состояния вещества.

Для газов расчеты осуществляются по следующим методам:

- теплоемкость - с использованием коэффициентов полинома, имеющихся в исходной базе;

- плотность - по формуле состояния идеальных газов;

- вязкость - по методу Тодоса [2].

Для жидкостей используются известные в литературе методы:

- теплоемкость - метод Штернлинга-Брауна, основанный на принципе соответственных состояний [3];

- плотность - метод Ганна и Ямады [4];

- вязкость - метод Ван-Вельцена, Кардозо и Лангенкампа [5];

- давление насыщенных паров - по уравнению Антуана [1].

Все эти свойства рассчитываются одновременно после ввода требуемой температуры. Пример расчета приведен на рис. 3.

Рис.3. Рассчитываемые свойства вещества

д нимия_

Расчеты свойств смесей веществ

Программа дает возможность формировать и хранить неограниченное количество смесей веществ, имеющихся в базе данных. Пользователь,

Бвза данных смесей

выбрав интересующую его смесь и задав в ней концентрации компонентов, может рассчитать для нее те же свойства, что и для индивидуальных веществ (рис. 4).

Рис.4. Состав и свойства смеси

Кроме того, в программе имеется возможность рассчитать фазовое равновесие газ-жидкость в выбранной смеси при желаемых температуре и давлении. Результатами расчета являются коли-

чества и составы паровой и жидкой фаз, а также материальный баланс по каждому компоненту (рис. 5). Метод расчета основан на свойствах идеальных смесей при однократном испарении.

ЩШт

ешг ним» *мл* мя шш «м» ттм ми

Тмарчие впматмгме«« «П7

Даммм,«м М*'

ДО Н.Н до «л«

ФШт

Рис.5. Расчет фазового равновесия смеси