现代化设计工具在化工计算临界常数估算教学中的应用

摘要：针对传统化工计算课程中对临界常数的估算繁琐费时等具体问题，结合教材实例，提出用现代化设计工具Aspen Plus中的Lydersen基团贡献法和直接通过分子骨架输入两种方法对有机物的基本物性数据进行估算。结果表明： Aspen Plus软件能方便快捷地实现对有机物纯物质临界常数估算的目的，且计算结果相对误差均小于2%。

关键词：化工计算；临界常数；教学改革

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：

一、教学现状

《化工计算》课程是化工类专业的一门重要专业基础课，内容主要包括化工工艺计算的基本原理、化工基础数据、物料衡算、能量衡算和物能联算等，其中合理的估算物性数据对正确地求解物料衡算和能量衡算至关重要，是化工计算的核心内容之一。然而教材中对应的例题都是通过人工计算，涉及查表、查图、公式计算等多重步骤，求解过程费时耗力，老师讲得费劲，学生也觉得枯燥乏味。因此，非常有必要将传统教学与现代化的设计工具教学相结合进行比较讲述，达到重视基础理论知识的理解和灵活使用计算机模拟工具的双重目的。目前，化工计算软件中应用于化工流程模拟的主要有Aspen Plus、ProII、ChemCAD、Hysys等[1-3]，本文则主要是结合青海大学化学工程与工艺专业本科教学使用的《化工计算》教材中基本物性数据临界常数的相关例题运用Aspen Plus模拟手段进行相关物性数据的估算，以期达到提高计算效率与获取数据的准确度，激发学生学习化工计算的兴趣，提高化工计算专业素养的目的。

二、人力计算与软件计算联合教学应用

临界常数估算的基本理论

2）利用模拟软件进行估算

（1） Aspen Plus软件中Lydersen基团贡献法的估算方法

（2）Aspen Plus软件中的直接估算方法

另外，在Aspen Plus软件中也可以不利用Lydersen基团贡献法，也就是说可以不输入正常沸点Tb和分子量M的值，直接通过输入分子骨架对氯苯进行相关物性的估算，比较而言更为简单。

之后，不再做前者第五步的输入，而是直接可以查看Estimate all Missing parameters结果。其中Tc=630.007K、Pc=4444444.44N/m2=43.86atm、Vc=0.3125m3/Kmol=312.5mL/mol

（3）不同方法估算结果比较

Aspen Plus软件中Lydersen基团贡献法的估算结果与传统手算结果是一致的，这主要是二者的理论基础和计算方法是完全一致的，只是采取的途径不同而已，其计算结果与实验值比较相对误差较小，其中临界温度的误差为：0.36%，临界压力的误差为：0.45%，临界体积的误差为：0.65%。比较而言，不使用Lydersen基团贡献法，而直接输入有机物分子骨架也可以对有机物的纯物质进行临界常数据的估计，只不过相对误差要大些，其中临界温度的误差为：0.38%，临界压力的误差为：1.66%，临界体积的误差为：1.46%，如果在误差允许范围内，采用直接有机物分子骨架输入的估算方法比较而言相对要快捷些。

三、结语

化工物性数据是化学研发和化工生产中的重要基础数据，传统人工估算数据获取的途径需要查阅相关专业手册，并借助估算公式来实现，整个过程费时耗力，并有可以出现计算和查阅方面的错误。本文结合教材中的实例尝试教学改革，在向学生讲述估算基本理论的同时，向学生引入现代化化工设计模拟软件Aspen Plus在化工基本特性数据临界参数方面的使用，将手工估算与计算机估算两者形成对比，旨在让学生意识到建立扎实理论知识根基的重要性和培养驾驭现代化化工模拟工具快捷高效解决化工问题的能力。同时又能够达到激发学生的学习热情，提高学习效率的目的。

参考文献：

[1]汪斌，舒莉，朱炳龙.Aspen plus在化工设计教学中的应用[J].化工时刊，2010，24（9）：48～50.

[2]曹俊雅，王光耀，朱凯.等.Aspen Plus在化工设计中的应用实践与探索[J].新课程研究：高等教育，2012，08：93～94.

作者简介：崔小琴，女，青海大学化工学院副教授，主要从事化学工程与工艺专业教学工作。