化工熱力學(xué) 翻譯

1、12.8.2亥姆霍茲能量狀態(tài)方程的混合屬性Lemmon,86LemmonandJacobsen,87Tillner-Rothetal.88andLemmonandTillner-Roth89已經(jīng)定義了一種廣義的混合模型來(lái)解釋不同物質(zhì)之間的相互作用，這種模型是以有了新性質(zhì)的混合物中某一純流體的狀態(tài)方程為基礎(chǔ)。LemmonandJacobsen90的文章記載著目前描述二氟甲烷（R-32）、乙烷（R-125）、1,112-四氟乙烷（R134a）、1,1,1-三氟乙烷（R-143a）和1,1-乙烷（R-152a）的混合物性質(zhì)的方程。Kunzetal擴(kuò)展了之前Lemmon報(bào)道的方法，包括為減少參數(shù)和狀態(tài)

2、方程還有為混合物提供修正系數(shù)而附加的系數(shù)，包括甲烷和丁烷或氮?dú)?、二氧化碳的混合物的系?shù)，適合更高的摩爾質(zhì)量的混合物的新系數(shù)和以代表達(dá)21種成分的天然氣體系（包括氫氣、氦氣和氣態(tài)水）的熱力學(xué)性質(zhì)為目的系數(shù)。這個(gè)公式也可以被用來(lái)計(jì)算濕空氣的性質(zhì)。混合物的亥姆霍茲能量可以用這個(gè)式子計(jì)算：其中理想混合物的亥姆霍茲能量方程:盜=士?jī)?cè)嘅心腫）十尤口（幾+R丁山百等式中，c是混合物的組分?jǐn)?shù),是組分i的理想氣體亥姆霍茲能量,因混合而增加的超額亥姆霍茲能量是:Z=1J=l+lKpoKg+exp是在低溫低壓下計(jì)算的組分i的純流體剩余亥姆霍茲能量。NkdkTtk+力Nkkfkexp(-欣(一班一血一以)，A=lk=

3、Kpoi+l(12.61)這些系數(shù)和指數(shù)是從很多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中按非線性回歸得到的。參數(shù)Fij用來(lái)概括從一個(gè)二元混合物到另一個(gè)二元混合物而新增性質(zhì)的聯(lián)系。對(duì)于這個(gè)參數(shù)，相同的一組混合物系數(shù)也適用于一些二元混合物。有幾種二元混合物不使用廣義參數(shù)，它們有針對(duì)二元混合物特有的新功能而設(shè)的參數(shù)和指數(shù)，這些混合物包括如下：（甲烷和氮?dú)猓?，（甲烷的二氧化氮），（甲烷和乙烷），（甲烷和丙烷），（甲烷和氫氣），（氮?dú)夂投趸迹?，（氮?dú)夂鸵彝椋?duì)這些二元混合物來(lái)說(shuō)，有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)適用于特定的方程。所有的單項(xiàng)熱力學(xué)性質(zhì)都能在12.5秒內(nèi)從亥姆霍茲能量中計(jì)算出來(lái)，所用公式如下：0卜笫（卩椚廣）1at=川inXi

4、（12.62）iL-和Cotr=七0（；（久三）+cxe（5,t.aJ,（12.63）i=I其中p和T是混合物的密度和溫度，pr（x）和TJx）是減少量，通過下式計(jì)算：1cc丄”(12.66)恥）=土土冷邙茴口存士J圧兀.（067）Z=1j=l卩TjjXi+習(xí)參數(shù)卩和Y分別用來(lái)定義減少的溫度和密度線的形狀。這些減少的參數(shù)和混合物的臨界參數(shù)不同，它是通過對(duì)混合模型的其他參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性擬合而確定的。12.9計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)的軟件有各種各樣的軟件包能運(yùn)行文章中提到的狀態(tài)方程，其中有兩個(gè)程序，一是REFPROP,可以從NIST( HYPERLINK /srd/nist23.htm)%e8%8e%

5、b7%e5%be%97%ef%bc%9b /srd/nist23.htm)獲得；二是ThermoFluids(www.FirstGmbH.de),由Wagner和他的同事在德國(guó)的魯爾大學(xué)開發(fā)。即可以用程序應(yīng)用狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)又可以用動(dòng)態(tài)銜接庫(kù)(DLL)在定義用戶應(yīng)用中來(lái)計(jì)算性質(zhì)，例如MicrosoftExcel.例如，這個(gè)程序也能算出影響焓值的壓力大小，它是基于iso-property線用戶提供的輸入而產(chǎn)生的。盡管在大多數(shù)情況下推薦使用易于編程的算法，但是它也能導(dǎo)致新的問題。在檔案文獻(xiàn)里從程序獲得的價(jià)值常常被成為數(shù)據(jù)源。因?yàn)楸挥脕?lái)為某種流體產(chǎn)生數(shù)據(jù)的狀態(tài)方程可能在之后的程序版本中不斷更

6、新，這樣的一個(gè)參考是模糊的也可能導(dǎo)致得不到科學(xué)結(jié)果。即使使用有效的商用軟件，引用用來(lái)計(jì)算性能數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)的狀態(tài)方程也是非常重要的。因此軟件開發(fā)商必須為用戶提供原始參考資料。ReferencesR.TJacobsen,S.G.Penoncello,E.W.Lemmon,andR.Span,MultiparameterEquationsofState,Chapter18inEquationsofStateforFluidsandFluidMixtures,Editors:J.V.Sengers,R.F.Kayser,C.J.Peters,andH.J.White,Jr.,Elsevier(Ams

7、terdam),2000.R.Span,W.Wagner,E.W.LemmonandR.T.Jacobsen,MultiparameterEquationsofState-RecentTrendsandFutureChallenges,FluidPhaseEquilib.,2001,183-184,1-20.R.Span,MultiparameterEquationsofState-AnAccurateSourceofThermodynamicPropertyData,Springer,Berlin,Heidelberg,NewYork,2000.E.W.Lemmon,M.O.McLinden

8、,andW.Wagner,J.Chem.Eng.Data,2009,54(12),3141-3180.W.Wagner,EineThermischeZustandsgleichungzurBerechnungderPhasengleichgewichteFlussig-GasformigfurStickstoff.Ph.D.Dissertation.TechnischenUniversitatCaroloWilhelminazuBraunschweig,1970.W.Wagner,Cryogenics,1972,12,214-221.E.Bender,EquationsofStateExact

9、lyRepresentingthePhaseBehaviourofPureSubstances,Proc.5thSymp.Thermophys.Prop.,1970,5,227-235.428Chapter12R.D.McCarty.ProvisionalThermodynamicFunctionsforHelium4forTemperaturesfrom2to1500KwithPressuresto100MN/m2(1000Atmospheres),NBSReport9762,1970.J.AhrendtsandH.D.Baehr,Int.Chem.Eng.,1981,21,557-571.

10、J.AhrendtsandH.D.Baehr,Int.Chem.Eng.,1981,21,572-579.R.SchmidtandW.Wagner,FluidPhaseEquilib.,1985,19,17-200.R.TJacobsen,R.B.Stewart,M.JahangiriandS.G.Penoncello,Adv.Cryo.Eng.,1986,31,1161-1168.U.SetzmannandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,1991,20,1061-1155.R.SpanandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,1996,25

11、,1509-1596.W.Wagner,EineMathematischeStatistischeMethodezumAufstellenThermodynamischerGleichungenGezeigtamBeispielderDampfdruckkurveReinerFluiderStoffe.Fortschr.Ber.VDI,Dusseldorf,VDIVerlag,1974.K.M.deReuckandB.Armstrong.Cryogenics,1979,19,505-512.J.EwersandW.Wagner,AMethodforOptimizingtheStructureo

12、fEquationsofStateanditsApplicationtoanEquationofStateforOxygen,Proc.8thSymp.Thermophys.Prop.,NewYork,1981.U.SetzmannandW.Wagner,Int.J.Thermophys.,1989,10,1103-1126.Ch.Tegeler,R.SpanandW.Wagner,ANewFundamentalEquationforArgonCoveringtheFluidRegionforTemperaturesfromtheMeltingLineto700KandPressuresto1

13、000MPa,Fortschritt-Berichte,VDI,1997.20.E.W.LemmonandR.TJacobsen,J.Phys.Chem.Ref.Data,2005,34,69-108.21.M.Benedict.G.B.WebbandL.C.Rubin,J.Chem.Phys.,1940,&334-345.22.M.Benedict.G.B.WebbandL.C.Rubin,Chem.Eng.Prog.,1951,47,419-422.T.R.Strobridge,TheThermodynamicPropertiesofNitrogenfrom64to300KBetween0

14、.1and200Atmospheres,NBSTechnicalNote129,1962.K.E.Starling,FluidThermodynamicPropertiesforLightPetroleumSystems.GulfPublishingCompany,1973.E.Bender,Cryogenics,1973,11,11-18.A.Polt,TheDescriptionoftheThermodynamicCharacteristicsofPureFluidswithExtendedBWREquations,Ph.D.Dissertation,UniversitatKaisersl

15、autern,Germany,1987.A.Polt,B.PlatzerandG.Maurer,Chem.Tech.(Leipzig),1992,44,216-224.B.PlatzerandG.Maurer,FluidPhaseEquilib.,1989,51,22-236.R.TJacobsenandR.B.Stewart,J.Phys.Chem.Ref.Data,1973,2,757-922.B.A.YoungloveandM.O.McLinden,J.Phys.Chem.Ref.Data,1994,23,731-779.S.L.OutcaltandM.O.McLinden,J.Phys

16、.Chem.Ref.Data,1996,25,605-636.J.H.Keenan,F.G.Keyes,P.G.HillandJ.G.Moore,SteamTables;ThermodynamicPropertiesofWaterIncludingVapour,Liquid,andSolidPhases,J.Wiley&Sons,Inc.,NewYork,1969.L.HaarandJ.S.Gallagher,J.Phys.Chem.Ref.Data,1978,7,635-792.L.Haar,J.S.GallagherandG.S.Kell,NBS/NRCSteamTables:Thermo

17、dynamicandTransportPropertiesandComputerProgramsforVapourandLiquidStatesofWaterinSIUnits,HemispherePublishingCorporation.Washington,1984.R.Tillner-Roth,F.Harms-WatzenbergandH.D.Baehr,DKV-Tagungsbericht,1993,20,167-181.W.WagnerandA.Pru?J.Phys.Chem.Ref.Data,2002,31,38-535.R.Span,E.W.Lemmon,R.TJacobsen

18、,W.WagnerandA.Yokozeki,J.Phys.Chem.Ref.Data,2000,29,1361-1433.Ch.Tegeler,R.SpanandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,1999,28,779-850.J.Smukala,R.SpanandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,2000,29,1053-1122.40.D.BuckerandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,2006,35,205-266.41.D.BuckerandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,2

19、006,35,929-1019.42.R.SpanandW.Wagner,Int.J.Thermophys.,2003,24,1-39.43.R.SpanandW.Wagner,Int.J.Thermophys.,2003,24,41-109.44.R.SpanandW.Wagner,Int.J.Thermophys.,2003,24,111-162.R.Span,H.J.CollmannandW.Wagner,Int.J.Thermophysics,1998,19,491-500.E.W.LemmonandR.Span,J.Chem.Eng.Data,2006,51,785-850.M.L.

20、HuberandJ.F.Ely,Int.J.Refrigeration,1994,17,1-31.K.Meier,tobesubmittedtoJ.Chem.Eng.Data,2010.B.A.Younglove,J.Res.Natl.Bur.Stand.,1981,86,165-170.W.Duschek,R.Kleinrahm,W.WagnerandM.Jaeschke,J.Chem.Thermodyn.,1988,20,1069-1077.P.Nowak,R.KleinrahmandW.Wagner,J.Chem.Thermo.,1997,29,1137-1156.J.Klimeck,R

21、.KleinrahmandW.Wagner,J.Chem.Thermodyn.,1998,30,1571-1588.N.Pieperbeck,R.KleinrahmandW.Wagner,J.Chem.Thermodyn.,1991,23,175-194.R.SpanandW.Wagner,Int.J.Thermophys.,1997,18,1415-1443.E.H.Brown,OntheThermodynamicPropertiesofFluids,Intl.Inst.Refr.,Comm.1,Eindhoven1960,Annexe1960-1,1960,169-178.E.W.Lemm

22、on,R.TJacobsen,S.G.PenoncelloandD.G.Friend,J.Phys.Chem.Ref.Data,2000,29,331-385.E.W.LemmonandE.C.Ihmels,FluidPhaseEquilibria,2005,228-229C,173-187.S.G.Penoncello,A.R.H.GoodwinandR.TJacobsen,Int.J.Thermophys.,1995,16,519-531.430Chapter12R.D.McCarty,CorrelationsfortheThermophysicalPropertiesofDeuteriu

23、m,NationalInstituteofStandardsandTechnology,Boulder,CO,1989.E.C.IhmelsandE.W.Lemmon,FluidPhaseEquilib.,2007,260,36-48.E.W.LemmonandM.L.Huber,EnergyandFuels,2004,18,96-967.H.E.DillonandS.G.Penoncello,Int.J.Thermophys.,2004,25,321-335.K.M.deReuck,InternationalThermodynamicTablesoftheFluidState-11Fluor

24、ine,InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,PergamonPress,Oxford,1990.P.G.Hill,R.D.C.MacMillanandV.Lee,J.Phys.Chem.Ref.Data,1982,11,1-14.R.D.McCartyandV.D.Arp,Adv.Cryo.Eng.,1990,35,146-51475.J.W.Leachman,R.TJacobsen,S.G.PenoncelloandE.W.Lemmon,J.Phys.Chem.Ref.Data,2009,38,721-748.K.M.deReuckandR

25、.J.B.Craven,InternationalThermodynamicTablesoftheFluidState-12Methanol,InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,BlackwellScientificPublications,London,1993.R.S.Katti,R.TJacobsen,R.B.StewartandM.Jahangiri,Adv.Cryo.Eng.,1986,31,1189-1197.B.A.Younglove,J.Phys.Chem.Ref.Data,1982,11.U.Overhoff,Develop

26、mentofaNewEquationofStatefortheFluidRegionofPropeneforTemperaturesfromtheMeltingLineto575KwithPressuresto1000MPaasWellasSoftwarefortheComputationofThermodynamicPropertiesofFluids,Ph.D.Dissertation,RuhrUniversity,Bochum,Germany,2006.R.TJacobsen,S.G.PenoncelloandE.W.Lemmon,FluidPhaseEquilib.,1992,80,4

27、5-56.V.Marx,A.Pru?andW.Wagner,NewEquationofStateforR12,R22,R11andR113,Fortschr.-Ber.VDI,Dusseldorf:VDI-Verlag,Volume19,Number57,1992.B.Platzer,A.PoltandG.Maurer,ThermophysicalPropertiesofRefrigerants,Springer-VerlagBerlinHeidelberg,Germany,1990.B.deVries,R.Tillner-Roth,andH.D.Baehr,ThermodynamicProp

28、ertiesofHCFC124,19thInternationalCongressofRefrigeration.TheHague,TheNetherlands,InternationalInstituteofRefrigeration,IVa:582589,1995.J.W.Magee,S.L.OutcaltandJ.F.Ely,Int.J.Thermophys.,2000,21,1097-1121.R.Tillner-RothandH.D.Baehr,J.Phys.Chem.Ref.Data,1994,23,657-729.E.W.LemmonandR.TJacobsen,J.Phys.C

29、hem.Ref.Data,2000,29,521-552.A.Kamei,S.W.BeyerleinandR.TJacobsen,Int.J.Thermophys.,1995,16,1155-1164.S.G.Penoncello,E.W.Lemmon,R.TJacobsenandZ.Shan,J.Phys.Chem.Ref.Data,2003,32,1473-1499.Multi-parameterEquationsofStateforPureFluidsandMixtures431S.L.OutcaltandM.O.McLinden,AnEquationofStatefortheTherm

30、odynamicPropertiesofR236fa,NISTreporttosponsor(U.S.Navy,DavidTaylorModelBasin)undercontractN61533-94-F-0152,1995.R.Tillner-RothandA.Yokozeki,J.Phys.Chem.Ref.Data,1997,26,1273-1328.C.GuderandW.Wagner,J.Phys.Chem.Ref.Data,2009,38,3-94.E.W.Lemmon,M.L.Huber,andM.O.McLinden,NISTStandardReferenceDatabase2

31、3:ReferenceFluidThermodynamicandTransportPropertiesREFPROP,Version8.0,NationalInstituteofStandardsandTechnology,StandardReferenceDataProgram,Gaithersburg,2007.J.W.Leach,MolecularStructureCorrectionsforApplicationoftheTheoryofCorrespondingStatestoNonSphericalPureFluidsandMixtures,Ph.D.Dissertation.Ri

32、ceUniversity,Houston,Texas,1967.J.F.Ely,Adv.Cryog.Eng.,1990,35,1511-1520.E.W.Lemmon,AGeneralizedModelforthePredictionoftheThermodynamicPropertiesofMixturesIncludingVapour-LiquidEquilibrium,Ph.D.Dissertation,UniversityofIdaho,Moscow,1996.E.W.LemmonandR.TJacobsen,Int.J.Thermophys.,1999,20,825-835.R.Ti

33、llnerRoth,J.Li,A.Yokozeki,H.Sato,andK.Watanabe,ThermodynamicPropertiesofPureandBlendedHydrofluorocarbon(HFC)Refrigerants,JapanSocietyofRefrigeratingandAirConditioningEngineers,Tokyo,1998.E.W.LemmonandR.TillnerRoth.FluidPhaseEquilib.,1999,165,1-21.E.W.LemmonandR.TJacobsen,J.Phys.Chem.Ref.Data,2004,33

34、,593-620.O.Kunz,R.Klimeck,W.Wagner,andM.Jaeschke,TheGERG-2004Wide-RangeEquationofStateforNaturalGasesandOtherMixtures,GERGTM15,Fortschritt-BerichteVDI,Volume6,Number557,2007.13章化學(xué)反應(yīng)體系的狀態(tài)方程SELVAPEREDA,ESTEBANBRIGNOLE和SUSANABOTTINIPlantaPilotodeIngenieriaQuimica(PLAPIQUI)-CONICET,UniversidadNacionalde

35、lSur,CaminoLaCarrindangaKm7一C.C：717,Argentina13.1簡(jiǎn)介相平衡和化學(xué)平衡的計(jì)算對(duì)涉及到化學(xué)反應(yīng)的過程設(shè)計(jì)是必要的。即便是在不能達(dá)到化學(xué)平衡的反應(yīng)中，這個(gè)問題的解決也能提供一些關(guān)于問題的可能性和潛在的熱力學(xué)極限。有很多情況下是同時(shí)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)和相轉(zhuǎn)移。例如反應(yīng)精餾中相分離用來(lái)推動(dòng)化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)移。還有，在高介電常數(shù)的液體中氣體和固體的溶解度的計(jì)算同時(shí)需要溶于液相中得不同物質(zhì)間的化學(xué)平衡的解析度。文獻(xiàn)中已提出了幾種解決復(fù)雜的非線性問題的算法。而適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)模型的選擇還沒有得到太多的關(guān)注。近年來(lái)，用超臨界溶劑來(lái)提高可控制反應(yīng)的速率和選擇性已成為一項(xiàng)重要的技

36、術(shù)。接近混合物的臨界點(diǎn)的相特性對(duì)操作條件和混合組成是非常敏感的。開發(fā)過程潛能的適當(dāng)?shù)南鄺l件的選擇和設(shè)計(jì)需要這種熱力學(xué)模型，它能處理涉及惰性氣體、超臨界溶劑和非揮發(fā)性物質(zhì)的高度不對(duì)稱混合物。這一章提出了一種相平衡的工程方法來(lái)分析化學(xué)反應(yīng)中的相平衡。對(duì)體系中狀態(tài)方程的基團(tuán)貢獻(xiàn)的運(yùn)用進(jìn)行了討論。這些模型的主要優(yōu)點(diǎn)是他們對(duì)化合物有預(yù)測(cè)能力。對(duì)反應(yīng)混合物的相平衡數(shù)據(jù)的缺乏是十分普遍的；由此，基團(tuán)貢獻(xiàn)法允許設(shè)計(jì)者獲得相平衡改變的信息作為反應(yīng)所得。13.2化學(xué)平衡問題平衡條件的一般標(biāo)準(zhǔn)是在給定的溫度和壓力下一個(gè)體系的吉布斯自由能達(dá)到體系的最小值。對(duì)于一個(gè)單相的反應(yīng)體系，這種條件能以化學(xué)勢(shì)片方便的表達(dá)出來(lái)，物質(zhì)i的化學(xué)計(jì)量數(shù)計(jì)算公式：(13J)其中V對(duì)生成物來(lái)說(shuō)取正對(duì)反應(yīng)物取負(fù)。在一個(gè)非理想溶液中化學(xué)勢(shì)與相應(yīng)的化合物的活性a.有關(guān)。i(13.2)“=G+RTIncti，將其帶入平衡條件得到ArG=-RTlnK,AG辛是反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯能量變化和平衡常數(shù)K和混合物活性有關(guān):(64)組分i的活性定義為實(shí)際溶液i和理想溶液的逸度系數(shù)的比值平衡時(shí)反應(yīng)體系的組成可以通過用狀態(tài)方程計(jì)算逸度來(lái)獲得。非理想性能影響化學(xué)平衡影響，用一氧化碳和氫氣合成氨和進(jìn)行甲醇生產(chǎn)就是個(gè)例子。格拉夫等人1