作者：包宗宏、武文良 主编
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
化工计算与软件应用 第二版试读：
前言
本书自第一版发行以来，受到许多高校本科生、研究生和企业工程技术人员的欢迎，许多读者对本教材表达了肯定。随着AspenOne工程套装软件在化工专业课程教学、课程设计以及设计竞赛活动中应用的普及与深入，对模拟软件在应用范围和应用深度方面的需求也日益显现。
为顺应这一需求，在保持编写风格一致的基础上，对第一版教材的各章内容进行了一定的改写，把第一版教材的第5章内容改为“工业装置流程模拟案例”放第6章后，新增加了第5章“过程的动态控制”和第6章“间歇过程”。同时，根据行业进展情况，对第一版教材的部分内容进行了适当调整，配有二维码，部分例题及案例可通过扫描二维码阅读。
本书共分6章，第1章介绍Aspen Plus软件和热力学数据搜索引擎NIST-TDE工具软件用于化工物性数据查询、基础热力学性质估算与应用、实验相平衡数据处理。第2章介绍稳态条件下各种化工过程的模拟方法，包括简单物理过程、含化学反应过程、含循环物流过程和分离复杂组成混合物的流程模拟。第3章介绍节能技术在化工分离过程中的应用，包括Aspen Energy Analyzer软件在热集成网络分析过程的应用、蒸汽优化配置、多效蒸发过程、各种节能精馏过程等。第4章介绍化工设备的工艺计算，包括采用Aspen Plus软件进行塔设备、反应器、流体输送设备的工艺设计，采用Aspen EDR软件进行管壳式换热器设计，采用Aspen MUSE软件进行板翅式换热器设计。第5章介绍了Aspen Plus Dynamics软件在化工过程动态控制中的应用方法，包括储罐的液位控制、反应器的换热控制、单一精馏塔和耦合精馏塔的控制、动态换热器与精馏塔联合控制等。第6章介绍了3个Aspen系列软件的使用方法，包括Aspen Batch Modeler软件在间歇反应、间歇精馏过程中的应用，Aspen Adsorption软件在吸附过程中的应用，Aspen Chromatography软件在色谱过程和模拟移动床吸附过程中的应用。案例部分介绍了4个综合化工过程的工业装置流程模拟，包括环己烷-环己酮-环己醇混合物的高效分离过程、丙烯腈工艺废水四效蒸发浓缩过程、硫黄制酸过程和从醚后C烃中提取高纯异丁烯4过程。
本书工业装置流程模拟案例中案例一由南京中图数码科技有限公司范会芳编写，其余章节由南京工业大学包宗宏、武文良编写。南京英斯派工程技术有限公司的谢佳华为第1章纯物质热力学性质估算提供了新的案例与模拟方法，已毕业研究生汤磊为第5章过程的动态控制提供了参考资料，南京凯通粮食生化研究设计有限公司的吴鹏对第6章的“6.5节模拟移动床吸附”提供了编写建议。本书在修订过程中，许多使用本教材的高校教师、阅读本教材的学生和企业工程设计人员以不同方式、通过不同途径对教材内容提出了宝贵的修改建议。在此对以上人员致以衷心的感谢。
本书可以作为化学化工类专业高校本科生的化工计算、化工软件课程或相近课程的教材，也可作为化工课程设计、化工本科毕业设计、化工设计竞赛培训等的参考用书以及化工类研究生相关课程的选修教材。本书作为中高级Aspen Plus及其系列软件的学习教材，对从事化工过程开发与设计的工程技术人员也有一定参考价值。
由于编者的水平所限，书中疏漏难免，敬请读者批评指正。编 者 2018年3月 第一版前言
化工计算是化学工程与工艺专业学生的一门专业技术课程，一般包括物性数据的查询与估算、物料衡算和热量衡算、设备工艺计算、稳态过程的物料与能量联合衡算等。化工计算的目的，一是取得设备设计所需要的数据，二是为流程单元操作的调节和生产过程的控制提供依据，三是掌握原材料消耗量，中间产品和产品的生成量，估计能量以及水、电、蒸汽等动力消耗以及对生产操作进行经济分析。在化工厂设计时，化工计算是工厂或车间设计由定性规划转入定量计算的第一步；在现有装置进行技术改造时，对存在问题进行评价和对生产流程的经济性评价也是必不可少的。开设化工计算课程，可以训练学生的运算能力以及将化工专业理论知识运用于工程实际的能力。
化工过程涉及的计算问题大多较繁杂，求解大型非线性方程组、常微分方程组或偏微分方程组、大型矩阵等司空见惯。例如，对含C个组分的混合物进行绝热闪蒸计算时，涉及的Jacobian偏导数矩阵共2有（2C+2）个元素，每个元素都要进行超越函数的偏导数计算。又比如用Naphtali-Sandholm同时校正法计算含C个组分、N块理论板的精馏塔时，需要求解N (2C+3)维非线性方程组。这些计算工作量巨大，手工难以完成。
根据计算工具的发展沿革，化工计算课程的发展可以划分为三个阶段：20世纪70年代以前，化工计算的工具是计算尺，借助于这些原始计算工具，人们可以对一些简化、理想的数学模型进行求解，再借助于实际工作经验，工程师们进行化工厂的设计计算；20世纪70年代以后，小型、微型数字计算机开始普及，人们可以自己动手编制一些小型的、独立的汇编语言程序，求解一些复杂一点的、手工难以计算的化工计算问题，比如固定床反应器的温度分布、泡点法精馏塔核算等。在此阶段，编制计算程序往往依赖个人的知识与经验，编制的程序也缺乏普遍性，只适用于个例；20世纪80年代以后，美国、加拿大、英国的一些公司开发了基于流程图的过程稳态、动态模拟软件，这些软件经过不断的发展、更新、融合，功能越来越强大，应用范围越来越广泛，准确性、实用性越来越好，其中最具代表性的软件是美国AspenTech公司的Aspen Plus化工流程模拟软件。
古人说，“工欲善其事，必先利其器”。化工流程模拟软件就是化工计算的有力利器，它用严格和最新的计算方法，提供近似准确的单元操作模型，进行单元和全过程的计算，还可以评估已有装置的优化操作或新建、改建装置的优化设计。软件系统功能齐全，规模庞大，可应用于化工、炼油、石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品等许多工业领域。可以毫不夸张地说，使用模拟软件的水平，反映了一个人化工计算能力的高低。
化学工程与工艺专业的大四年级本科生、参加卓越工程师教育培养计划的学生已经学完了专业基础课程和部分专业课程，对化学工程的基础理论知识已有一定的掌握，但综合应用各门课程的知识去研究、分析实际化工问题仍需要一定训练，化工计算是一个很好的训练途径，同时又是一项实用的专业技能。针对此背景，本书以Aspen Plus 及其系列软件为计算工具，以实例为线索，侧重于介绍如何应用化工专业知识结合软件求解化工计算中的一般问题，包括化工物性数据、相平衡数据的查询与估算、物料衡算与能量衡算、节能分离技术应用、设备工艺计算、综合流程模拟等内容。
书中的例题与习题部分来源于编者为本科生、研究生讲授化工原理、化工分离工程、化工设计等课程准备的例题与习题，部分取材于编者指导本科生、研究生毕业论文的课题，部分取材于编者指导在校生参加全国大学生化工设计大赛提交的作品。这些例题与习题涵盖了化工设计过程中常见的一般计算问题，读者可以在学习例题、完成习题的基础上举一反三，以解决化工设计、技术改造中的其他问题，提高自己的化工工艺设计能力。
本书编写过程中，注意把物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程、化工设计等先修课程的专业知识与软件解题过程相结合，灵活应用这些知识对软件解题过程中、解题完成后的数据进行分析，以提高读者分析问题与解决问题的能力。学习一个软件的操作并不难，而正确使用软件并不容易。把所学的化工专业知识用于软件的操作过程、对软件中间计算数据分析、对计算结果正确性的评判，这才是难点所在。
本书以 Aspen Plus 及其系列软件为计算工具，以化工过程实例为线索，介绍化工计算中的基本原理、计算方法与解题技巧。全书共分5章，第1章介绍化工物性数据、相平衡数据的查询、估算与数据处理方法；第2章介绍化工过程物料衡算与能量衡算方法；第3章介绍节能技术在化工分离过程中的应用；第4章介绍化工设备的工艺计算；第5章介绍工业装置流程模拟方法。书后附录中有Aspen Plus物性术语对照表、综合过程数据包“Datapkg”和电解质过程数据包“Elecins”中的物性数据文件简介，以供读者在解题或在扩展学习中查询、应用。本书第5章的5.2节由南京中图数码科技有限公司范会芳编写，其余章节由南京工业大学包宗宏、武文良编写，在读研究生张少石、张杰等编译了附录1，在读研究生汤磊对书稿进行了校验。
本书不仅可以作为高校本科生、参加卓越工程师教育培养计划学生的化工计算教材，也可作为化工类研究生的选修教材，还可作为中级Aspen Plus及其系列软件的学习教材，对从事化工过程开发与设计的工程技术人员也有一定参考价值。由于编者的水平所限，书中错误难免，敬请读者批评指正。编 者 2013年3月于南京 第1章 物性数据和相平衡数据的查询与估算
化工物性数据与相平衡数据是化工计算的依据。在化工设计过程中，物性数据与相平衡数据的查询与估算是耗时最多的工作。能够熟练地查找、分析、处理、应用所需数据是化工专业人员的基本功之一。在实际化工计算中，涉及物性数据和相平衡数据的计算占有相当大的比重，有时甚至是整个计算过程的关键步骤。
化工物性数据内容很多，数量庞大，纯物质的物性数据一般可以归纳为以下5类：
① 基础物性，如沸点、临界常数、偏心因子、三相点、凝固点等不随温度变化的性质；
② 参考状态性质，如标准生成自由焓、标准生成自由能；
③ 与温度相关的热力学性质，如蒸气压、汽化热、液体摩尔体积、焓、熵、热容等；
④ 化学反应与热化学数据，如反应热、生成热、燃烧热、反应速率常数、活化能、化学平衡常数等；
⑤ 与温度相关的传递性质，如等张比容、液体黏度、液体热导率、表面张力、扩散系数等。
以上②～⑤类数据必须知道系统的温度、压力，然后通过计算（函数关系式）或插值（表列数据）才能得到。混合物的物性数据往往需要在纯物质物性数据的基础上由合适的混合规则计算得到。
相平衡数据有两个来源，一是通过相平衡实验获得数据，经过上百年的积累，已经有了相当数量的气（汽）液、液液、固液、气固等相平衡的实验数据，一般都以数据列表的形式存在；二是通过合适的状态方程进行计算，状态方程的参数一般由相平衡实验数据回归得到，且各种状态方程对物系类型有一定的适应性，需要使用者能够正确选择使用。1.1 化工物性数据的查询1.1.1 从文献中查找
前人对各种常见物质的物性数据已经进行了系统的归纳总结，一般以公式、表格或图形的形式表示，可以从有关化学化工物性数据的专著、手册、百科全书等工具书中查询。1.1.1.1 中文工具书（1）《化工辞典》 王箴主编，化学工业出版社出版。中型化工工具书，1969年首次出版，目前最新版本是2014年的第5版，改由姚虎卿、管国锋主编，共收词16000余条。正文词条按汉语拼音字母顺序排列，有英文名称和英文索引。（2）《石油化工基础数据手册》 卢焕章主编，化学工业出版社1984年出版。共两篇，第一篇介绍各种化工介质物理、化学性质和数据的计算方法，第二篇将387个化合物的各种数据列成表格，以供查阅。这些数据包括临界参数及其在一定温度压力范围内的饱和蒸气压、汽化热、热容、密度、黏度、热导率、表面张力、压缩因子、偏心因子等16个物理参数。
1993年化学工业出版社出版了由马沛生主编的《石油化工基础数据手册（续编）》，续编包括552个新化合物的21项物性。（3）《化学工程手册》 《化学工程手册》编辑委员会编，化学工业出版社出版。第1版共26篇，于1980～1989年按篇分册出版，1989年又分6卷合订出版。第2版由时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，分上、下两册于1996年出版，篇幅较第1版做了压缩，共29篇，另有附录及索引。（4）《化工百科全书》 化学工业出版社1991～1998年出版，正文19卷，索引1卷，全书4800多万字，是一套全面介绍化学工艺各分支的主要理论知识和实践成果，并反映化学工业及其相关工业的技术现状与发展趋势的大型专业性百科全书，由陈冠荣等4位院士主编。收录主词条达800余条，按条目标题的汉语拼音顺序编排，方便读者检索。1.1.1.2 外文工具书（1）“Perry’s Chemical Engineer’s Handbook” 美国McGraw-Hill公司1934年首次出版后，至2008年已出版了8个版本。手册中包含大量的化工信息和数据，包括化工基本原理、基础数据、化工工艺、化工设备和计算机应用。在基础数据部分，包含各种物质的物理和化学数据、临界常数、热力学性质、传递性质、热学性质、安全性质等各种数据表和图。（2）“CRC Handbook of Chemistry and Physics” 美国CRC Press公司1913年首次出版，含有约20000种物质的准确可靠和最新的化学物理数据。几乎逐年进行修订再版，后来又改为每两年再版一次，内容不断扩充更新。目前最新的版本为2017年出版的第98版。（3）“Lange’s Chemistry Handbook” 美国McGraw-Hill公司1934年首次出版，目前最新版本是2004年出版的第16版，由J G Speight 主编。本书是供化学及相关学科使用的单卷式化学数据手册，第16版中包含约4400种有机化合物、1400种无机化合物的物性数据。（4）“Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology” 美国John Wiley & Sons Inc公司出版，第1版于1947～1960年间出版，含正编15卷加2个补编。此后版本不断更新，目前最新版为第5版，2004～2007年出版，共26卷加1卷补编。该书主要介绍各种化工产品的性质、制法、较新的经济资料、分析与规格、毒性与安全以及用途等有关内容。（5）“DECHEMA Chemistry Data Series” 德国化工与生物技术学会（DECHEMA）编辑出版的系列化学化工数据手册。该系列手册中数据重点是化合物和混合物，尤其是流体相态的热物理性质数据，涵盖了36500个化合物和124000个混合物，且这些数据均经过分析、评估。该系列手册从1977年开始出版，目前已经出版了13卷，各卷内容见表1-1。表1-1 DECHEMA系列化学化工数据手册卷名1.1.2 从Aspen Plus软件数据库中查找
图书馆内关于化工物性数据的专著、手册、图册、教材琳琅满目，对于新加入化工领域的学生来说，查找物性数据往往耗时很多，而使用化工过程模拟软件查找、计算、估算化工物性数据，则为他们提供一条查找物性数据的快捷通道。即使是经验丰富的工程师，掌握软件的物性数据查找、估算、计算功能，也会对他们的设计工作提供一个事半功倍的利器，大大提高工作效率，成为他们设计工作中爱不释手的有力工具。
Aspen Plus软件中的化工物性数据库，若按数据库来源分类，可以大致分为两类，一类是由AspenTech公司自己开发应用，另一类是根据一项长期战略合作协议，由美国国家标准技术研究院（NIST）开发并提供给Aspen Plus软件用户使用。若按数据库中数据的性质分类，Aspen Plus软件中的化工物性数据库也可以大致分为两类，一类是纯组分物性数据库，另一类是混合物物性数据库。
AspenTech公司开发的数据库称为系统数据库，其中含有大量的纯物质和混合物的物性数据，可被方便地查询、调用。一般而言，从软件中查询得到的物性数据与手册中的数据基本一致，如果有差异，应以手册中的数据为准。
系统数据库是Aspen Plus软件的一部分，并与Aspen Plus软件一起同时被安装。系统数据库适用于每一个Aspen Plus程序的运行，物性参数会自动从四个子数据库中检索出来，以满足大部分化工过程模拟的需要。这四个子数据库分别是纯组分物性数据库（PURE），固体组分数据库（SOLIDS）、水溶液组分数据库（AQUEOUS）、无机物组分数据库（INORGANIC）。如果需要从其他子数据库中导出数据，则需要人工操作，调用目标数据库参与运算。
Aspen Plus软件的系统数据库由若干个子数据库构成，每个子数据库都具有自己的专业特点。随着软件版本的不断升级，子数据库数量也不断增加，且子数据库中的数据内容不断更新、扩展和改进。因此Aspen Plus 软件新版本的某个子数据库中参数值可能改变。新版本的Aspen Plus软件数据库具有向上兼容性，如果使用更新的数据库进行模拟计算，可能会引起模拟结果的差异。纯组分物性数据库以版本号命名，使用者可以采用新版本Aspen Plus软件中保留的旧版本数据库进行模拟计算，以得到与旧版本相同的模拟结果。1.1.3 用NIST-TDE热力学数据搜索引擎查找“NIST”是美国国家标准技术研究院（National Institute of Standards and Technology）的简称。NIST从事物理、生物和工程方面的基础和应用研究，以及测量技术和测试方法方面的研究，提供标准、标准参考数据及有关服务。NIST的标准参考数据库系列包括50多个子数据库，根据学科可分为：分析化学，原子和分子物理，生物技术，化学与晶体结构，化学动力学，工业流体与化工，材料性能，热力学与热化学以及NIST的其他数据库。
Aspen Plus V7.0以后的版本中，均包含了NIST数据库的查询功能，称为热力学数据搜索引擎（Thermo Data Engine，TDE）。TDE是由NIST开发，通过Aspen Plus软件提供给用户使用的一个大型数据查询工具。NIST热力学研究中心（TRC）的源数据库收集存储了超过3百万个热化学和热物理的化合物物性实验数据点，化合物的数量超过1.7万种，且该数据库在不断更新中，为TDE软件提供了充分的源数据。TDE软件对TRC存储的原始热力学实验数据进行关联、评价和预测，然后再提供给用户使用。TDE软件提供的热力学数据和传递性质数据均是在实验数据基础上，经过TRC数据评价系统用热力学和动力学原理严格评价后才给出，因此具有相对的可靠性。
TDE软件在Aspen Plus的用户界面提供了两种数据查询功能，分别是纯物质和二元混合物的性质查询。TDE软件给出的纯组分主要单点物性由基于化合物分子结构的各种基团贡献方法估算得到，纯组分与温度相关的主要物性估算方法由对比状态方法计算得到。如果一种物性可以由几种不同的估算方法得到，则在实验数据的基础上，按照估算方法的准确性高低排列估算方法模型名称，但仅提供准确性最高估算方法的计算值，同时给出该数据的误差范围。1.1.4 物性查询举例例1-1 查询硫化氢和硫黄的基础物性。解 ① 选择计量单位集、计算模式 双击Aspen Plus 软件用户界面图标，软件弹出开启模式询问窗口，选择“Template”模板开启，进入计量单位集、计算模式选择窗口，如图1-1所示。选择“General with Metric Units”公制计量单位模板，默认计算模式（“Run type”）为“Flowsheet”。图1-1 选择公制计量单位集② 全局性参数设置 点击工具栏数据浏览器图标，在“Global”页面，填入程序名称，选择“SI-CBAR”计量单位集，如图1-2所示。图1-2 设置计算程序的计量单位③ 定义化学组分 在“Components”文件夹的“Specifications|Selection”页面，输入组分硫化氢和硫黄的化学结构式，如图1-3所示。图1-3 更改组分的“Componet ID”名称在“Components”文件夹的“Enterprise Database”页面，可看到软件可用数据库名称和已调用数据库名称，如图1-4所示。点击“Selection”页面下方的“Review”按钮，软件显示数据库中硫化氢和硫黄的纯组分基础物性，如图1-5所示。若把软件查询数据与相关手册数据比较，可以看到两者是基本一致的。图1-4 调用的数据库名称图1-5 硫化氢和硫黄的纯组分基础物性例1-2 查询丁酸异戊酯的基础物性。丁酸异戊酯是一种常用的有机合成试剂与溶剂，CAS号106-27-4，试查询其全部基础物性。解 ① 全局性参数设置 打开软件，选择公制计量模板，选择“SI-CBAR”计量单位集，默认计算模式“Flowsheet”。② 输入组分 在组分输入页面，点击左下方的“Find”按钮，在弹出对话框的“Components”页面中填入丁酸异戊酯CAS号“106-27-4”并回车，软件显示Aspen Plus V7.3系统数据库中没有丁酸异戊酯这个组分。在“Specifications|Enterprise Database”页面，把子数据库“NIST-TRC”从可用区域“Available databanks”调用到选用区域“Selected databanks”，见图1-6。重新检索丁酸异戊酯，软件显示已经找到，见图1-7，双击其名称将其选入模拟程序。图1-6 调用“NIST-TRC”数据库③ 查询丁酸异戊酯物性 简单物性可以在点击“Review”按钮后出现，更详细的物性则需要通过“NIST-TDE”软件查询获得。在下拉菜单“Tools”中点击 “NIST Thermo Data Engine (TDE)…”，启动“NIST-TDE”数据评价软件。待评价的数据是纯组分丁酸异戊酯的物性，在“NIST-TDE”数据查询窗口填写见图1-8，点击“Evaluate now”按钮开始评价数据，数据输出界面见图1-9。图1-7 查询丁酸异戊酯组分图1-8 “NIST-TDE”查询窗口图1-9 丁酸异戊酯组分物性查询总输出界面图1-9左侧是输出物性数据项目的条目，右侧是具体详细数据。对于单点物性数据，右侧包括数据名称、数据描述、数值、单位、误差。对于与温度相关的物性数据，右侧由若干个页面给出具体详细数据，包括物性计算关联式系数、物性实验值和数据源文献、预测值与评价值。点击数据下方的“Plot”按钮，可以把数据绘图；点击“Save”按钮，可以把需要的数据保存在本模拟文件的“Properties|Data”文件夹中，方便下次直接使用数据。图1-10是丁酸异戊酯液相密度与温度的关系曲线，图中标注了经过评价后采纳的实验值、拒绝的实验值、预测值，连续曲线是评价值。图1-10 丁酸异戊酯液相密度与温度的关系曲线1.2 纯物质的物性估算
化工物性数据以实验测定值最可靠，但实验测定受到人力、物力、试剂来源、实验条件等诸多限制，故实验测定数据的量往往是有限的。化学工业中化合物品种繁多，且不同温度、不同压力下物性值的变化范围可能非常大，当实验测定数据的种类与范围不能满足需要、文献中没有或在文献数据测定范围之外时，就需要对物性数据进行估算。
对纯物质物性估算内容一般包括3个方面：一是基础物性，如沸点、熔点、临界常数、偏心因子、偶极矩等；二是与温度相关的热力学性质，如气体的热容、黏度、热导率，液体的蒸气压、蒸发焓、密度、热容、热导率等；三是与温度相关的传递性质，如等张比容、液体黏度、液体热导率、表面张力、扩散系数等。这些物性参数的估算方法在物理化学、化工热力学等先修课程中有介绍，在诸多的化学化工数据手册中也有详细的介绍。
Aspen Plus软件数据库中纯组分参数在模拟过程中可以直接调用，但在实际工艺设计中经常遇见软件数据库中没有的化合物，即非数据库组分，它们的物性无法直接调用，需要人工添加或采用Aspen Plus软件的物性估算系统（PCES）来估算这些物质的物性。PCES提供了很多物性估算方法，且为不同的应用场合推荐了不同的估算方法。1.2.1 基础物性常数
基础物性常数有沸点（TB）、临界常数（TC、PC、VC、ZC）、偏心因子（OMEGA）等。前四种参数的估算方法见表1-2。沸点是参数估计最重要的信息之一，是估计很多其他参数的基本数据。如果有沸点的实验值，应该尽量输入软件中，以提高软件对其他参数估算的精确度。表1-2 Aspen Plus软件中通用常数估算方法
表1-2中各种估算方法都是基于官能团贡献法。对于沸点，用Joback方法计算了400种有机化合物，绝对平均误差是12.9K。Ogata-Tsuchida方法优于Joback方法，统计了600种单官能团化合物，80%的误差在2K以内。Gani方法的估计误差大约是Joback方法的40%。
对于临界温度，Joback方法平均误差是4.8K，平均相对误差为0.8%。Lydersen方法误差通常小于2%，对于分子量大的非极性化合物（MW100），误差为5%或更高。Gani方法估计的精确度一般要优于其他方法，对于测试的400种化合物平均相对误差为0.85%，平均误差为4.85 K。
对于临界压力，Joback 方法统计的390种有机化合物平均相对误差为5.2%，平均误差为2.1bar（1bar=0.1MPa）。Gani方法对于被测试的390种有机化合物平均相对误差为2.89%，平均误差为1.13bar。
对于临界体积，Joback方法对于被测试的310种有机化合物平均3相对误差为2.3%，平均误差为7.5cm/mol。Gani方法的精确度一般优于其他方法，对于被测试的310种有机物，平均相对误差为1.79%，3平均误差为6.0cm/mol。
临界压缩因子和偏心因子通过基本定义式计算。对于烃类组分，偏心因子还可用Lee-Kesler方法估算，该方法依赖于TB、TC和PC的值。
参考状态性质，如理想气体标准摩尔生成自由焓（DHFORM）、理想气体标准摩尔生成自由能（DGFORM），PCES给出了三种估算方法，分别是Joback、Benson和Gani方法。所有方法都是适用于较广范围的化合物官能团贡献法，Joback方法的平均误差是（5～10）kJ/mol，Benson方法和Gani方法平均误差都为3.7kJ/mol，推荐使用Benson方法。1.2.2 与温度相关的热力学性质
与温度相关的热力学性质包括理想气体热容（CPIG）、液体热容（CPLDIP）、液体摩尔体积（RKTZRA）、液体蒸气压（PLXANT）、汽化潜热（DHVLWT）等。
PCES用理想气体热容多项式、Benson 方法和Joback 方法计算理想气体热容，后两种方法是基于化合物官能团贡献法，使用的温度范围280～1100K，误差1%～2%。用理想气体热容多项式保存ASPENPCD、AQUEOUS和SOLIDS子数据库中组分的性质。在PCES中，这些模型也用于计算理想气体焓、熵和Gibbs自由能。
PCES用DIPPR、PPDS、IK-CAPE、NIST等液体热容关联式计算临界温度以下纯组分液体热容和液体焓。对于非数据库组分，采用基于基团贡献法的Ruzicka方法估计DIPPR液体热容关联式的参数。该方法对970多种化合物的液体热容测试表明，非极性和极性化合物的液体热容估算平均误差分别为1.9%和2.9%。
PCES用带有RKTZRA参数的Rackett模型方程计算液体摩尔体积。对于非数据库组分，PCES采用以Rackett方程为基础的Gunna-Yamada和Le Bas方法进行液体摩尔体积估算，前者用于非极性和轻微极性的化合物（对比温度<0.99时），准确度好于后者。Le Bas方法对于29种不同的化合物报告的平均误差为3.9%。
Aspen Plus纯组分数据库中有许多扩展的Antoine方程参数（PLXANT），可用于计算液体饱和蒸气压。对于非数据库组分，PCES采用Riedel、Li-Ma、Mani三种方法来估计液体蒸气压。Riedel方法通过Riedel参数、沸点下蒸气压是1atm、在临界点的Plank-Riedel约束条件等来估计PLXANT。Riedel方法对于非极性化合物是精确的，但对于极性化合物不是很精确。Li-Ma方法对于极性和非极性化合物都是精确的，对于28个不同的化合物估算的平均误差为0.61%。
汽化潜热用Clausius-Clapeyron 方程和Watson方程进行估算。对于非数据库组分，PCES采用以Watson方程为基础的Vetere、Gani、Ducros、Li-Ma等化合物官能团贡献方法进行汽化潜热估算，Vetere方法的平均误差为1.6%，Li-Ma方法平均误差为1.05%。1.2.3 与温度相关的迁移性质
与温度相关的迁移性质有等张比容（PARC）、液体黏度（MULAND）、液体热导率（KLDIP）、表面张力（SIGDIP）等。
PCES采用官能团贡献法Parachor估计PARC值。液体黏度用Andrade方程估算。对于非数据库组分，PCES采用以Andrade方程为基础、依赖于液体摩尔体积的官能团贡献法Orrick-Erbar和Letsou-Stiel方程估算。Orrick-Erbar方法适用于冰点以上到对比温度0.75，对于188 种有机液体报告的平均误差为15%。Letsou-Stiel 方法适合于高温和对比温度0.76～0.92的范围，对于14种液体的平均误差为3%。汽相黏度用基于基团贡献法的Reichenberg方法估算，对于非极性化合物预期的误差范围为1%～3%，对于极性化合物误差高一些，但通常小于4%。
液体热导率使用DIPPR方程进行估算。对于非数据库组分，PCES采用Sato-Riedel方法估算液体热导率，误差变化范围为1%～20%，对于轻烃和支链烃类精确度比较差。
表面张力使用DIPPR方程进行估算。对于非数据库组分，PCES采用Brack-Bird、Macelod-Sugden、Li-Ma方法估算液体混合物的表面张力。Brack-Bird方法用于非氢键的液体，期望误差<5%。Macelod-Sugden方法应用于非极性、极性和含氢键的液体，对于含氢键的液体误差为5%～10%。Li-Ma方法是一个用于估计不同温度下表面张力的官能团贡献法，该方法以分子结构和TB作为输入，对于427种不同化合物报告的平均误差为1.09%。
在用软件估算物性过程中，若能提供部分实验测定的物性数据，则可以改进参数估计的质量，将参数估计值的不确定性误差减到最小。1.2.4 纯物质物性估算举例例1-3 估算环八硫的物性参数。工业废气中的硫化氢都采用CLAUS工艺转化为液态硫黄进行回收。经测定，熔融状态硫黄的主要结构是环八硫（S），另外还8有其他的缔合结构。由于S分子的形状基本上是球形，分子之间8交错运动的阻力较小，S的结构可以一直保持到159℃而不致被迅8速破坏。因此，温度低于159℃时液态硫的黏度较小，有利于管道输送。从相关数据手册查到的S物性数据如例1-3附表所示，试估8算S其他缺失的物性参数。8例1-3附表 S的部分物性数据8注：1cc=1mL。解 ① 全局性参数设置 选择计算模式“Property Estimation”，表示将进行性质估计。输入模拟文件的标题信息、计量单位集等基本信息，见图1-11。在组分输入窗口，输入“S8”并回车，见图1-12。单击“Next”按钮，要求Aspen Plus 估算所有缺失性质，见图1-13。图1-11 选择计算类型与计量单位集图1-12 输入组分“S8”图1-13 要求估算所有缺失性质② 输入结构式 在“Molecular Structure”页面，输入S的分8子结构式，见图1-14。在“Structure”页面，观察软件绘制的S分8子结构是否正确，见图1-15。图1-14 输入S的分子结构式8图1-15 S分子结构8③ 输入补充数据 在“Properties|Parameters|Pure Component”文件夹中，创建一个名为“PURE-1”的纯组分参数输入文件，纯组分参数类型选择“Scalar”，输入附表数据，见图1-16。图1-16 输入纯组分性质参数④ 观察估算结果 模拟计算结果显示警告，如图1-17所示，提醒使用者软件中缺乏S—S键UNIFAC基团的贡献值。图1-17 计算结果带警告提示可忽略此警告，在“Properties|Estimation|Results”页面观察S8物性估算结果，如图1-18所示，包括沸点（TB）、三个温度下理想气体热容（IDEAL GAS CP）、标准生成热（STD. HT. OF FORMATION）、标准生成自由能（STD.FREE ENERGY FORM）、沸点下汽化热（HEAT OF VAP AT TB）、沸点下液体摩尔体积（LIQUID MOL VOL AT TB）、溶解度参数（SOLUBILITY PARAMETER）等。在“Properties|Parameters|Pure Component”文件夹内，还可看到若干与温度相关物性关联式参数的估算值，包括理想气体热容（CPIG-1）、液相热容 （CPLXP1-1）、Watson汽化热（DHVLWT-1）、液体热导率（KLDIP-1）、液体黏度（MULAND-1）、气相黏度（MUVDIP-1）、表面张力（SIGDIP-1）等。图1-18 S组分物性估算结果8例1-4 估算对二甲苯（PX）的固体标准生成焓（DHSFRM）与固体标准Gibbs自由能（DGSFRM）。在使用Aspen Plus软件模拟计算时，固体组分的性质计算是依据DHSFRM和DGSFRM进行的。如果软件数据库中缺少这些参数，固体组分的性质计算是不可靠的。为正确计算固体组分的性质，可通过查阅文献资料获取参数后再添加到软件数据库中，或利用软件的估算功能对这两个参数进行估算。根据热力学定义，在1atm、298.15K条件下，由稳定单质生成1mol化合物过程的热效应称为该化合物的标准生成焓，过程的Gibbs自由能变化值称为该化合物的标准生成Gibbs自由能。由于焓与Gibbs自由能参数均为体系的状态函数，因此可以通过设计多步的可逆过程，计算PX的DHSFRM与DGSFRM。在用软件估算PX在25℃的DHSFRM与DGSFRM时，基于热力学的两个基本算式。在1atm、纯组分的熔融温度上： （1-1） （1-2）LS式中，ΔG是固液平衡时的Gibbs自由能变化值；G和G分别是液相与固相的Gibbs自由能，由式（1-1）可计算DGSFRM数LS值；ΔH是固体熔融热；H和H分别是液相焓与固相焓。在Aspen Plus软件纯组分性质中可找到固体熔融热（HFUS），由式（1-2）可计算DHSFRM数值。解 （1）全局性参数设置① 计算模式“Flowsheet”，物流类型“MIXCISLD”，表示物流中有传统固体存在，但是固体没有粒子颗粒分布。此外，再输入模拟文件的标题信息、计量单位集等基本信息。输入常规PX和固体PX（即PX-S），固体PX的组分类型设置为“Solid”，见图1-19。图1-19 输入组分② 选择性质方法 PX是非极性烃类组分，可以选择各种立方型状态方程或“CHAO-SEA”性质方法，本例选择后者。③ 选择液相焓的计算路径 在“CHAO-SEA”性质方法中，计算液相焓的路径有多种。由于物性计算在常压下进行，可以选择路径HL00，该路径以理想气体状态方程、Watson模型计算纯组分PX的液相焓HL，以扩展的Antoine方程、理想气体状态方程、Watson模型计算纯组分液相PX的焓差DHL，见图1-20。图1-20 选择液相焓的计算路径④ 查看基础物性 在“Properties|Parameters|Pure Component|Review”页面，可以看到液体PX和固体PX的部分物性，如图1-21所示，可见PX的熔融温度（FREEZEPT）是13.26℃，7熔融热（HFUS）是1.711×10 J/kmol。图1-21 液体PX和固体PX常规物性（2）估算参数设置 在“Properties|Prop-Sets”文件夹中，建立纯组分PX的液相Gibbs自由能、固相Gibbs自由能、液相焓、固相焓等4个参数计算文件，文件名分别为PX-GL、PX-GS、PX-HL和PX-HS，并逐一对它们进行定义。液相Gibbs自由能计算文件PX-GL定义见图1-22，固相Gibbs自由能计算文件PX-GS定义方法类似，注意组分相态是“Solid”，组分名称是“PX-S”。 固相焓计算文件PX-HS定义见图1-23，液相焓计算文件PX-HL定义方法类似，注意组分相态是“Liquid”，组分名称是“PX”。对于汽固平衡计算，可把对应的液相Gibbs自由能参数修改为汽相Gibbs自由能参数，对应的液相焓参数修改为汽相焓参数。图1-22 纯组分液相Gibbs自由能参数设置图1-23 纯组分固相焓参数设置（3）计算流程设置①点击“Model Library”中的“Heat Exchangers”标签，选择简捷换热器模块“Heater”，拖放到工艺流程图窗口，用物流线连接换热器的进出口，见图1-24。图1-24 计算流程图② 设置进口物流信息，压力1atm，温度为PX的凝固点，流率随意。必须同时设置主物流和子物流的信息，见图1-25，换热器模块参数设置见图1-26。
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