计算机软件辅助化工热力学教学

王剑 赵红坤 刁国旺

摘要： 化工热力学是化工专业的重要的专业课。将Matlab 数值模拟软件及流程模拟软件Aspen Plus应用于成人高等教育《化工热力学》课程的教学。结果表明，利用Matlab及Aspen Plus 解决化工热力学工程计算问题快捷、准确和有效。

关键词：化工热力学;教学改革;教学实践

中图分类号：G4 文献标识码：A

化工热力学是化学工程的基础学科，研究对象接近实际过程，实际过程所涉及的系统复杂，温度、压力范围宽广，化学工程师们不能依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性[1]。化工流程模拟软件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简化计算过程。Matlab包含了大量的计算算法，拥有数百个数学运算函数，用户通过调用可方便地进行各种计算[2]。本文研究Aspen Plus与Matlab软件的交互实现，并应用于化工热力学课程的教学与实践中，能够有效地将理论与工程实践相结合，提高学生的工程应用能力，培养企业所需要的工程应用型人才。

1 计算实例

计算在101.325kPa下0.4833（摩尔分数）乙腈、0.5167水混合物的泡点及平衡蒸汽组成。已知乙腈和水的饱和蒸汽压按照Antoine方程计算：

式中，P为饱和蒸汽压，kPa;A、B、C为Antoine常数（表1）。同时利用实验测得的乙腈-水体系的液液平衡数据进行数据回归，所有参数均是在101.325kPa下测得的，如表2所示。

编写计算程序如下：

function Feidian

clear all; clc

x= [0.4833 0.5167]; A= [6.00769 7.07405]; B= [-1186.7967 -1657.4588];

C= [-58.0790 -46.1300]; P=101.325; T0=350;

T= fzero（@Equation， T0， []， x， A， B， C，P）;

y= x.*P0（T，A，B，C）./P;

%.................................................................................................

Function f= Equation（T，A.B，C，P）

y= x.*P0（T，A，B，C）./P;

f=sum（y）-1;

%.................................................................................................

function f=P0（T，A，B，C）

f= exp（log（10）*（A-B./（T+C）））;

运行程序，结果显示，混合物沸点为T= 350.07 K，气相组成 y=[0.6530 0.3470]。根据已知的VLE实验數据，采用ASPEN软件，选用VANL-RK物性方法，得到了模型回归参数，并计算不同温度下气相及液相组成，结果显示计算结果与实验结果误差小，计算结果合理。

2 结论

利用Matlab及Aspen软件辅助化工热力学教学，具有操作步骤简单、计算效率高、结果准确等特点，有利于教学内容与软件相联系，无论对提高课堂教学效率，还是对加强学生解决实际问题的能力都十分有利。

参考文献

[1] 潘勇.高职化工热力学教学现状与改革[J].河北化工，2008，31（5）：55-57.

[2]杨涛.MATLAB 在物理化学实验教学中的应用[J].计算机与应用化学，2012，29（11）：1387-1390.

[基金项目] 扬州大学2019年继续教育教改课题（2019jj-jg01）;江苏高校品牌专业建设工程项目（PPZY2015B112）

[作者简介] 王剑（1983-），男，江苏泰州人，副教授，主要研究方向为化工热力学。