探讨临界参数在化工计算中的应用

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摘 要：临界温度、临界压力以及临界体积被共同称为临界参数，它们是描述物质特征的主要参数。而化工计算是化学工程的基础学科，也是促进化学工程发展的主要方式，因此，必须提高对其的重视程度。该文通过介绍化合物临界参数的计算方法，以及临界参数在化工计算中的3个重要应用：液体密度计算，气体热容计算，真实气体状态方程参数计算。可得出，临界参数是非常重要的化工物性数据。力求为今后的相关工作提供可靠的参照。

关键词：临界参数 化工计算 计算方法

中图分类号：TQ015 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0243-02

应用并非全部气体都均可以液化，如果气体温度高于临界温度，则不管增加多高的压力，气体均无法被液化，就是说临界温度就是气体液化的极限，如果气体温度低于临界温度，伴随压力提升，气体就会出现液化现象。气体处在临界状态时候的温度就是临界温度、压力就是临界压力、体积就是临界气体摩尔体积。

1 化工计算与临界参数简述

（1）简述化工计算就是指借助物理化学的根本规律，针对参加单元操作或者作用阶段的物料质量、构成以及状态的参数实行计算。最初的化工计算只是代表反应物与生成物彼此的物质联系，符合倍比与定比定律。直到20世纪初期，化学计算的定义扩大为守恒定律与物化根本定律作用阶段和单元操作阶段的运用。化工计算是工厂规划自定性转化成定量计算的首个环节，但对当前生产步骤的经济性与问题缺陷实行评估同样非常重要。当前，部分高等工科学院就把化工计算当成一类基础性课程，以此来提升学生们的运算水平，并把物理化学规律进行实践，进而取得更好的学习和应用效果。

（2）简述临界参数液体饱和蒸气压随着温度提升而增高，换句话说，就是温度更高，气体液化的压力就更高。相关研究表明，各类液体均有自身的一个特别温度，如果高于这个特别的温度，那么不管增加多高的压力，均无法导致气体出现液化现象。该特殊温度就是临界温度，运用Tc代表。临界温度就是能够使气体可以发生液化现象所需的最大温度。低于临界温度则不会存在液体，因此，饱和蒸气压和温度之间的联系就会限定于临界温度Tc。处在临界温度的饱和蒸气压叫做临界压力，应用Pc代表。临界压力Pc是临界温度中能够让气体发生液化现象需要的最低压。于临界温度Tc和临界压力Pc中，物质摩尔体积叫做临界摩尔体积，应用Vc代表。物质处在临界温度和临界压力中的状态就是临界状态。

2 临界参数的计算方法

临界参数的计算方式有很多种，一般分为：关联式法、基团贡献法、根据液体状态方程的计算方式、定量结构性质关系法这4类方式。其中，应用相对广泛的为基团贡献法和关联式法，以下将对基团贡献法的计算方式进行具体的分析。

这种计算方式是根据相同基团在不同分子中针对某个临界参数假设相同贡献值的基础上设立的计算方式，能够应用几十个基团计算出千万种化合物的临界特性，计算的精度和基团的类型划分和回归贡献值选择的化合物存在直接的关系。许多科研人员提出了多种基团贡献法的计算方式，该研究举例Lyderson基团贡献法，对这种计算方法进行分析，以下为计算公式：

（1）

（2）

（3）

其中，Tb为正常的沸点值；N为分子量；T，P，V分别为基团中临界温度、临界压力以及临界摩尔体积的贡献值。（2）关联式法这种计算方式先基于化合物特性官能团实行种类划分，之后选取适合的基础数据，比如：分子量和正常沸点值之类的性质和临界参数彼此联系，获得相对简洁的数学关系式。

3 临界参数在化工计算中的应用

临界参数在化工计算中的应用非常广泛，是化工计算的主要手段。该研究简要列举了临界参数在化工计算中应用的几类主要方式，即，计算液体密度、计算气体热容以及计算气体状态方程参数真实值。以下为具体分析。

3.1 计算液体密度

因当前时期的液体理论依然不够健全，依然无法找到液体参数彼此的关联式，所以，计算液体密度没有计算气体便捷。化工计算中通常应用临界参数的计算公式。

（1）借助临界常数对饱和液体密度进行计算，计算公式为：

Vu=VcZc（1-Tr）0.2857 （4）

其中，Vu为饱和液体体积，这个计算公式仅需具有纯物质的临界参数即可以进行计算。误差一般在1～2%之间。

（2）借助对比密度和Tr与Pr之间的联系对液体密度进行计算，计算公式为：

ρr=ρ/ρc=Vc/V （5）

其中，Tr=T/Tc，Pr=P/Pc，如果ρc为已知项，则可以通过Tr与Pr计算ρr，之后计算得到ρ值。

3.2 计算气体热容

有机物气态在各种温度中的气体热容具备多种计算方式，而基团贡献法属于一类相对简便且高精的计算方式。这种计算方式把有机物分为多个基团，把基团对化合物热容贡献值作和，取得热容。

计算气体热容的真实值，要考量压力对气体热容产生的作用，往往气压高于354 kPa的时候，需应用普遍化热容校正图进行解算。

3.3 计算气体状态方程参数的真实值

应用压缩因子方式能够更快的解算气体状态方程参数的真实值，这种计算方式借助如下的方程式进行相关计算：

（6）

公式中，Z为压缩因子，其是更正现实中气体和理想中气体偏差程度的无量纲纯数。

基于对比状态理论可知，如果各类气体存在两个对比状态参数相同，那么，第三个对比状态参数基本具备同一值：Z=ZcPrVr/Tr，不难发现，各种气体的压缩因子需遵守同一函数关联式：Z=f （Pr，Tr）。之后，采用双参数压缩因子方式或者三参数压缩因子方式，借助普遍化压缩因子图，以明确压缩因子的数值。压缩因子数值明确之后，通过（7）式计算状态的参数。

不难看出，临界参数属于一类十分关键的化工物性参数，在进行化工计算过程中，需提高对其重视程度。

4 结语

综上所述，该文简要分析了关联式法与基团贡献法两种计算方式，且针对临界参数在化工计算中的应用进行了分析。临界参数在液体密度、气体热容以及气体状态方程参数的计算中具备关键作用。因此，临界参数在化工计算中的应用非常主要，相关技术人员需掌握此类计算方式。

参考文献

[1] 李瑞.浅谈临界参数在化工计算中的应用[J].科学之友，2012（22）：150-151.

[2] 王小艳；司继林；张达，等.纯物质临界参数估算方法的研究进展[J].化工进展，2012（9）：1871-1877.

[3] 张南哲.化工计算衡算体系及其选择技巧[J].广州化工，2015（21）：57-58.