优化温度相关力场预测正构烷烃热力学性质

为了实现不同温度下正构烷烃及其混合物热力学性质的准确预测,以正构烷烃（n-C₄~C₁₀）为训练集,通过对全原子OPLS-AA力场中非键相互作用参数（ε）的模拟优化,得到了ε与对比温度（T_r）以及正构烷烃碳原子个数（N_C）的经验关系式。利用该关系式计算出不同温度不同种类的正构烷烃的ε值,预测了正构烷烃纯物质及其混合物的黏度、密度、扩散系数等物性,并将新力场模拟计算值与理论估算值以及实验值进行比较。结果表明,采用优化温度相关力场预测烷烃及其混合物的物性与实验值最为吻合。密度、黏度和扩散系数的预测值与实验值的相对偏差分别小于2%、5%和10%,显著优于目前的理论方法和原OPLS-AA力场模拟计算的预测值。上述温度相关力场参数的确立,对于利用分子动力学模拟方法准确地预测正构烷烃及其混合物的热力学性质具有重要的实际应用价值。     

采用泰勒分散法测量蜡分子扩散系数

蜡分子扩散系数是蜡沉积预测模型中非常重要的物性参数。为测量蜡分子（高碳数正构烷烃）在液相体系中的分子扩散系数,建立了基于泰勒分散法的扩散系数测量装置,并对装置操作注意事项进行了详细探讨。采用该装置测量了丙酮水溶液、n-C₆+n-C₇溶液以及甲醇水溶液中溶质在溶剂中的分子扩散系数,以文献值对测量值进行校验,验证了装置的可靠性。分别以n-C₁₈、n-C₂₀、n-C₂₂、n-C₂₄、n-C₂₆为溶质,以n-C₇为溶剂,在不同温度、浓度下测量蜡分子在液相体系中的分子扩散系数,并将实验测量值与Hayduck-Minhas关系式计算值进行比较。结果表明：蜡分子扩散系数随温度升高而线性增大,随溶液中蜡分子摩尔分数的增大而以指数形式减小;在相同条件下,高碳数正构烷烃的分子扩散系数低于低碳数正构烷烃的分子扩散系数。采用Hayduck-Minhas关系式的计算结果比实验测量结果平均小50%,应用于蜡沉积预测时,将低估蜡分子扩散质量流。     

R600a/矿物油的黏度和密度

利用振动弦黏度/密度实验测量系统对R600a/SUNISO 3GS矿物油混合物5种配比(R600a质量分数为100%、95%、90%、85%、80%)下的黏度和密度进行了实验研究,温度范围为253～333 K。实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2%和±0.2%,温度测量的不确定度小于±10 mK。在获得实验数据的基础上得到了黏度和密度的关联式。黏度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为5.73%和1.75%,密度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为0.23%和0.07%。为实际制冷系统的优化设计提供了更为可靠的热物性数据。     

带压下原油组分(正十六烷+甲基环己烷+叔丁基苯)三元体系黏度与密度的测量与关联

密度和黏度数据是流体的重要物理性质,原油中主要化合物的密度和黏度数据对于原油流动、热量传递、质量传递等方面有显著影响。研究使用自主研制的落柱式黏度计,并以甲苯和正十六烷作为标准流体对仪器的可靠性和准确性进行了验证。选择正十六烷、甲基环己烷和叔丁基苯分别为原油中长链烷烃、环烷烃及芳香化合物的代表,测定了正十六烷+甲基环己烷+叔丁基苯三元体系在不同温度、压力和浓度下的密度和黏度值。测量的温度范围为318.15~378.15 K,压力范围为2.00~20.00 MPa。结果表明,黏度和密度均随温度升高而降低,随压力升高而升高,且随混合物组成的变化而明显改变。对于黏度数据采用自参考模型进行关联及预测计算,三元体系平均相对绝对偏差AAD关联与预测值分别为2.80%、4.90%。研究得到的原油体系的黏度、密度数据及模型参数,为原油开采及管道运输过程设计、开采技术改造、油藏储量计算等提供了数据支撑。     

如何预测正构烷烃的密度

对于碳原子数为1～20(C_1～C_(20)。)的正构烷烃,在各种温度条件下的准确密度已有文献发表,但是C_2。以至更高碳原子数的烷烃的准确密度则很少见有发表。在美国《化学工程》(Chemical Engineeing)杂志1989年第10期上,Roanoke学院化学系副教授Charles H.Fisher发表了预测C_(20)以上正构烷烃密度的方程式。 C.H.Fisher指出,可以用下面的方程式计算C_(20)以上正构烷烃在20～150℃温度范围内的密度:     

分子动力学模拟预测天然气密度和黏度的可行性研究

天然气作为相对清洁、低碳的能源,在我国的一次能源消费占比持续增长,其物性的精准预测对天然气集输利用过程分析至关重要。通过收集文献中天然气在不同温度和压力下的物性实测数据,对比分析了分子动力学模拟和常用经验模型计算天然气密度和黏度的预测精度,明确了不同组成天然气适用的最佳物性预测模型。结果表明,分子动力学模拟在预测天然气黏度方面具有较强的适用性,尤其是在高温高压条件下,当温度为444.4 K时,平均相对误差小于5%;天然气密度则采用现有相对成熟的经验模型更合适,而采用分子动力学模拟方法的几种力场模型预测其精度均不高;天然气密度和黏度预测模型的预测精度,不仅受温度和压力范围的影响,还与天然气组成有关。     

甲基丙烯酸甲酯本体聚合中物性参数的测定及关联

甲基丙烯酸甲酯(MMA)本体聚合过程中比热容、黏度和导热系数等物性参数是影响聚合动力学和体系传热的重要因素.研究了聚合转化率和温度对MMA本体聚合体系密度、比热容、黏度和导热系数的变化,发现随着转化率增大,体系比热容减小,密度、黏度和导热系数增大,并存在黏度发生突变的临界转化率;随着体系温度增大,密度和导热系数减小,比热容和黏度突变对应的临界转化率增大.建立了能描述各物性参数随转化率(聚合物浓度)和温度变化的数学关联式,计算值和实验值吻合较好,建立的各关联式能较好地预测MMA本体聚合中的物性的变化,可为聚合配方及传热的设计提供基础.     

纯CO2体系扩散性质的分子动力学模拟

使用基于COMPASS力场的分子动力学（MD）模拟方法计算了CO2在气相、液相以及超临界区的自扩散系数。计算结果表明温度对扩散系数的影响在密度较低时比较明显,随着密度的升高温度的影响逐渐减弱;密度较高时密度的影响对扩散系数起主导作用。通过研究温度和密度对扩散系数的影响规律,提出了预测CO2自扩散系数的新方程,该方程与模拟值和文献试验值吻合良好。     

基于ASOG-VISCO模型的醚类混合溶液黏度预测

基于44种二元含醚类物质混合溶液的运动黏度实验数据,采用ASOG-VISCO黏度模型回归得到了新的基团对O-CH₂,O-CyCH,O-ArCH,O-OH,O-COO,O-CCl₃,O-CCl₄的交互作用参数,所研究溶液体系为醚类与正烷烃、异烷烃、环烷烃、芳香族、醇类、氯仿、四氯化碳和酯类的混合物,黏度计算值与实验值的绝对平均偏差为3.31%。同时,为了验证回归得到的新交互作用参数对醚类混合溶液黏度预测的通用性,对11种其他醚类混合溶液的黏度进行了推算,计算值与实验值的绝对平均偏差为5.95%,可以满足实际工程需要。     

减压条件下C13-C16正构烷烃体系汽液平衡测定与关联

为确定连续精馏分离正构烷烃过程中的相平衡模型,在5 kPa条件下以C_(13)—C_(16)正构烷烃混合液为原料,采用单级循环汽液平衡装置分别测定C_(13)-C_(14),C_(13)-C_(15),C_(13)-C_(16),C_(14)-C_(15),C_(14)-C_(16),C_(15)-C_(16)二元体系及C_(13)-C_(14)-C_(15)-C_(16)四元体系的汽液平衡数据,并通过Herington面积检验法对实验数据的热力学一致性进行检验,最后以Wilson和NRTL方程为相平衡模型,采用化工辅助软件分别对6组二元及1组四元体系汽液平衡数据进行关联分析与比较,结果表明:实验数据符合热力学一致性且Wilson模型误差较小,四元体系中实验值与计算值相对偏差均<2%,说明实验值与计算值一致。研究结果为后续正构烷烃体系精馏分离提供基础数据。     

石蜡热性能的研究

以柴油作原料,反应温度分别在20℃、40℃、60℃下,通过尿素络合法恒温反应4 h制备石蜡,用气相色谱和差示扫描量热计(DSC)分析所制备的石蜡和市售25#、30#石蜡的正构烷烃组成和相变热并进行比较.通过比较发现,尿素络合石蜡含有多种正构烷烃,而25#、30#石蜡的组分少并集中在两种组分上,且25#、30#石蜡的相变热较高,更符合相变材料的要求.单体正构烷烃虽然满足储能要求,但其价格昂贵,因此可将烷烃组成较多的石蜡通过进一步分离使其正构烷烃组分数减少且集中在一两种组分上,来提高石蜡的相变热从而达到储能的要求.通过使用一种热力学模型预测石蜡的初始结晶点,和实验值对比证明模型能较好地预测石蜡的初始结晶点.因此可以通过调节石蜡的正构烷烃的组成及含量,使用该模型预测其初始结晶点而达到设计储能石蜡的目的.     

LNG接收站蒸发计算状态方程选择

LNG物性参数是LNG接收站模型建立、工艺流程模拟计算及研究必不可少的基础数据。以国外实验数据为基础,采用Aspen HYSYS软件分析评价PR、SRK、LKP、BWRS状态方程对气液相组成、焓、密度等物性参数的预测结果,比选汽液相平衡和热力学参数的计算状态方程,建立了LNG接收站储罐蒸发模型,并比较了四种状态方程的准确度。结果表明：PR方程在汽液相平衡计算方面计算精度最高,相对误差为4.70%;LKP方程计算热力学参数最准确,预测误差为2.59%。综合考虑相平衡参数和热力学参数计算精度,PR方程精度最高,预测误差为3.77%。此外,PR方程对LNG储罐蒸发和储罐压力的模拟计算值与现场数据吻合度最好,因此LNG接收站蒸发计算推荐选用PR方程。研究结果对物性参数和LNG接收站蒸发计算状态方程的选择具有借鉴意义。     

近临界区CO2物性预测模型对比与修正

超临界二氧化碳(SCO_2)布雷顿循环系统是未来极具潜力的发电能量转换系统,CO_2物性表征模型对布雷顿循环系统中动力设备转轴密封和轴承性能的预测精度影响显著。在总结权威文献中不同温度和压力下CO_2物性实验测试数据的基础上,对比分析了经典物性查询软件REFPROP软件中CO_2密度、黏度和热导率预测模型的预测精度,获得了预测精度最高的物性预测模型及对应临界点附近误差较大的区域,采用人工神经网络算法获得了近临界区预测精度更高的CO_2物性预测模型。结果表明:REFPROP软件中的FEK模型、VS1模型和TC1模型分别对CO_2的密度、黏度和热导率具有最高的预测精度,不过其在近临界区的物性预测最大和平均误差仍分别达到40%和8%以上,利用神经网络算法所获得的CO_2物性预测模型可使近临界点区的物性预测最大和平均误差分别降至30%和4%以下。     

正构烷烃物性的计算方法

<正> 烃是构成一切有机化合物的基础,是一类很重要的有机化合物。烃类物质的物性数据对更好地处理和解决设计、科研和生产中遇到的化工技术问题是非常重要的。本文将阐述正构烷烃物性的体算方法,并通过实例说明运算过程。所讨论的两种方法,用于正构烷烃系列,可由正常沸点(即在一个大气压下的沸点,t_b,℃)或链长计算正构烷烃的许多物性数据,如熔点、密度、折射率、表面张力、临界压力、汽化热、粘     

脂肪族氨基酸在水溶液中扩散系数的测定与关联

用金属膜池法测定了30℃下一些脂肪族氨基酸在水溶液中可溶解范围内微分扩散系数,采用KCl标定膜池常数,并用已有可靠扩散系数值的蔗糖水溶液验证了装置的可靠性.给出了微分扩散系数与浓度及相应的密度和黏度关系式.并考核和外推了一个半经验模型,关联和计算了本实验的数据,结果与实验值吻合得很好.     

烷烃在甲醇中无限稀释扩散的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究了300 K和10 MPa下,正烷烃(甲烷至正癸烷)在甲醇中无限稀释扩散。模拟得到的甲醇的扩散系数与相近条件下的文献值相近,因此,进一步预测了正烷烃的扩散系数。     

用自相关拓扑指数估算链烷烃的热力学性质

以碳原子的价电子能级值 (εi)为参数 ,建构了自相关拓扑指数 ( tT) ,其中0 T =Σεi,1T =Σ(εi.εj) 0 .5,1T不仅对链烷烃分子呈现良好的结构选择性 ,而且与 85种链烷烃的热力学性质 (p,标准生成焓、标准熵、标准生成自由能 )具有高度相关性 ,P与1T及N(或P3)的复相关系数依次为 0 .995 3,0 .9992 ,0 .992 5。优于文献值 ,预测结果令人满意     

离子液体[BMP][Tf_2N]基本物性的实验及模型关联研究

针对离子液体[BMP][Tf_2N]的物性数据缺乏的问题,在101.325 kPa下对[BMP][Tf_2N]在温度范围为278.15～338.15 K的黏度和温度范围为298.15～338.15 K的密度、电导率进行了实验测定。结果表明,黏度、密度和电导率在温度范围内的值分别是21.6～193.4 mPa·s、1 356.0～1 389.2 kg/m³和0.273～0.893 S/m,黏度、密度和电导率均受温度的影响较大,当压力一定时,[BMP][Tf_2N]的黏度、密度随温度的升高而减小;而电导率随温度的升高而增大;分别采用Arrhenius方程、自然对数方程和VFT方程关联[BMP][Tf_2N]的黏度、密度和电导率的实验数据表明,模型值与实验值的最大相对误差和平均相对误差分别是2.25%和0.94%,5.74%和5.39%,4.412%和4.245%;进一步说明关联模型与实验数据具有良好的一致性。     

离子液体[BMP][Tf_2N]基本物性的实验及模型关联研究

针对离子液体[BMP][Tf_2N]的物性数据缺乏的问题,在101.325 kPa下对[BMP][Tf_2N]在温度范围为278.15～338.15 K的黏度和温度范围为298.15～338.15 K的密度、电导率进行了实验测定。结果表明,黏度、密度和电导率在温度范围内的值分别是21.6～193.4 mPa·s、1 356.0～1 389.2 kg/m~3和0.273～0.893 S/m,黏度、密度和电导率均受温度的影响较大,当压力一定时,[BMP][Tf_2N]的黏度、密度随温度的升高而减小;而电导率随温度的升高而增大;分别采用Arrhenius方程、自然对数方程和VFT方程关联[BMP][Tf_2N]的黏度、密度和电导率的实验数据表明,模型值与实验值的最大相对误差和平均相对误差分别是2.25%和0.94%,5.74%和5.39%,4.412%和4.245%;进一步说明关联模型与实验数据具有良好的一致性。     

氟化物势能函数和热力学性质的分子模拟研究进展

发展干法铀纯化工艺对我国核能产业发展至关重要,但一直受基础热力学数据缺失的限制。因分子模拟方法具有高效、环保、经济的预测特性,为解决以上挑战提供了机遇。本文归纳总结了分子模拟计算物质热力学性质的多种方法,系统地介绍了模拟计算中不同力场和势能函数的发展情况和优势/缺陷,指明了对氟化物体系的适用性。随后,综述了氟化物热力学性质的分子模拟进展,分析并评价了力场与势能函数选择对计算结果的影响,表明与温度相关的分子间势能函数(TDIP)在第二维里系数、黏度和气液共存性质等的模拟中展现的较高模拟效率和准确性。为进一步提升计算数据的准确性,尚有很多基础科学问题需要解决。因此,本文最后对分子模拟方法在氟化物热力学领域的发展进行了展望,以期为工艺设计提供实践基础。