第8 章 物性数据的估算
Vetere 对比式进行修正
36 6 + 42 ln Tbr − Tbr Tbr
Q = K (3.758 − α c )
(8-29a)
αc =
03.758 Kψ b + ln( p c / 101.325) Kψ b − ln Tbr
(8-29b)
按不同类物质取不同 K 值 Riedel-Plank-Miller 式
(8-42)
∆ V H b = 1.093RTc Tbr
Chen 式
(8-43)
∆ V H b = RTc Tbr
Vetere 式
3.978Tbr − 3.938 + 1.555 ln ( p c / 0.101325) 1.07 − Tbr
(8-44)
∆ V H b = RTc Tbr
0.89584Tbr − 0.68859 + 0.4348 ln ( p c / 0.101325) ⎛ 0.101325 ⎞⎛ 1 ⎞ ⎟ 0.37691 − 0.37306Tbr + 0.14878⎜ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ 2⎟ pc ⎝ ⎠⎝ Tbr ⎠
Tb = 198.2 + ∑ ni ∆ Tb
Tc = Tb 0.584 + 0.965∑ ni ∆ Ti −
[
(∑ n ∆ ) ]
i TI
2 −1
p c = 0.113 + 0.0032n A − ∑ ni ∆ pi
Vc = 17.5 + ∑ ni ∆ Vi
(
)
−2
× 0.1
方法缺点,未考虑邻近基团影响,特别是-F、-Cl 基团简单加和。 C-G 法:典型的考虑邻近基团的影响
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(8-40)
此式困难在于要使用 p-V-T 关系计算 ∆ V Z ,在实用上,一般取 ∆ V Z 为 1,并代入沸点 Tb 时状况,并作经验修正,例如 Giacalone 式
∆ V H b = RTc Tbr
Riedel 式
ln ( p c / 101.325) 1 − Tbr ln ( p c / 101.325) − 1 0.930 − Tbr
[
(∑ n ∆ )
i TI
2
+ DT
(∑ n ∆ ) ]
3 i TI 2 i pI
(8-38c)
(∑ n ∆ )
+ Dp
(∑ n ∆ ) ]
3 i pI
其他公式都与原 Riedel 式相当。本法误差较一般对比态小。 8.5 蒸发热(焓)的估算 几种最重要的蒸发热(焓) : ∆V H b , ∆V H 298 , ∆V H 298
φ ( p r , Tr ,Vr ) = 0
(8-2)
提供了压缩因子( Z )的估算方法,并发展为估算蒸气压( ps ) 、蒸发焓( ∆ V H ) 、焓差 (H −H ) 、熵差( S − S ) 、热容差( C p − C p ) 、逸度系数( φ )等一系列热力学性
id
id
id
质的计算。此法使用方便,但主要用于计算气相。
8.2.2 三参数法 加入第三参数可更好地反映物质的特性,因此在 p-V-T 及其他各种热力学性质计算 。使用 ω 和 Zc 后,有关 中更准确、更常用的三参数是偏心因子( ω )和临界压缩因子(Zc) 液相的计算更加准确了。 ,后者的 ω 为零。Lee- 用 ω 作为第三参数时,作为标准的是球形流体(Ar、Kr、Xe) Kesler 是三参数法的一种改进,选择两种参考流体的方法更准确些。但复杂得多。 8.2.3 使用沸点参数的对比态法 沸点(Tb)反映物质的特性,因此可作为特殊的第三参数使用,例如在 ps 的计算中
8.4.2 基团法
6.09648 − 1.28862 ln Tr + 0.169347Tr6 Tr
15.6875 − 13.472 ln Tr + 0.43577Tr6 Tr
用基团法一般是困难的, 目前可用的是 CSGC 法 (基团对比态法) , ps 随着温度剧烈改变, 此法用对比态公式,但临界参数用基团法求出,而基团值及方程系数由回归求得,例如其中 的 CSGC-PR 法以 Riedel 方程为基础
主要估算方法包括对比态法和基团法。 8.4.1 对比态法 最简单的是结合关联方程,代入沸点(Tb)及临界点,得:
⎛ 1 ln p rs = h⎜ ⎜1 − T r ⎝ h = Tbr
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(8-23)
ln ( p c / 101.325) 1 − Tbr Tbr = Tb Tc
(8-24)
及 C 与 Tb 有关
0.101325 ⎟ [ln( pc / 0.101325)]⎜ ⎜1 − ⎟ p c Tbr 1 − Tbr
⎛ p c ⎞ (Tc − C ) (T − Tb ) ⎛ pc ⎞ ln⎜ ln⎜ ⎟= ⎟ ⎝ 101.325 ⎠ (Tc − Tb ) (T − C ) ⎝ 101.325 ⎠
另有一批复杂得多的对比态公式,例如 Riedel 式
(8-25)
l= −35Q,
⎛ 1 ln p rs = h⎜ ⎜1 − T r ⎝
h = Tbr
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(8-5)
ln ( p c / 101.325) 1 − Tbr Tb Tc
(8-6)
Tbr =
(8-4b)
p vr =
pv pr
(8-7)
8.2.4 使用第四参数(极性参数)的对比态方法 加入极性参数(第四参数)可进一步改进对比状态法,但至今未有广泛被接受的第四参 数,目前已使用过的有以偶极矩为基础的,或以 ω 及 ps 为基础的。第四参数法虽有优点, 但还未成为一个适用于各种物性计算的方法。 8.2.5 使用第五参数(量子参数)的对比态法 一般的对比状态法不适用于量子气体(H2、He)等,在两参数法时,就曾提出使用对 氢使用“临界参数加 8”规则,
⎛ ⎝ ⎞ ⎠
(8-45)
Procopio-Sn 式
∆ V H b = 1.024 RTc Tbr
修改后的 Klein 式
0.101325 ⎟ [ln( pc / 0.101325)]⎜ ⎜1 − ⎟ pc 1 − Tbr ⎛ ⎝ ⎞ ⎠
(8-47) (8-46)
∆ V H b = RK k 1Tb
Tb = 204.359 × ln ∑ ni ∆ TI + ∑ n j ∆ T j
Tc = 181.728 × ln
(
)
)
(∑ n ∆
i
Tci
+ ∑ n j ∆ TCJ
p c = 0.13705 + 0.1 0.100220 + ∑ ni ∆ pci + ∑ n j ∆ pcj
Vc = −4.350 + ln ∑ ni ∆ Vci + ∑ n j ∆ VCJ
Vc =
Vc0 9.91 1− MT
(8-15c)
式中 Tc , p c , Vc 是经验修正后的临界参数。从(8-15)可知,此法是先修正临界参数, 再考虑不同摩尔质量的温度的修正。 8.2.6 对比状态法和状态方程法 从计算方法比较上述两种方法有很大差异, 但状态方程法中, 所用参数都是从临界参数 计算,即以 Tc、pc、 ω 来表达的,因此这两种方法也有一定的共同点。 8.3 基团贡献法 8.3.1 概述 对比状态法有通用和简洁的优点, 也便于计算机使用了, 其主要问题是过于依赖临界参 数,而至今具有临界参数的物质只略多于 1000 种。因此对于缺乏临界参数的化合物对比状 态法是难于使用的。 基团法是假定化合物中各个基团对物性的贡献是相同的, 只用约 100 个基团就基本上可 估算各类有机化合物的物性。 8.3.2 发展和分类 一批常用基团 基团由多到少,反映基团间的相互作用的影响。 修正项的作用 用基团法的主要物性项:
ln p rs = A + −
T , Tc*
B+ Tr
*
+ C + ln Tr* + D + Tr*6
p , * pc Tb Tc*
(8-37)
Tr* =
* pr =
* Tbr =
加“*”号表示是由基团法求出的。
Tc* = Tb / AT + BT ∑ ni ∆ TI + CT
[
* pc = 101.325 ln Tb / A p + B p ∑ ni ∆ pI + C p
(
)
(8-33)
γ = ah + bβ
−1 1 − Tbr a= 7 , Tbr − 1
m 1 − Tbr b= 7 Tbr − 1
不同类化合物,m, γ 有不同的算法。 引入第三参数 ω 的算法,例如 Lee-Kesler 式
ln p rs = f (0 ) + ωf (1)
(8-36)
f (0 ) = 5.92714 − f (1) = 15.2518 −
(
)
(
)
二级基团也可以不加,可能误差大些。另一个优点是求 Tc 时不要 Tb 数据。 8.4 蒸气压的估算 重要性 随着温度上升剧烈上升, 常用关联方程系数表达数据, 主要是 Clapeyron 方程和 Antoine 方程
ln p s = A − ln p s = A −
B T B T +C
(8-21) (8-22)
Tr =
T Tc + 8 p pc + 8
(8-14a)
pr =
(8-14b)
此时,Tc 单位为 K,pc 用 atm(12.8atm) 。虽可用第五参数作理论修正,但广泛使用的 是对临界参数的经验修正法
Tc =