怎么用aspen定义一个离子化合物

怎么用aspen定义一个离子化合物

Aspen Plus ---生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统

一、概述

“如果你不能对你的工艺进行建模，你就不能了解它。如果你不了解它，你就不能改进它。而且，如果你不能改进它，你在21世纪就不会具有竞争力。”

----Aspen World 1997

Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。

二、产品特点

1）产品具有完备的物性数据库

物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。人们普遍认为AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。

Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据

1 纯组分数据库，包括将近6000 种化合物的参数。

2 电解质水溶液数据库，包括约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数。

3 固体数据库，包括约3314 种固体的固体模型参数。

4 Henry 常数库，包括水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。

5 二元交互作用参数库，包括Ridlich－Kwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden O’Connell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多个，涉及5,000 种双元混合物。

6 PURE10 数据库，包括1727 种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。

7 无机物数据库，包括2450 种组分（大部分是无机化合物）的热化学参数。

8 燃烧数据库，包括燃烧产物中常见的59 种组分和自由基的参数。

9 固体数据库，包括3314 种组分，主要用于固体和电解质的应用。

10 水溶液数据库，包括900 种离子，主要用于电解质的应用。

Aspen Plus 是唯一获准与DECHEMA 数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，共计二十五万多套数据。用户也可以把自己的物性数据与Aspen Plus 系统连接。

2）产品线比较长，集成能力很强。

Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES）的一个组份。AES 是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的AspenTech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。

如：

Polymers Plus：

在Aspen Plus 基础上专门为模拟高分子聚合过程而开发的层次产品，已成功地用于聚烯烃、聚酯等过程。

Aspen Dynamics：

在使用Aspen Plus 计算稳态过程的基础上，转入此软件可接着计算动态过程。

Petro Frac：

专门用于炼油厂的模拟软件。

Aspen HX-NET：

Aspen Plus 可以为夹点技术软件直接提供其所需要的各流段的热焓、温度和压力等参数。

B-JAC/ HTFS：

换热器详细设计（包括机械计算）的软件包，Aspen Plus 可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转入设备设计计算。

Aspen Zyqad：

这是一个工程设计工作流集成平台，可以供多种用户环境下将概念设计、初步设计、工程设计直到设备采购、工厂 *** 作全过程生命周期的各项工作数据、报表及知识集成共享。Aspen Plus 有接口可与之自动集成。

ajax无法封装到JDBC代码。

1ajax是客户端的控制技术，用来控制浏览器中某（IE是XML>

SiO2+3C=SiC+2CO

SiO2+2SiC=3Si+2CO

SiO2+SiC+C=2Si+2CO

如果C不足，估计会部分生成SiC，部分还是SiO2

而CO2应该是C和O2反应生成的。

C+O2=CO2

采纳我这就有

水溶组分平衡分布计算主要是根据热力学模型及水质分析资料，确定当地下水中溶解组分间的配合反应达到平衡状态时，各组分存在形式的浓度，进而对矿物的饱和度进行计算（钱会，2005）。根据计算结果，可对矿物在给定水溶液环境下的溶解或沉淀趋势进行判定。

1水溶组分平衡计算

地下水是一种多组分的溶液，水溶液中的化学组分是以多种形式存在的，水质分析结果并不能反映出溶液中组分的真正存在形式。通常水样中含有Cl—、 、 、 、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、H+和OH—等组分，但实际上水溶液中阴阳离子间存在复杂的配合作用，溶液中所含有的组分存在形式远不止这些。例如，水溶液中的Ca2+与 配合反应可形成 ，反应式如下：

水文地球化学基础

同样，Mg2+与OH—、 、H+与Ca2+反应可分别形成MgOH+和 等。反应式如下：

水文地球化学基础

把水溶液中的化学组分划分为两种类型，一种为基本组分，另一种为衍生组分。基本组分是指一组能够对水溶液的化学成分给予充分热力学描述的组分，衍生组分是由两种或两种以上的基本组分相互反应而形成的组分。按照这种划分，上述水样中共含有9种基本组分，它们相互配合后可形成17种衍生组分，组分存在形式的总数为26种。

表6—1给出了这些组分存在形式以及形成衍生组分的化学反应。水溶组分平衡分布计算的实质就是要根据水样的水质分析结果，计算出表6—1所列的化学反应达到平衡状态时，水溶液中各组分存在形式的含量。由于这种计算的基础是水溶液中组分间的化学反应处于平衡状态，因此国外通常将其称为水溶组分平衡分布的计算（calculation of equi-librium distribution of species或equilibrium speciation calculation），而把计算所得到的结果称为水溶组分的平衡分布。

表6—1 水溶液的化学模型

2基本方程

（1）一个简单水溶液系统的分析

地下水中分布最广的七种离子是Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl—、 和 ，它们被称为地下水中的主要组分。以含有上述离子的多组分水溶液系统为例，来说明水溶组分平衡分布计算的基本方程。

表6—1为7种离子所形成的26种组分存在形式，其中基本组分9种、衍生组分17种。若以TC表示水溶液中所有含碳酸根组分的化学分析浓度（摩尔浓度）之和，以TNa、TK、TCa、TMg、TS和TCl依次表示Na+、K+、Ca2+、Mg2+、 和Cl—的水质分析结果，由于水溶液中化学组分的分析浓度反映了该组分在水溶液中各种存在形式的含量总和，因此有：

水文地球化学基础

水文地球化学基础

以上各式中方括弧表示组分的摩尔浓度。由于水溶液的pH值可直接测定，所以溶液中H+和OH—的浓度可分别由下述公式计算（未考虑活度系数的影响）：

[H+]=10—pH （6—8）

[OH—]=KW/[H+] （6—9）

式中：KW为水的电离常数。

这样根据基本组分的质量守恒关系便组成了7个方程，在这7个方程中共有24个未知数，其中7个未知数是基本组分的浓度，其他17个未知数是衍生组分的浓度，所以仅根据这7个方程还不能确定水溶组分的平衡分布。根据水溶液中由基本组分形成衍生组分的化学反应处于平衡状态的假设，可以列出另外的17个方程，从而把衍生组分的浓度用基本组分的浓度表示。例如，含有基本组分Ca2+的所有衍生组分的浓度可用基本组分的浓度依次表示为（假定所有组分的活度系数均等于1）：

水文地球化学基础

把式（6—10）～式（6—13）代入式（6—3）得：

水文地球化学基础

同理，对于其他衍生组分，其浓度也可以用相应反应的平衡常数及基本组分的浓度表示，将衍生组分浓度的这种表达式依次代入式（6—1）、式（6—2）和式（6—4）～式（6—7）得：

水文地球化学基础

考察方程式（6—14）～式（6—20）可知，在这7个方程中，共含有7个未知数，它们分别是基本组分Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl—、 和 的浓度。这样，方程式（6—14）～式（6—20）便组成了含有7个方程、7个未知数的非线性方程组，这便是水溶组分平衡分布计算的基本方程，使用一定的数值方法求解该非线性方程组便可得到各基本组分的浓度，将其代入形如式（6—10）～式（6—13）的衍生组分浓度计算式中即可求得所有衍生组分的浓度。

（2）基本方程的数学表述

为了便于在计算机上求解，需用简洁的数学关系式把由方程式（6—14）～式（6—20）所组成的方程组表示出来。在水文地球化学研究中，由于常把由基本组分形成衍生组分的化学反应写成表6—2中所列的形式，同时引入了第k种基本组分相对第j 种衍生组分的化学计量数Pk，j，在数值上等于1mol的第j种衍生组分完全分解时所形成的第k种基本组分的物质的量，对于分解反应的生成物，Pk，j为正数，对于分解反应的反应物，Pk，j为负数，而对于未参加反应的组分，Pk，j等于0。表6—2列出了表6—1中各基本组分相对所有衍生组分的化学计量数的数值，表中Zk为基本组分的价数，Zj为衍生组分的价数。按照这一定义，若用A1，A2，…，Am表示水溶液中的基本组分，用a1，a2，…，am依次表示其浓度，用Y1，Y2，…，Yn表示衍生组分，用c1，c2，…，cn分别表示其浓度。这样，水溶液中由基本组分形成衍生组分的化学反应可统一表示为：

水文地球化学基础

表6—2 化学计量数Pk，j数值表

例如，对于第7种衍生组分 来说，按照表6—2中的编号，由于1mol的 完全分解时分别形成了1mol的第2种基本组分（ ）和1mol的第6种基本组分（Ca2+），所以：

P2，7=P6，7=1

又因为1mol的第7种衍生组分完全分解时除了形成1mol的第2种和第6种基本组分外，不形成其他基本组分，或者说形成了0mol的其他基本组分，所以有：

Pk，7=0（k≠ 2，6）

因此，对于第7种衍生组分，Pk，j可表示为：

水文地球化学基础

这样，对第7种衍生组分应用式（6—21）有：

水文地球化学基础

即

水文地球化学基础

同理，对于第13种衍生组分有：

水文地球化学基础

应用式（6—21）得：

水文地球化学基础

即

水文地球化学基础

当反应（6—21）达到平衡状态时，其平衡常数Kj可用基本组分与衍生组分的浓度表示为（假定溶液中各组分的活度系数均等于1）：

水文地球化学基础

例如，对于第14种衍生组分，由于：

水文地球化学基础

所以有：

水文地球化学基础

即

水文地球化学基础

由式（6—22）可得：

水文地球化学基础

式（6—23）即为根据基本组分浓度计算衍生组分浓度的通式。

若第k种基本组分的化学分析浓度为Tk，则有如下的质量守恒方程成立：

水文地球化学基础

例如，当k=6时，由于在表6—2所列的所有衍生组分中，只有 1mol的第7、11、13、15种衍生组分完全分解时能够形成 1mol的第6种基本组分，而其他衍生组分的分解不能形成第6种基本组分，或者说1mol的其他衍生组分分解时形成了0mol的第6种基本组分，因此有：

水文地球化学基础

代入式（6—24）有：

水文地球化学基础

即

水文地球化学基础

将式（6—23）代入式（6—24）得：

水文地球化学基础

方程（6—25）即是水溶组分平衡分布计算的基本方程，方程中含有m个未知数（a1，a2，…，am），同时也有m个方程，因此可以求得唯一解。

3计算实例

表6—4列出了表6—3所列水样组分平衡分布的计算结果。表中没有给出各组分存在形式在水溶液中的绝对含量，而是给出了各组分存在形式的含量在相应组分总量中所占的百分比。由表6—4可见，溶液中自由Cl—、Na+和K+在相应组分总量中占有绝对优势，对于所述的10个水样，其含量百分比均已超过了98%。但 却与上述几种离子有所不同，10个水样中水样1的 相对含量最大，占到了含S组分总量的9617%，水样10的 相对含量最小，只占含S组分总量的7855%。其他水样的 相对含量一般都低于95%，例如水样3为9304%，水样6为8598%，水样9为8856%。造成这种现象的原因是，以 和 形式存在的 在含S组分总量中占较大的比例。例如，在水样10中， 所占的比例为1298%， 所占的比例为823%，在水样5中，上述两种组分所占的百分比分别为569%和232%。Ca2+和Mg2+的情况与 类似。由于它们与 、 及 的配合作用，使得以自由离子形式存在的Ca2+和Mg2+含量有一定程度的减少，以水样10的减少程度最显著。水样10中Ca2+在含Ca组分总量中所占的比例为8503%，Mg2+在含Mg组分总量中所占的比例仅为7662%。同样，对于矿化度较高的水样，以 和 形式存在的 在含C组分总量中所占的比例也达到了不可忽略的程度。总之，阴阳离子间的配合作用使得以自由离子形式存在的组分含量有不同程度的减少，自由Cl—、Na+和K+含量减少的程度要小一些，而 、Ca2+和Mg2+含量减少的程度则较大。

表6—3 水样的水化学分析结果

表6—4 所列水样组分平衡分布的计算结果　单位：%

4常用软件

Truesdell和Jone于1974年开发了WATEQ软件，主要用来对天然水的水溶组分平衡分布及矿物的饱和指数进行计算。Plummer等（1976）将 WATEQ翻译成了 FOR-TRAN IV语言，从而形成了 WATEQ的 FORTRAN版本 WATEQF。其后，对 WA-TEQ的改进主要集中在增加数据库中组分的热力学数据上，目前的版本WATEQ4F可用来对地下水中所有主要组分和许多微量组分的平衡分布进行计算，其热力学数据库包含了数百种组分和矿物的平衡常数，以及用来对平衡常数的温度变化进行校正的焓值。此外，多年来人们还开发了许多其他类似的软件，主要有MINEQA2和PHREEQC等。

表6—5对比了WATEQ系列软件及其他类似软件可模拟的水文地球化学问题，它们均可以进行水溶组分平衡分布计算、氧化还原平衡计算、液—气平衡计算、矿物饱和指数计算，且可对平衡常数随温度的变化进行校正。

表6—5 WATEQ、MINEQA2和PHREEQC的模拟功能对比

打开MS，我们在new proj做这个分子，file--new-- 3D atomistic, 重命名为molecule

接下来我们一起做一个简单的水分子：

点击工具栏的如下按钮

然后，鼠标会出现铅笔图标，在工作区点一下（记住，只要点一下，然后按键盘的Esc）会出现如图，大家会看到一个十字红点，这个就是氧原子

右击display style-- ball and stick，会看到球形原子显示

点击工具栏的如下图标，自动添加H原子

这样你的H2O分子就建立好了>

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