第二章 物性方法
物理实验技术材料物性测量方法解析
物理实验技术材料物性测量方法解析引言物理实验技术是指应用物理原理和方法，通过实验手段来研究和验证物理学定律的一门学科。
而物性测量方法则是指用来测量材料物理性质的技术手段。
本文将对物理实验技术和其中的材料物性测量方法进行解析，以展现其在科学研究和应用中的关键作用。
一、实验技术的发展与应用物理实验技术是科学研究的基石。
随着科技的发展和需求的变化，实验手段和技术不断更新和完善。
从曾经的手工操作到现代自动化实验装置，实验技术的进步大大提高了实验的精确度和效率。
例如，在材料科学领域，金相显微镜是一种常用的实验仪器，用于观察和分析材料的显微结构。
而随着计算机技术的发展，现代金相显微镜结合了图像处理和分析软件，使得材料的分析和测量更加全面和精确。
二、常见的物性测量方法1. 热学性质测量方法热学性质涉及到物质的热传导、热膨胀、比热容等特性。
热导率仪、热膨胀仪和差示扫描量热仪等是常用的热学性质测量仪器。
这些仪器通过测量热量的传递和变化，来推导出物质的热学性质参数。
2. 电学性质测量方法电学性质是与材料的电导率、介电常数、磁化率等相关的性质。
电阻计、电容计和霍尔效应测量仪等是常见的电学性质测量仪器。
它们通过测量与电场或磁场相关的物理量，来确定材料的电学性质。
3. 光学性质测量方法物质的光学性质包括反射、吸收、透射等特性。
光谱仪、透射电子显微镜和激光干涉仪是常用的光学性质测量仪器。
这些仪器利用不同波长的光线与材料相互作用的方式，来分析和测量材料的光学特性。
4. 力学性质测量方法力学性质涉及到物质的强度、硬度、弹性等特性。
万能试验机、硬度计和纳米压痕仪是常见的力学性质测量仪器。
这些仪器通过施加力或压力，来测量材料的力学响应和性质。
三、实验技术的挑战和发展趋势物理实验技术的发展面临着一系列的挑战和需求。
首先，实验手段需要更高的精确度和灵敏度，以满足科学研究对数据质量和精度的要求。
其次，实验技术需要更高的自动化和智能化水平，以减少人为误差和提高实验效率。
ASPENPLUS10.0物性方法和模型
例子有 l 甲烷和己烷或庚烷二元系统 van der Kooi， １９８１；Davenport and Rowlinson， １９６３；
１５
l 吉布斯能的偏差
( ) ∫ Gm − Gmig
=
−
v ∞
p
−
RT V
dV
−
RT
ln
V V ig
+
RT (Zm
− 1)
１６
l 摩尔体积 求解p T Vm 得到Vm 对于一个给定的状态方程 逸度根据方程１３计算 混合物其它的热力学性质能由偏差函 数计算 l 汽相焓
H
v m
=
H
ig m
+
(H
v m
−
H
ig m
)
f i v = ϕiv yi P （８）
校正因子ϕiv是逸度系数 对于在中压下一个汽相 ϕiv接近于１ 相同的方程可应用到液 相
f i l = ϕil xi P ９
Kohn， １９６１） l 乙烷和C数为１８－２６的正构烷烃二元系统（Peters et al．， １９８６） l 二氧化碳和C数为７－２０的正构烷烃二元系统（Fall et al．， １９８５） 不互溶的化合物分子大小差别越大 液－液和液－液－汽平衡越可能涉及重组分的固化 例如 乙烷和五环或六环烷烃则显示这个特性 碳原子数差别的增大将引起液－液分离消失 例如 在乙烷和碳原子数大于２６的正构烷烃混合物中 相对固体－流体 汽或液 平衡来说 液－液分离变成了亚稳平衡（Peters et al．， １９８６） 状态方程方法不能处理固体
高等工程热力学-第二章 热力学微分方程及工质的通用热力性质
(2) 在充进入C2H4的过程中所交换的热量；
(3) 在充进入C2H4的过程中总的熵产和火用损。
分析：
（1）本题的不可逆性体现在 哪里？ （2）充气过程中所交换的热量、总的熵产和 火用损与焓基准、熵基准是否有关？
（3）理想气体方程是否适用？
当 当 当 ＞0，dT＜0，节流冷效应； ＜0，dT＞0，节流热效应； ＜0，dT = 0，节流零效应；
§2-6 克拉贝龙方程
克拉贝龙方程建立了相变过程中不可测参数的变化量ds 及dh，与可测参数的变化量dp、dT及dv之间的一般关系式， 它是确定相变过程中不可测参数s与h的数值及制定相应的热力 性质表所不可缺少的工具。
第二章 热力学微分方程 及工质的通用热力性质
热力学微分方程
建立了状态参数之间的一般关系式， 与过程的性质及途径无关； 适用于任何工质，任何过程。
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 §2-6
特性函数 热物性参数 热力学能、焓及熵的一般关系式 有关比热的热力学关系式 焦尔—汤姆孙系数 克拉贝龙方程
（11-32）
§2-4 有关比热的热力学关系式
（ 4-42）
（ 4-44） （ 4-45）
结论： （1）对于气体，
恒为负值，所以cp＞cv； ≈0，
（2）对于液体及固体，压缩性很小， 因此有cp≈cv； （3）当T→0时，cp≈cv。
§2-5 焦尔—汤姆孙系数
一、绝热节流过程的基本性质
二、绝热节流的温度效应
则
方程
吉布斯方程组 方程
纯质，可逆与不可逆均可
①吉布斯方程组具有高度的正确性和普遍性。 ②吉布斯方程组建立了热力学中最常用的8个状 态参数之间的基本关系式，在此基础上，可以 导出许多其它的普遍适用的热力学函数关系。
ASPEN第二讲 物性方法课件PPT
2021/3/10
2.3 物性方法的选择
过程模拟必须选择合适的热力学模型 在使用模拟软件进行流程模拟时，用户定义了一个流程以
后，模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方 面的问题，而热力学模型的选择则需要用户作决定。流程 模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算 ，迄今为止，还没有任何一个热力学模型能适用于所有的 物系和所有的过程。流程模拟中要用到多个热力学模型， 热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确 性、可靠性和模拟成功与否。 选取方法
以指定组分类型为例选择第一项specifycomponenttype23系统提供了三种组分类型化学系统烃类系统以及特殊系统这里选择烃类系统23选择完成后系统提示用户是否含有石油产品的数据分析或是虚拟组分点击no23系统给用户提供几种物性方法作为参考23常见化工体系的物性方法推荐化工体系推荐的物性方法prsrk气体加工prsrk气体净化kenteisnbergenrtl石油炼制bk10chaoseadergraysonstreedprsrk石油化工中vle体系prsrkpsrk石油化工中lle体系nrtluniquac化工过程nrtluniquacpsrk电解质体系enrtlzemaitispolymernrtl高聚物polymernrtlpcsaft环境unifachenrrylaw常见化工体系所推荐的物性方法24物性集是多个物性的集合用户可以给物性集指定名称在一个应用中使用物性时只需引用物性集的名称
➢ 常数参数。例如热力学温度、绝对压力。 ➢ 相变的性质参数。例如沸点、三相点。 ➢ 参考态的性质参数。例如标准生成焓以及标准生成吉布斯自由能。 ➢ 随温度变化的热力学性质参数。例如饱和蒸汽压。 ➢ 传递性质的参数，例如粘度。 ➢ 安全性质的参数。例如闪点、着火点。 ➢ 状态方程中的参数。 ➢ 与石油相关的参数。例如油品的API值、辛烷值、芳烃含量、氢含量及
aspen物性方法
AspenPlus物性方法选择规则下面内容摘自Aspen Plus在线帮助Oil and gas productionApplication Recomme nded Property MethodsReservoirsystems PR-BM, RKS-BMPlatformseparation PR-BM, RKS-BM Transportation of oil and gas by pipeline PR-BM, RKS-BMRefineryApplication Recomm ended Property MethodsLow pressure applications BK10,CHAO-SEA, GRAYSON(up to several atm)Vacuum toweratmospheric crudetowerMedium pressure applications CHAO-SEA, GRAYSON, PENG-ROB, RK-SOAVE (up to several tens of atm)Coker main fractionator,FCC main fractionatorHydrogen-rich applications GRAYSON, PENG-ROB,RK-SOAVEReformer, HydrofinerLube oil unit, De-asphalting unit PENG-ROB, RK-SOAVEGas processingApplication Recommen ded Property MethodsHydrocarbon separations PR-BM, RKS-BM, PENG-ROB, RK-SOAVEDemethanizerC3-splitterCryogenic gas processing PR-BM, RKS-BM, PENG-ROB,RK-SOAVEAir separationGas dehydration with glycols PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLAR Acid gas absorption with PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK,SR-POLARMethanol (RECTISOL)NMP (PURISOL)Acid gas absorptionwith ELECNRTL WaterAmmoniaAminesAmines + methanol (AMISOL)CausticLimeHot carbonateClaus process PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLARPetrochemicalsApplication R ecommended Property MethodsEthyleneplantCHAO-SEA, GRAYSONPrimary fractionatorLighthydrocarbons PENG-ROB,RK-SOAVESeparation trainQuench towerAromatics WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesBTX extractionSubstitutedhydrocarbons PENG-RO B, RK-SOAVEVCM plantAcrylonitrile plantEther production WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesMTBE, ETBE, TAMEEthylbenzene and styrene plants PENG-ROB, RK-SOAVEor WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variances Terephthalic acid WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variances(wit h dimerization in acetic acid section)ChemicalsApplicationRecommended Property MethodsAzeotropic separations WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesAlcohol separationCarboxylicacids WI LS-HOC, NRTL-HOC, UNIQ-HOCAcetic acid plantPhenol plant WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesLiquid phase reactions WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesEsterificationAmmoniaplantPENG-ROB, RK-SOAVEFluorochemicalsWILS-HFInorganicChemicalsELECNRTLCausticAcidsPhosphoric acidSulphuric acidNitric acidHydrochloric acidHydrofluoricacidENRTL-HFCoal processingApplicationRecommended Property MethodsSize reduction crushing,grindingSOLIDSSeparation and cleaningsieving,SOLIDScyclones, precipitation, washingCombustionPR-BM, RKS-BM (combustion databank)Acid gas absorption with PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLARMethanol (RECTISOL)NMP (PURISOL)Acid gas absorptionwithELECNRTLWaterAmmoniaAminesAmines + methanol (AMISOL)CausticLimeHot carbonateCoal gasification and liquefaction See Synthetic Fuels table.Power generationApplicationRecommended Property MethodsCombustionPR-BM, RKS-BM (combustion databank)CoalOilSteamcyclesSTEAMNBS, STEAM-TACompressorsTurbinesAcid gasabsorptionSee gas processing.Synthetic fuelApplicationRecommended Property MethodsSynthesisgasPR-BM, RKS-BMCoalgasificationPR-BM, RKS-BMCoalliquefactionPR-BM, RKS-BM, BWR-LSEnvironmentalApplicationRecommended Property MethodsSolvent recovery WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variances(Substituted) hydrocarbon stripping WILSON, NRTL, UNIQUAC and their variancesAcid gas stripping from PRWS, RKSWS, PRMHV2, RKSMHV2, PSRK, SR-POLARMethanol (RECTISOL)NMP (PURISOL)Acid gas strippingfrom: ELECNRTLWaterAmmoniaAminesAmines + methanol (AMISOL)CausticLimeHot carbonateAcidsELECNRTLStrippingNeutralizationWater and steamApplicationRecommended Property MethodsSteamsystemsSTEAMNBS, STEAM-TACoolantMineral and metallurgical processesApplicationRecommended Property MethodsMechanicalprocessing:SOLIDSCrushingGrindingSievingWashingHydrometallurgyELECNRTLMineral leaching PyrometallurgySOLIDSSmelterConverter。
物性测定方法
1热膨胀系数測定方法熱膨張係数為了設計組装、做高低温測定、观看寸法有無変化試験方法:ASTM D696例如：常温：２０℃→80℃差異６０℃膨張率7×10e-5/℃ｘ60=0.0042所以、成形品的長度10cm （20℃）→変到10.042cm （80℃）TD 流動方向和MD 垂直方向都是同様的数据!2衝撃強度試験方法電気抵抗測定3絶縁体の体積抵抗率、表面抵抗率二重リング電極法(IEC60093, ASTM D257,JIS K6911, JIS K6271）絶縁体の抵抗率測定。
円形電極の間で絶縁抵抗計により電気抵抗を測定し、電極形状から体積抵抗率及び表面抵抗率を求めます。
測定方法：500V を電極間に印加し、1分後の抵抗値を測定します。
（参考）電気抵抗測定鉛筆硬度-Pencil Hardness-(JIS K5600-5-4・ISO15184・ASTM D3363)装置仕様：鉛筆先端の負荷荷重750±10g使用鉛筆三菱鉛筆：Uni(軟←6B ～HB ～6H→硬)鉛筆の芯の調整：木部だけを削り、芯は削らずに円柱状に保つ。
先端は、90度の角度を保ち研磨紙で研磨し、平滑で円形の断面を得る。
測定方法：0.5～1.0mm/s の速度で、少なくとも7mm の距離を走行させる。
評価：傷または圧痕が付いた場合は、鉛筆スケールを軟らかくし、傷跡が付かない鉛筆スケールを探す。
逆に傷または圧痕が付かない場合は、鉛筆スケールを硬くし、傷跡が付く鉛筆スケールを探す。
鉛筆硬度の定義：傷跡が付かない最も硬い鉛筆スケールで、2回とも同じ結果が得られるまで測定を続ける。
5荷重：750g 試験片（導光板）拡大図。
物性方法
ASPEN PLUS的优势
可以模拟电解质系统
许多公司已经用Aspen Plus模拟电解质过程，如酸水汽提、苛性 盐水结晶与蒸发、硝酸生产、湿法冶金、胺净化气体和盐酸回收 等。 Aspen Plus提供Pitzer活度系数模型和陈氏模型计算物质的活度系 数，包括强弱电解质、盐类和含有机化合物的电解质系统。这些 模型已广泛地在工业中应用，计算结果准确可靠。 电解质系统有三个电解质物性参数数据库：水数据库包括纯物质 的各种离子和分子溶质的性质；固体和Barin数据库包括盐类组分 性质； 模拟电解质过程的功能在整套 Aspen Plus都可以应用。用户可以 用数据回归系统（DRS）确定电解质物性模型参数。所有Aspen P lus的单元操作模型均可处理电解质系统 。例如，Aspen Plus闪蒸 和分馏模型可以处理有化学反应过程的电解质系统。
•PUMP 泵/料浆泵
•COMPR 单级压缩/膨胀 机 •MCOMPR多级压缩/膨 胀机 •PIPELINE多段管线压 降 •PIPE 单段管线压降 •VALVE 阀压降
•MULTILFRAC 严格法多 塔精馏
•EXTRAC 严格法萃取 •DSTWU 简算法精馏，设 计型
•DISTL 简算法精馏，核算 型
ASPEN PLUS 能做什么
进行工艺过程严格的能量和质量平衡计算 预测物流的流率、组成和性质
功 能
预测操作条件和设备尺寸
减少装置的设计时间、进行设计方案比较 回答“如果…那会怎么样”的问题 帮助改进当前工艺 在给定的限制内优化工艺条件 辅助确定一个工艺约束部位
ASPEN PLUS 基本概念
流程图（Flowsheet）
五．回到安装程序，选local license，选中产生的lic文件
化工计算与软件应用(包宗宏)2
结果的准确性、可靠性和模拟成功与否。
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Case Study - Acetone Recovery Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
包 宗 宏
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 每个数据包文件对模拟体系的组分、工艺条件、
物性方法已经确定，尤其是包含了针对该体系 (6)尽量使用软件自带的过程数据包。在软件安装目录中，有 的热力学基础数据，部分还包含了动力学数据。
一个“GUI”文件夹，包含了多个软件模拟计算例题的子文件夹。 “App”文件夹：对各种化工过程完整模拟的文件； 子组分，各级电离过程的反应方程式、化学反应平衡常数与各离子
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
南 京 工 业 大 学
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项 包 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热 宗 宏 量衡算。
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2.1.3 衡算的基本步骤 (1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。 (2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。 物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对 南 京 于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。 工 业 用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计 大 学 算比较方便。当系统介质为固体或液体时，一般以质量为计算 包 基准，对气体物料进行计算时，一般选体积作为计算基准。
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化学系统、烃类系统、特殊系统、制冷剂
选择HCl 为亨利 组分。
查看二元交互方法。
查看电解质对方法
在流程窗口单击，双击模块名称进行修改。
点击Material, MIXER模块出现红、蓝色箭头，连 接流股，修改流股名称。
习题3.1.请将计算结果的表格复制在word文档
中，试分析各方法计算结果将word文档以及 bkp格式文件发至 pjycrys性数据，
则可在Properties大类下的Property-sets子类下创 建一个物性集对象，将所需物性包含进去。
例如我们想知道流股的pH值，则可定义一个PH
物性集对象。
如果希望在输出结果中包含所需
的物性数据，则可在全局设置大类下
的报告选项子类下(Report Options) 予以定义。
将1000 m3/hr的氢氧化钙水溶液 (氢氧 化钙 5.2 kmol/m3，30 C，0.1 MPa)与 4750 m3/hr的氯化钠盐酸溶液(氯化钠5.1 kmol/m3，氯化氢 2.2 kmol/m3，20 C， 0.15 MPa)混合。 求混合后的流股温度和pH值。
在Component|Henry Comps下定义亨利组分，点击new
是否含有石油产品的数据分析或是虚拟组分？
在操作条件下表现为不凝性气体的组分被称为亨 利组分(Henry Components),其在液相中的溶解度用亨 利定律描述。 亨利组分在 Components 大类下的 Henry Comp 子 类目录里创建一个对象来定义，同时还需在Properties 大类下的Parameters子类下的Binary Interaction目录下 的 Henry-1 对象中输入亨利系数的温度关联系数（从 数据库里调用）。
如果系统包含水和在水中会发生电离的电解质
(Electrolytes) ， 我 们 则 需 利 用 电 解 质 向 导 (Elec Wizard)来帮助我们生成可能发生的各种电离反应和
生成的各种电解质组分。
电解质向导分四个步骤操作： １、定义基本组分和定义反应生成选项； ２、从生成物清单中删除不需要的成分和反应式； ３、选择电解质计算的模拟表达方式； ４、审定物性方法设置和调整自动生成的亨利组分 和反应式。 完成后软件会自动引导你从数据库中调取所需的物 性参数。