HSC chemistry 6.0教程
Luffy-Rose
编辑于 2026年03月11日 15:50
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注:本文只针对气相催化反应的平衡计算进行举例。内容仅用于学习交流。

1.软件下载和安装教程(安装6.0可以实现大部分功能,线上教程也相对丰富,入手较快);9.5版本必须要安装虚拟机,否则大部分功能不能执行。

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2.使用教程

2.1界面认识

以氧化铈氧化为例,界面上包含反应式输入框,温度范围,单位选择,菜单区域。

输入反应物和产物都需要有热力学数据,在Browse Database中可以筛选,并区分状态;

反应可以一键配平,但不能将串级和平行反应简单合并,需要保证反应合理;

图1氧化铈氧化反应计算界面

2.2 反应平衡计算

反应方程式建立后可以在规定温度范围内计算热力学标准参数,从而计算dG、dS、dH和K。需要注意,对于气相参与的反应,K不仅与T有关,还受反应分压的影响,若能达到平衡,平衡转化率为K=/,换算成分压时考虑化学计量数可能存在P的影响。

2.2.1 简单计算

如图1所示,配平反应后可以获得氧化铈和氧气氧化反应在0-1000度范围的热力学参数,间隔是100度。计算结果如图2所示,结果导入excel处理,导入origin中作图,可以获得热力学参数与温度的关系。具有指导意义的主要是dH判断温度对动力学影响,dG随温度的变化,确定反应适当温度。数据处理和研究目的有关,并不赘述。

图2 氧化铈氧化反应计算结果SCU-DAVID

2.2.2 平衡组成

如图3所示,可以在主界面切换平衡组成计算功能,可以计算在不同温度、压力、投料比条件下的反应平衡组成,每次计算都是单因素模拟,多因素探究需要多次计算。

平衡组成时基于dG=0计算的,即最小自由能法,和aspen计算原理相同,考虑平衡组分i的物质的量判据δF/δni=0,在不同温度和压力下进行多次迭代满足该条件的组成即为平衡组成。连续稳态操作可以用HSC模拟,但并不能反映真实状态,优点是可以进行非稳态研究,如反应中的多相反应,而aspen一般是两相模拟,主要进行气相分析。

计算前需要明确反应物、产物及其投料情况,可以对固液气等多相态混合模拟,接下来对气-气、气-固两种状态进行模拟演示,以应对气固催化的模拟需求。

气相反应在不考虑催化剂的情况下,反应选择性不受催化剂控制,研究温度、压力和投料比的影响有一定意义。以甲烷和氧气的混合进料体系为例,暂不考虑积碳,计算过程如下:

①   筛选平衡组成、给定反应物的进料量,甲烷氧气投料比为1:1。(图4、图5)

②   在option选项中确定自变量及其范围,保存计算文件。(图6)

③   计算模式有两种,默认模式。(图6)

④   选择自变量和因变量,多相反应中考虑组成含量更便于数据处理.(图7、图8)

同理,气固平衡也可以通过相同的流程获得平衡组成结果,图9是考虑催化中间体存在条件下,气体和催化中间体的变化,但需要主要的是,催化中间体参与反应不能直接恢复,只能反映一个基元反应(如催化剂的某一中间反应价态)或反应的一个关键过程(如化学链过程的氧化或还原反应)。

图3 反应平衡组成界面

图4 反应组成物质筛选界面1

图5 反应组成物质筛选界面2

图6 自变量选择(组成、温度、压力)SCU-DAVID

图7 平衡计算和数据选项(组成、温度、压力)SCU-DAVID

图8 平衡计算结果(数据分布图)SCU-DAVID

图9 平衡计算结果(CeO1.67参与了氧化过程并被完全消耗)SCU-DAVID

2.2.3 数据处理

获得数据表可以进一步处理,图9可以反映甲烷的消耗情况,进而获得不同温度下,达到反应平衡时的甲烷转化率。所有的模拟都是热力学上的分析,提高选择性上限需要进一步结合压力、投料比进行分析。(需要指出的是,这些计算案例不能反应真实的组成情况,需要结合aspen灵敏度分析和实际反应的实验数据进行分析)SCU-DAVID