鄭秀玉，吳志民，陸恩錫

（華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州510640）

國(guó)際權(quán)威化工數(shù)據(jù)庫DECHEMA及其應(yīng)用

鄭秀玉，吳志民，陸恩錫

（華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州510640）

介紹了世界上數(shù)據(jù)量最大、應(yīng)用最廣泛和最權(quán)威的化工數(shù)據(jù)庫DECHEMA及其主要的子數(shù)據(jù)庫和工具軟件。子數(shù)據(jù)庫DETHERM 中已經(jīng)收納了6 590 000套各種數(shù)據(jù)，其中包括14萬個(gè)系統(tǒng)，29 600個(gè)純物質(zhì)，110 300個(gè)混合物的相關(guān)數(shù)據(jù)。介紹了DETHERM數(shù)據(jù)庫與著名化工模擬軟件的連接。舉例闡述DETHERM數(shù)據(jù)庫的若干應(yīng)用。

數(shù)據(jù)庫；子數(shù)據(jù)庫；DECHEMA；DETHERM

DECHEMA e.V.(DECHEMA) 是德國(guó)化學(xué)工程及生物技術(shù)協(xié)會(huì) (Society for Chemical Engineering and Biotechnology) 的簡(jiǎn)稱，該協(xié)會(huì)成立于1926年，是一個(gè)非營(yíng)利性科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，其本部在德國(guó)法蘭克福。全世界參加該協(xié)會(huì)的私人和單位會(huì)員迄今已經(jīng)超過5 500個(gè)，包括科研人員、工程師、公司、各類機(jī)構(gòu)和大學(xué)等等。DECHEMA的宗旨之一是促進(jìn)和支持化工技術(shù)和生物技術(shù)的研究，并成為科學(xué)界、經(jīng)濟(jì)界、國(guó)家和公眾之間的橋梁。

1 DECHEMA

1.1 DECHEMA的主要數(shù)據(jù)庫

DECHEMA以其化工領(lǐng)域眾多的各類數(shù)據(jù)庫聞名于世，早在20世紀(jì)70年代就以出版了“化學(xué)數(shù)據(jù)叢書”{Chemistry Data Series}而揚(yáng)名化學(xué)工程界，該叢書共計(jì)16卷69冊(cè)，主要搜集了氣液相平衡、液液相平衡、固液相平衡、臨界性質(zhì)、活度系數(shù)、混合物導(dǎo)熱系數(shù)及粘度、電解質(zhì)相平衡及相圖、聚合物溶液數(shù)據(jù)和大分子化合物溶解度及相關(guān)性質(zhì)等。其數(shù)據(jù)量之大、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和權(quán)威性以及應(yīng)用之廣泛性，尚無出其右者并為世人所公認(rèn)。

DECHEMA推出的數(shù)據(jù)庫涵蓋了化工技術(shù)、環(huán)境保護(hù)和生物技術(shù)三大方面，其主要數(shù)據(jù)庫如表 1所示。

由于DECHEMA數(shù)據(jù)庫的權(quán)威性和廣為化工界所接受，故DECHEMA已經(jīng)成為其數(shù)據(jù)庫的代名詞，每當(dāng)提到DECHEMA時(shí)，自然而然就想到其數(shù)據(jù)庫，反而較少聯(lián)想到其協(xié)會(huì)。DECHEMA數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)量最大、用戶最多的當(dāng)推熱物理性質(zhì)數(shù)據(jù)庫DETHERM。

1.2 DECHEMA的工具軟件

DECHEMA數(shù)據(jù)庫還配備了多個(gè)工具軟件，以便用戶更好、更方便的使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。DETHERM數(shù)據(jù)庫輔以相關(guān)的工具軟件，能夠更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的作用。其主要工具軟件如表2所示。

2 DETHERM數(shù)據(jù)庫

DETHERM是DECHEMA數(shù)據(jù)庫中最重要、應(yīng)用最廣泛的一個(gè)子數(shù)據(jù)庫，它由DETHERM e. V.

聯(lián)合在柏林的FIZ CHEMIE和在奧登堡的DDBST GmbH共同進(jìn)行編制。

表1 DECHEMA的主要數(shù)據(jù)庫Table 1 The main subsets of DECHEMA

表2 DECHEMA的工具軟件Table 2 The engineering software packages of DECHEMA

DETHERM數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量之豐富已經(jīng)達(dá)到了堪稱世界第一的程度，它收集了全世界范圍內(nèi)公開發(fā)表的95%以上的氣液相平衡數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)庫更新十分快速，每半年即更新1次。

DETHERM數(shù)據(jù)庫由專業(yè)人員常年不斷進(jìn)行維護(hù)和更新，其所包括的數(shù)據(jù)量也在逐年增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)速度達(dá)到 7.4%。目前DETHERM數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)收納了6 590 000套各種數(shù)據(jù)，其中包括14萬個(gè)系統(tǒng)，29 600個(gè)純物質(zhì)，110 300個(gè)混合物的相關(guān)數(shù)據(jù)。單就純組分而論，目前還未見到有任何數(shù)據(jù)庫的純物質(zhì)數(shù)量能夠超過它，著名的美國(guó)化學(xué)工程師協(xié)會(huì)的化工數(shù)據(jù)庫DIPPR也僅有2 000個(gè)左右的純組分。不言而喻，其數(shù)量之豐富，是令人驚嘆的，也提供了最大的可能，使用戶可以搜索所感興趣的物質(zhì)。確實(shí)，如果在近3萬個(gè)數(shù)量的純組分物性數(shù)據(jù)庫中還找不到所需的物質(zhì)，也就沒有必要再去搜索其它任何文獻(xiàn)了。DETHERM數(shù)據(jù)庫又包含了一系列的子數(shù)據(jù)庫，如表3所示。

3 DETHERM數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用示例

3.1 與化工模擬軟件的連接

AspenTech公司與DECHEMA在熱物性數(shù)據(jù)領(lǐng)域已合作很長(zhǎng)時(shí)間了。Aspen plus熱力學(xué)模型中二元交互作用參數(shù)很多都采用DETHERM數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)。自從Aspen plus 10版本發(fā)表以來，用戶可以直接在Aspen Plus的圖形界面上通過Internet接入DETHERM數(shù)據(jù)庫。DETHERM數(shù)據(jù)庫為Aspen Plus的過程模擬、優(yōu)化、驗(yàn)證和過程控制提供了可靠的物性數(shù)據(jù)。

3.2 用于模擬軟件中未包含的組分

當(dāng)模擬軟件的組分?jǐn)?shù)據(jù)庫中缺少所感興趣的組分時(shí)，方法之一是按照虛擬組分來進(jìn)行計(jì)算。虛擬組分需要用戶提供一系列的物性，如采用狀態(tài)方程進(jìn)行相平衡計(jì)算就要求提供組分的臨界溫度、臨界壓力和偏心因子3個(gè)參數(shù)。只要DETHERM數(shù)據(jù)庫中有這一組分，則這些基本物性，便可取得。其它如氣相飽和壓力、密度、粘度等物性也可從DETHERM中選取。有了DETHERM數(shù)據(jù)庫就為軟件中的缺少組分的模擬提供了極大的方便。

3.3 搜索滿足特定條件的物質(zhì)

如需要搜索滿足沸點(diǎn)高于150 ℃，并且和某個(gè)已知組分不會(huì)形成共沸物的一類溶劑時(shí)，只要輸入這兩個(gè)條件，DETHERM就會(huì)將所有符合條件的溶劑全部列出。節(jié)省了用戶大量的時(shí)間和工作量。

3.4 改進(jìn)已有熱力學(xué)方法的不足

當(dāng)模擬軟件中，某些熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算準(zhǔn)確性較差時(shí)，可以通過DETHERM數(shù)據(jù)庫中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來改善計(jì)算的準(zhǔn)確性。應(yīng)用最多的就是極性物質(zhì)的相平衡計(jì)算，由于極性物質(zhì)的相平衡計(jì)算強(qiáng)烈的依賴于有無準(zhǔn)確的二元交互作用參數(shù)。當(dāng)缺乏這些參數(shù)，或這些參數(shù)欠準(zhǔn)確時(shí)，相平衡常數(shù)的計(jì)算結(jié)果往往會(huì)和實(shí)際相差很遠(yuǎn)，造成模擬結(jié)果無法應(yīng)用。此時(shí)可以從DETHERM數(shù)據(jù)庫中選擇相關(guān)組分的相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用 DECHEMA的工具軟件DPP(或者應(yīng)用化工模擬軟件)回歸出所需要的二元交互作用參數(shù)，并用這些回歸出來的參數(shù)替代原模擬軟件中的參數(shù)，即可得到準(zhǔn)確的相平衡常數(shù)。

表3 DETHERM包括的子數(shù)據(jù)庫Table 3 The subsets of DETHERM

如對(duì)于丙酮和水體系的模擬，由于該體系是極性系統(tǒng)，需要采用NRTL方程進(jìn)行計(jì)算。Aspen plus軟件中，對(duì)該體系的相平衡計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分符合。如圖1的相平衡數(shù)據(jù)曲線所示，方塊和三角形代表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而實(shí)線代表NRTL方程的計(jì)算結(jié)果。可以看出兩者符合十分良好。故對(duì)于相平衡計(jì)算無需作任何修正。

圖1 丙酮-水體系氣液相平衡實(shí)驗(yàn)及模擬數(shù)據(jù)比較Fig. 1 Comparison of the experiment data and the simulation data of the VLE of Acetone/Water

然而當(dāng)Aspen plus 軟件計(jì)算該體系的焓值時(shí)，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差極大。如圖2的焓曲線所示，該圖上方一組曲線是溫度從5 ℃到50 ℃的6個(gè)溫度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；編號(hào)從1-6的下方曲線是在實(shí)驗(yàn)溫度下采用NRTL方程計(jì)算的結(jié)果。兩組曲線不僅無任何重合之處，相距還十分大。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的焓值相差達(dá)到80 kJ/kg，即模擬計(jì)算所得的焓值和實(shí)際情況相差很大，這樣模擬得到的能量平衡結(jié)果誤差就較大。此時(shí)若采用DETHERM中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來對(duì)模擬軟件進(jìn)行修正，則可以得到準(zhǔn)確的焓平衡計(jì)算結(jié)果。根據(jù)修正前后數(shù)據(jù)的比較，修正后丙酮塔冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷均有所降低。使得冷卻水消耗降低 0.85%，蒸汽消耗降低3.6%。

圖2 丙酮-水體系液相焓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)比較Fig. 2 Comparison of the experiment data and the simulation data of the HE of Acetone/Water

4 結(jié)束語

本文介紹了世界上數(shù)據(jù)量最大、應(yīng)用最廣泛和最權(quán)威的化工數(shù)據(jù)庫 DECHEMA及其子數(shù)據(jù)庫DETHERM。目前華南理工大學(xué)是國(guó)內(nèi)唯一購買了DETHERM數(shù)據(jù)庫的單位，該數(shù)據(jù)庫在科研和教學(xué)方面已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。

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The Most Authoritative Chemical Engineering Database in the World－DECHEMA and Its Applications

ZHENG Xiu-yu，WU Zhi-min，LU En-xi
( The School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640，China）

The most authoritative chemical engineering database in the world－ DECHEMA was introduced as well as its main subsets and the engineering software packages. The subset DETHERM can provide 6 590 000 data sets for about 140 000 systems, 29 600 pure compounds and 110 300 mixtures. The links with other chemical simulators were also presented. Some examples were given to illustrate applications of the DETHERM.

Database；subset；DECHEMA；DETHERM

TP 311.13

A

1671-0460（2011）01-0094-04

2010-09-06

鄭秀玉（1974-），女，工程師，碩士，福建福州人，1999年畢業(yè)于華南理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，研究方向：從事各種化工軟件及高級(jí)分析儀器的使用與管理。E-mail：cezheng@scut.edu.cn，電話：020-87111884。