Indice:

2.1 Banche dati

• • Aspen +

  • Altre fonti di dati

2.2 Modelli per la valutazione delle proprietà fisiche

• • Componenti puri

  • Miscele

2.3 Proprietà fisiche: Proprietà di trasporto

• • Viscosità e conducibilità termica

  • Coefficienti di diffusione

  • Tensione superficiale

2.1 Banche dati

In ASPEN APVxxx (e.g. APV121):

1. AQUEOUS: Contiene parametri per 1.688 specie ioniche per applicazioni elettrolitiche. I parametri chiave sono il calore di formazione in fase acquosa e l'energia libera di Gibbs a diluizione infinita e la capacità termica della fase acquosa a diluizione infinita

2. Databank di coefficienti binari:

   • AP-EOS: Parametri di componente puro e binari per il modello di proprietà Cubic-Plus-Association

   • EOS-LIT: Parametri binari per vari modelli che utilizzano EOS

   • PC-SAFT: Parametri puri e binari per modelli basati su PC-SAFT per tutti i tipi di fluidi

   • POLYPCSF: Parametri puri e binari per modelli basati su PC-SAFT per fluidi normali

3. BIODIESEL: Contiene parametri per 461 composti organici tipicamente presenti nei processi di produzione di biodiesel, tra cui numerosi trigliceridi, digliceridi e monogliceridi.

4. COMBUST Databank: per calcoli ad alta temperatura in fase gassosa. Contiene parametri per 59 componenti tipicamente presenti nei prodotti di combustione, tra cui i radicali liberi. I parametri CPIG sono stati determinati dai dati nelle tabelle JANAF per temperature fino a 6000K (JANAF Thermochemical Tables, Dow Chemical Company, Midland, Michigan, 1979). I calcoli utilizzando i parametri in ASPENPCD e PURECOMP non sono generalmente accurati sopra i 1500K.

5. ELECPURE Databank: contiene 28 parametri utilizzati in molti modelli comuni per 17 componenti comuni nei processi di ammina.

6. ETHYLENE - Etilene Databank: Contiene 85 parametri di interazione binaria e di componente puri richiesti per modellare il tipico processo dell'etilene. I parametri sono per il metodo di proprietà SRK che include la temperatura critica, la pressione critica, il fattore acentrico e i parametri di interazione binaria. Il database dovrebbe essere utilizzato con il database PURE e il metodo di proprietà SRK.

7. HYSIS Databank: Contiene 30 parametri di componente puro e 4 parametri binari utilizzati nei metodi di proprietà di Aspen HYSYS per 1671 componenti.

8. INITIATOR Databank: Parametri di proprietà e parametri di velocità di reazione di decomposizione termica per specie iniziatrici di polimeri. Raccolti da varie fonti.

9. INORGANIC Databank: Contiene dati termochimici per 2.477 componenti (per lo più inorganici). I dati chiave sono l'entalpia, l'entropia, l'energia libera di Gibbs e i coefficienti di correlazione della capacità termica. Per un determinato componente, possono esserci dati per un certo numero di fasi solide, una fase liquida e la fase di gas ideale.

10. NRTL-SAC Databank: parametro di componente puro XYZE per oltre 100 solventi comuni. Questo parametro contiene una rappresentazione di ciascuno di questi solventi come combinazione dei quattro tipi di segmenti utilizzati nel metodo di proprietà NRTL-SAC

11. POLYMER Databank: Parametri di componente puro per specie polimeriche. Raccolti da varie fonti, tra cui Polymer Handbook. 

12. Databank PURExx (ora PURE39): contiene i parametri per oltre 1727 componenti, principalmente organici. Si basa sul progetto di compilazione dei dati AIChE DIPPR. I parametri memorizzati nel databank possono essere categorizzati come: costanti universali, come la temperatura critica e la pressione critica, temperatura e proprietà di transizione, come il punto di ebollizione e il punto triplo, proprietà in stato di riferimento, come l'entalpia e la Gibbs free energy di formazione, coefficienti per proprietà termodinamiche dipendenti dalla temperatura, come la pressione di vapore del liquido, coefficienti per proprietà di trasporto dipendenti dalla temperatura, come la viscosità del liquido, proprietà di sicurezza, come il punto di infiammabilità e i limiti di infiammabilità, informazioni sui gruppi funzionali per tutti i modelli UNIFAC, parametri per le equazioni di stato RKS e PR, proprietà legate al petrolio, come la gravità API e i numeri di ottano, altri parametri specifici del modello, come i parametri Rackett e UNIQUAC.

13. SEGMENT Databank: Parametri di proprietà per i segmenti polimerici.

14. SOLIDS databank: Contiene parametri per 3314 componenti solidi. Questo databank viene utilizzato per applicazioni di solidi ed elettroliti. Questo databank è in gran parte sostituito dal databank INORGANIC, ma è ancora essenziale per le applicazioni di elettroliti.

15. UNIFAC databank: Contiene parametri di interazione binaria per UNIFAC (diverse versioni).

16. NIST-TRC: contiene dati di componenti puri per 25.821 composti (per lo più organici), inclusi i circa 2000 composti già disponibili nel principale databank di componenti puri.

Data sources (books & online databanks)

1. CRC Handbook of Chemistry and Physics: database di composti chimici e strutture con punti di dati chimici e fisici di base.

2. DIPPR Physical and Thermodynamic Properties: dati sperimentali e correlazioni di proprietà dipendenti dalla temperatura per oltre 1.800 prodotti chimici puri, principalmente organici, con alcune centinaia di prodotti inorganici.

3. Knovel Critical Tables: tabelle di proprietà fisiche, solventi e termodinamiche. Le tabelle delle proprietà fisiche includono oltre 21.000 composti inorganici e organici.

4. NIST Chemistry WebBook: Dati termofisici e spettrali affidabili per alcune migliaia di composti importanti.

5. NIST TRC Web ThermoTables: dati di proprietà termodinamiche valutati criticamente per oltre 23.000 composti organici puri. Disponibile anche in formato A+.

6. IUPAC-NIST Solubility Data Series: Versione cercabile dei dati di 18 volumi selezionati della longeva serie di libri SDS.

Web open data sources and apps

1. Carbon Dioxide Properties Calculator: E' un calcolatore gratuito per le proprietà termodinamiche e di trasporto dell'anidride carbonica.

2. Chemo: Proprietà termodinamiche ricercabili di circa 90.000 molecole a partire dai dati del NIST.

3. DETHERM: Database di dati termofisici verificati per oltre 21.000 sostanze pure e 100.000 miscele, corrispondente in parte alla serie di dati chimici stampati. Il download dei dati avviene sulla base del pay-per-view. Alcuni dei dati più vecchi possono essere trovati nei volumi CDS di DECHEMA.

4. Dortmund Data Bank: La DDB è una collezione proprietaria di dati di equilibrio di fase e proprietà di trasporto valutati per sistemi multicomponente. Molti di questi insiemi di dati sono disponibili anche tramite il sistema DETHERM.

5. Engineering ToolBox: Vasta gamma di tabelle di proprietà e calcolatori per materiali comuni.

6. IAPWS Water Properties: Formulazioni raccomandate per numerose proprietà di acqua, vapore e soluzioni acquose. (Associazione internazionale per le proprietà dell'acqua e del vapore).

NIST data base

1. NIST Clathrate Hydrate Physical Property Database: proprietà fisiche dei clatrati idrati del NIST

2. NIST CODATA Fundamental Physical Constants: Un insieme auto-coerente di valori delle costanti fondamentali e dei fattori di conversione della fisica e della chimica raccomandati dal Comitato sui dati per la scienza e la tecnologia (CODATA).

3. NIST Critically Selected Stability Constants of Metal Complexes Database: Copre le interazioni per sistemi acquosi di leganti organici e inorganici con protoni e vari ioni metallici. Include 22.898 costanti di protonazione in condizioni specifiche di temperatura e forza ionica per oltre 4.700 leganti, insieme a 3429 calori di protonazione e 3016 entropie di protonazione. Il vecchio software NIST 46 Version 8.0 (2004) è disponibile gratuitamente sul sito NIST come file .exe, insieme a una guida per l'utente.

4. NIST-ILThermo: liquidi ionici basato sul web disponibile gratuitamente al pubblico.

5. NIST Chemical Kinetics Database: Include essenzialmente tutti i risultati cinetici riportati per le reazioni chimiche a fase gassosa termica. Il database contiene oltre 38.000 record di reazioni separate per oltre 11.700 coppie di reagenti distinti.

6. NIST-JANAF Thermochemical Tables: Le Tabelle JANAF (Joint Army-Navy-Air Force) tabulano le proprietà termochimiche dipendenti dalla temperatura per oltre 47 elementi e i loro composti associati. Le oltre 1800 tabelle coprono gli stati cristallino, liquido o di gas ideale per singole e multiple fasi di molte sostanze inorganiche e sostanze organiche con uno o due atomi di carbonio.

7. NIST Physical Reference Data: Il sito web raccoglie e organizza molti tipi di dati fisici valutati criticamente e aggiornati, con fonti bibliografiche ricercabili. Costanti fisiche, dati spettroscopici atomici e molecolari, dati di ionizzazione, dati di raggi X e gamma, dati di fisica nucleare e dati di materia condensata...

8. NIST Solution Kinetics Database: Contiene dati sulle costanti di velocità per le reazioni chimiche in fase liquida. Il database contiene più di 11.500 specie chimiche uniche.

9. NIST Thermophysical Properties of Fluid Systems: Parte del WebBook del NIST, questo database offre proprietà accurate isobariche, isotermiche e di saturazione di diversi fluidi comuni, gas, refrigeranti e importanti idrocarburi.

10. NIST ThermoML: dati sperimentali di proprietà termodinamiche e termochimiche riportati nei relativi articoli pubblicati da diversi importanti giornali del settore.

Data bases miscellaneous

1. Journal of Physical and Chemical Reference Data: Questo giornale, pubblicato in collaborazione tra il NIST e l'Istituto Americano di Fisica, contiene articoli e monografie che riportano estesi dati critici sulle proprietà.

2. Kaye & Laby (archiviato): La sedicesima edizione (1995) del popolare manuale di tabelle. (Sito archiviato)

3. KDG (Korean Thermophysical Properties Databank): Fornisce dati di proprietà termofisiche e metodi di calcolo per idrocarburi, gas leggeri, polimeri e soluzioni elettrolitiche comunemente incontrati nelle pratiche di ingegneria chimica. Include sezioni sulle proprietà di componenti puri, VLE e dati di equilibrio. I dati non sono attribuiti e di provenienza sconosciuta.

4. MatWeb: Il database di MatWeb include dati di proprietà forniti dal produttore su circa 24.000 materiali, tra cui polimeri termoplastici e termoindurenti, metalli, leghe di acciaio, superleghe, leghe di titanio e zinco, ceramiche, semiconduttori, fibre e altri materiali per l'ingegneria. Ricerca per tipo di materiale, nome commerciale, parametri di proprietà, produttore, ecc.

5. Phase Equilibria Diagrams Online: Una collezione di più di 23.000 diagrammi di fase valutati criticamente a supporto della ricerca sui materiali ceramici.

6. pKaTable (Bordwell): Tabelle di acidità in DMSO per strutture organiche, organizzate per classificazione. Derivato da studi di F.G. Bordwell.

7. Polymers: A Property Database: E-book di proprietà e applicazioni di importanti polimeri. (CRC ChemnetBase)

8. Steam Tables Online: Calcolatrice online gratuita che utilizza le formulazioni IAPWS-IF97 e IAPWS-95.

9. Thermal Resources: Una suite di risorse gratuite che include un database di materiali con oltre 1000 materiali ricercabili, con corrispondenti informazioni sulla conducibilità termica, la diffusività termica, l'effusività termica, il calore specifico e la densità; un database di letteratura di articoli sulla conducibilità termica; software di simulazione; e una calcolatrice di proprietà. (Thermtest).

10. ThermoChemical Properties Estimations: Una collezione di applet Java che generano stime di varie proprietà.

Link utile: https://guides.lib.utexas.edu/chemistry/properties/web

2.2 Modelli per la valutazione delle proprietà fisiche

I modelli per la valutazione delle proprietà fisiche possono essere classificati in base ai tipi di sostanze che considerano: componenti puri o miscele.

Per i componenti puri sono basati sui dati sperimentali raccolti per il singolo componente, come ad esempio la temperatura di ebollizione e la densità. Questi dati possono essere usati per sviluppare modelli matematici che stimano altre proprietà fisiche, come la viscosità o il calore specifico, in funzione della temperatura, della pressione e di altre variabili.

I modelli per le miscele, d'altra parte, sono basati sulla combinazione di modelli per i componenti puri. Tengono conto dell'interazione tra i diversi componenti della miscela e consentono di stimare le proprietà fisiche della miscela in funzione della composizione, della temperatura, della pressione e di altre variabili.

Esistono diversi tipi per descrivere le proprietà fisiche, come ad esempio i modelli di stato e i modelli basati sulla teoria del gruppo di contribuzione. L'accuratezza dipende dalla loro complessità e dalla quantità e qualità dei dati sperimentali disponibili per il componente o la miscela considerati.

2.3 Proprietà fisiche: Proprietà di trasporto

Generalità

• Sono calcolate da un'equazione empirica, quindi con dati sperimentali e memorizzate nei database, e da una correlazione semi-empirica teorica

• Le proprietà delle miscele vengono calcolate utilizzando opportune regole di miscelazione e quelle con comportamento più simile sono la viscosità e la conducibilità termica

Viscosità e Conducibilità Termica

• All'avvicinarsi della pressione zero, la viscosità e la conducibilità termica sono funzioni lineari della temperatura con una pendenza positiva. Ad una data T, la viscosità e la conducibilità termica aumentano con la densità crescente.

• Esistono dettagliate teorie molecolari per la viscosità e la conducibilità termica in fase gassosa a basse pressioni. Alcune di queste tengono conto anche della polarità:

  • • • Chapman-Enskog-Brokaw (viscosità)

      • Chung-Lee-Starling (viscosità)

      • Stiel-Thodos (conducibilità termica)

• Questi modelli in fase gassosa calcolano la differenza di una certa proprietà rispetto al valore a bassa pressione. Richiedono regole di miscelazione per il calcolo delle proprietà delle miscele.

Un'altra classe di modelli calcola direttamente la proprietà ad alta pressione da parametri molecolari e variabili di stato:

• Modelli TRAPP per gli idrocarburi utilizzano i parametri molecolari dei parametri critici e di accentricità

• Modelli Chung-Lee-Starling utilizzano i parametri molecolari dei parametri critici, di accentricità e del momento di dipolo.

Le proprietà liquide sono spesso descritte da modelli empirici o di correlazione:

• Andrade/DIPPR per la viscosità dei liquidi

• Sato-Riedel per la conducibilità termica.

• I modelli di stati corrispondenti possono descrivere sia le proprietà dei liquidi che quelle dei vapori Chung-Lee-Starling TRAPP. 

Coefficienti di diffusione

• La diffusione è correlata alla viscosità e quindi i modelli dei coefficienti di diffusione richiedono la viscosità, per calcolare i coefficienti di diffusione del liquido e del vapore. I più comuni sono il modello di Chapman-Enskog-Wilke-Lee e il modello di Wilke-Chang.

• I coefficienti di diffusione del vapore possono essere calcolati a partire da teorie molecolari, simili a quelle usate per la viscosità del vapore e la conducibilità termica a bassa pressione (esistono anche metodi di correzione della pressione). Ad esempio, il modello di Dawson-Khoury-Kobayashi calcola un fattore di correzione della pressione che richiede la densità come input.

• I coefficienti di diffusione del liquido dipendono dall'attività e dalla viscosità del liquido. I coefficienti di diffusione binari sono richiesti nei processi in cui il trasferimento di massa è limitato. Descrivono la diffusione di un componente in una soluzione infinitamente diluita di un altro componente. Nei sistemi multicomponente, questi coefficienti vengono rappresentati in una matrice di valori.

• La media dei coefficienti di diffusione di un componente in una miscela non ha alcuna applicazione quantitativa; si tratta di una proprietà informativa. Viene calcolata utilizzando una regola di miscelazione per i coefficienti di diffusione del vapore e utilizzando i parametri di input della miscela per il modello di Wilke-Chang.

Metodi per la tensione superficiale

E' calcolata attraverso modelli empirici e correlativi come il modello di Hakim-Steinberg-Stiel/DIPPR. Questo utilizza una regola di miscelazione lineare empirica per calcolare la tensione superficiale di una miscela.

Il database del DIPPR (Design Institute for Physical Properties) fornisce tutti i parametri necessari per un'adeguata calibrazione dei dati empirici per varie proprietà. Si consiglia caldamente l'adozione di questo database invece di altri database meno accettati.

Metodi e modelli file completo (400 pagine): https://tecnico.ulisboa.pt/pt/ e http://web.ist.utl.pt/~ist11061/de/ASPEN/Physical_Property_Methods_and_Models.pdf