توسعه معادله حالت بر پايه SAFT براي محلول هاي الكتروليت با تمركز بر خواص ترموديناميكي مشتقي مرتبه دوم

دكتري

در اين تحقيق با توسعه معادلات حالت بر پايه سيالات مجتمع آماري به سيستم¬هاي حاوي ذرات باردار، علاوه بر خواص ترموديناميكي مشتقي مرتبه اول و رفتار فازي آن¬ها، خواص ترموديناميكي مشتقي مرتبه دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات صورت گرفته در اين تحقيق در دو فاز قابل تقسيم بندي است، فاز اول، اصلاح معادلات حالت موجود و فاز دوم، توسعه معادله حالت جديد. با توجه به اهميت برهمكنش بين مولكولي برد بلند و حلال¬پوشي در تخمين خواص ترموديناميكي مشتقي مرتبه دوم، در فاز اول اين تحقيق با استفاده از تئوري Onsager-Kirkwood-Frohlich، سهم برهمكنش برد بلند و حلال¬پوشي معادله حالت ePC-SAFT اصلاح شد. نتايج نشان داد كه با بكارگيري تئوري مذكور و اعمال آن در معادله حالت PC-SAFT، خواص ترموديناميكي استاندارد الكتروليت¬ها نظير ظرفيت گرماي ويژه، انرژي آزاد گيبس حلال¬پوشي و آنتالپي انحلال در دامنه وسيعي از فشار و دما قابل پيش-بيني است. با استفاده از خواص استاندارد سيستم¬هاي الكتروليتي، ظرفيت گرمايي ويژه در دماها و غلظت¬هاي مختلف نمك با دقت قابل قبول پيش¬بيني شده است. در ادامه كار بمنظور ارتقا عملكرد مدل، با توجه به اهميت سهم برهمكنش بين بين ذرات باردار و حلال، سهم برهمكنش بردكوتاه معادله PC-SAFT اصلاح شد وليكن نتايج مدل توسعه يافته نشان داد سهم برهمكنش برد كوتاه بين ذرات باردار و حلال موجود در معادله حالت PC-SAFT كارايي لازم را ندارد و جهت تخمين تعادلات فازي جامد – مايع نياز به استفاده از داده¬هاي تجربي تعادلي مخلوط است. از اين رو در فاز دوم اين تحقيق با استفاده از تابع پتانسيل بين مولكولي برد متغير Morse، معادله حالت جديدي تحت عنوان SAFT-VRE Morse توسعه و به سيستم¬هاي حاوي ذرات باردار بسط داده شد. معادله حالت جديد علاوه بر خواص مشتقي مرتبه دوم، قادر است رفتار فازي سيستم¬هاي مخلوط الكتروليتي را بخوبي پيش¬بيني نمايد. معادله حالت مذكور با استفاده از شبيه سازي مولكولي مونت – كارلو و حل عددي بسط اغتشاش باركر و هندرسون توسعه يافته است. همچنين با استفاده از حل دقيق معادله انتگرال Percus-Yevick براي تابع توزيع شعاعي كرات سخت و اعمال آن در بسط اغتشاش باركر و هندرسون، سهم برهمكنش پراكندگي بهبود يافته است. برازش پارامتر برد تابع پتانسيل (λ) بين ذرات باردار و حلال در سيستم¬هاي دوتايي آب – نمك منجر به پيش-بيني دقيق رفتار فازي سيستم¬هاي حاوي مخلوط الكتروليتي مي-گردد. در مقايسه با معادله حالت PC-SAFT، مدل مذكور قادر به پيش¬بيني تعادلات فازي سيستم¬هاي الكتروليتي مخلوط در دامنه وسيعي از دما و فشار است. با استفاده از مدل SAFT-VRE Morse، علاوه بر تعادلات فازي جامد – مايع مخلوط الكتروليت¬ها، ظرفيت حرارتي ويژه، آنتالپي فزروني و انرژي آزاد گيبس سسيتم¬هاي حاوي ذرات باردار با دقت مناسبي پيش-بيني شده است. واژه‌هاي كليدي: معادله حالت، الكتروليت، تعادلات فازي، آنتالپي، ظرفيت حرارتي ويژه.

190176

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر محمد رضا دهقاني