مدلسازي تعادل فاز مواد خاص پلي مورف با تاكيد بر خواص آب

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش تعادل فاز بخار-مايع با اصلاح معادله حالت mPR-CPA و پيش‌بيني روند غيرعادي آب در دماهاي پايين بررسي شده‌است. آب يكي از مهم‌ترين مايعات پلي‌مورف است كه حداقل دو شكل متفاوت در دماهاي پايين دارد. مفهوم پلي‌مورف براساس اشكال مختلف جامد كه مي‌تواند بر عملكرد مواد تأثير بگذارد، تعريف شده است. خواص غير‌عادي آب سرد و فوق‌سرد مانند كاهش دانسيته و افزايش ناگهاني تراكم‌پذيري با كاهش دما و هنگامي كه مايع تحت تنش قرار مي‌گيرد، براي مدت طولاني مورد توجه دانشمندان قرار گرفته و پيشرفت‌هاي قابل توجهي نسبت به اين هدف در طول 20 سال گذشته مشاهده شده است. معادله حالت mPR-CPA از تركيب معادله حالت پنگ-رابينسون اصلاح‌شده توسط فيضي و همكارانش و يك عبارت تجمعي از تئوري ورتهايم كه در معادله SAFT نيز به كار رفته، به‌دست آمده‌است. اصلاح پارامترهاي معادله حالت mPR-CPA براي بهينه كردن ۱۰ پارامتر قابل تنظيم اين معادله حالت با استفاده از نرم‌افزار متلب ۲۰۱۶ انجام شده است. از اين ده پارامتر، هشت پارامتر مربوط به معادله حالت پنگ-رابينسون اصلاح شده و دو پارامتر ديگر براي قدرت و حجم پيوند هيدروژني است. اين بهينه‌‌سازي با حداقل كردن مقدار تابع هدف كه مجموع درصد خطاي مطلق توابع ترموديناميكي(دانسيته، انبساط‌پذيري هم‌فشار و تراكم‌پذيري هم‌دما) و دانسيته‌هاي بخار و مايع اشباع و فشاربخار اشباع هست، انجام شده است. نتايج نشان دادكه عملكرد معادله حالت با اصلاح پارامترهاي معادله به خوبي بهبود يافته و درصد خطاي مطلق توابع ترموديناميكي با پارامترهاي بهينه‌شده كاهش قابل‌توجهي نسبت به قبل داشته است. ميانگين خطاي مطلق براي دانسيته مايع اشباع، دانسيته بخار اشباع و فشار بخار اشباع در محدوده دماي نقصاني ۴۴/۰ تا ۹۵/۰ به ترتيب ۵۶/۰، ۶۷/۳ و۴۲/۳ درصد به‌دست آمده است. ميزان خطاي دانسيته، تراكم‌پذيري هم‌دما، انبساط‌پذيري هم‌فشار آب مايع و دانسيته آب فوق سرد براي معادله حالت اصلاح شده mPR-CPA نسبت به قبل از اصلاح پارامترها به ترتيب۸۸، ۸۲، ۹۵ و ۵۸ درصد كاهش يافته‌اند و نشان مي‌دهد كه با اصلاح پارامترها توانسته‌ايم تعادل فاز مايع-بخار و رفتار غيرعادي توابع ترموديناميكي آب را در دماهاي پايين به خوبي پيش‌بيني كنيم.

193032

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر علي ميرزائي نيا

مهندسي شيمي

دكتر فرزانه فيضي