مدلسازي ترموديناميكي تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات

كارشناسي ارشد

استفاده از نانوذرات روش نويني است كه جهت تسريع در فرايند تشكيل هيدرات و افزايش ميزان ذخيره ي گاز در بلورهاي هيدرات مورد استفاده قرار مي گيرد. بلورهاي هيدرات در فشارهاي بالا و دماهاي پايين تشكيل مي شوند. عدم آگاهي از شرايط ترموديناميكي تشكيل هيدرات، افزايش شديد هزينه هاي توليد را به دنبال دارد. از اين رو پيش بيني شرايط تشكيل هيدرات در حضور نانوذرات در سال هاي اخير براي محققان اهميت پيدا كرده است. به دليل پيوند هيدروژني قوي بين مولكول هاي آب، لزوم استفاده از معادلات حالت مناسب در روش محاسباتي واندروالس و پلاتيو بيشتر احساس مي شود. يك رويكرد براي مدلسازي اين مخلوط ها اضافه كردن سهم برهمكنش تجمعي به يك معادله حالت مكعبي است. معادله ي حالت CPA لي و فيروزآبادي كه در بخش برهمكنش فيزيكي از معادله ي حالت پنگ و رابينسون و در بخش نيروهاي تجمعي از تئوري اغتشاش ترموديناميكي با فرضيات جديد استفاده مي¬كند، معادله ي حالت استفاده شده در اين پايان¬نامه است. نانوذرات به دلايل مختلفي مثل ساختار متخلخل، بر همكنش با مولكول هاي آب، افزايش انتروپي سيستم، و ... بر ترموديناميك تشكل هيدرات اثر مي گذارند. بسته به نوع نانوذره، اين اثرات مي توانند باعث بهبود شرايط ترموديناميكي تشكيل هيدرات شوند يا شرايط تشكيل هيدرات را سخت تر كنند. ميزان فعاليت آب، ثوابت لانگموير و فوگاسيتي اجزاي گاز، عوامل اصلي در مدلسازي ترموديناميكي تشكيل هيدرات در حضور نانوذرات هستند. اعمال تغييرات و اصلاح اين عوامل در اين پايان نامه مبناي سه نوع مدلسازي ارائه شده براي دو گاز كربن دي اكسيد و متان در حضور سه نوع نانوذره است. آگاهي از ميزان انحلال گاز تشكيل دهنده ي هيدرات در نانوسيال كه بر ميزان فعاليت آب اثر گذار است، در مدلسازي به ما كمك خواهد كرد. براي مدلسازي انحلال گاز در نانوسيال، نانوسيال به صورت يك محلول شبه خالص درنظر گرفته شده است كه خواص شيميايي آب را داراست ولي توانايي آن در جذب گاز نسبت به آب خالص متفاوت است. اين امر منجر به تغيير ثوابت برهمكنش دوتايي و ثوابت تجمع متقابل در معادله¬ي حالت CPA لي و فيروز آبادي مي شود. نتايج حاصل از مدلسازي، ميانگين خطاي مطلق فشار پيش بيني شده ي تشكيل هيدرات CO2 در نانوسيال آب-ZnO و نانوسيال آب-گرافيت را به ترتيب %1/15 و %2/02 و ميانگين خطاي مطلق فشار پيش بيني شده ي تشكيل هيدرات CH4 در نانوسيال آب-MWCT را %1/34 نشان مي دهد. همچنين آزمايش انحلال CO2 در نانوسيال آب-گرافيت كه به منظور مدلسازي ترموديناميكي تشكيل هيدرات CO2 در حضور نانوذرات گرافيت انجام گرفت، افزايش %6/5 انحلال CO2 در نانوسيال آب-گرافيت را نسبت به آب خالص نشان مي دهد.

194353

دانشگاه علم و صنعت ايران

ترموديناميك و سينتيك شيميايي

دكتر فرزانه فيضي