مدل سازي ترموديناميكي تعادل مايع-مايع در مخلوط هاي متانول و مايعات يوني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، مدل‌سازي ترموديناميكي تعادل مايع-مايع سيستم سه‌جزئي نرمال‌هگزان + متانول + [NTf₂][BMIM] در دماي 298.15 كلوين و فشار اتمسفريك با استفاده از معادله حالت PC-SAFT انجام گرديد. داده‌هاي تجربي شامل يازده خط تعادلي از منابع استخراج شد. متانول به‌عنوان مولكول تجمعي با طرح 2B و مايع يوني با رويكرد شبه‌تجمعي مدل‌سازي گرديد. سه پارامتر برهمكنش دوتايي (k23 و k13 و k12) با استفاده از يك استراتژي بهينه‌سازي تركيبي سه‌مرحله‌اي شامل الگوريتم ژنتيك با جمعيت 100 فرد و 50 نسل، بهينه‌سازي محلي چندنقطه‌اي از 10 نقطه شروع تصادفي و الگوريتم برنامه‌ريزي درجه دوم متوالي (SQP) تعيين شدند. تابع هدف به‌صورت مجموع مربعات خطا بين كسرهاي مولي تجربي و محاسباتي در هر دو فاز تعادلي تعريف گرديد. از 10 اجراي مستقل بهينه‌سازي، 7 مورد به نقطه بهينه يكسان همگرا شدند كه نشان‌دهنده پايداري و قابل اطمينان بودن نتايج است. پارامترهاي برهمكنش دوتايي نهايي برابر با 0.0371 = k12 براي جفت نرمال‌هگزان - متانول، 0.0122 = k13 براي جفت نرمال‌هگزان - [NTf₂][BMIM] و 0.0275- = k23 براي جفت متانول - [NTf₂][BMIM] شد. مقدار منفي k23 بيانگر برهمكنش قوي‌تر از ميانگين هندسي بين متانول و [NTf₂][BMIM] است كه ناشي از تشكيل پيوند هيدروژني بين گروه هيدروكسيل متانول و اكسيژن‌هاي سولفونيل آنيون –[NTf₂] مي‌باشد و اساس مولكولي توانايي استخراجي مايع يوني، براي جداسازي انتخابي متانول از مخلوط آزئوتروپ آن با نرمال‌هگزان را تشكيل مي‌دهد. ارزيابي كمي عملكرد مدل با استفاده از شاخص‌هاي آماري انجام گرديد. خطاي جذر ميانگين مربعات (RMSD) برابر 0.0079، ضريب تعيين (R2) برابر 0.9995، مجموع مربعات خطا (SSE) برابر 3-10×4.1167، ميانگين درصد انحراف مطلق (AAD%) برابر 0.1493 و ميانگين خطاي مطلق (MAE) برابر 0.0043 به‌دست آمد. مقايسه نتايج با مدل‌هاي NRTL و UNIQUAC كه در منابع براي همين سيستم گزارش شده‌اند، نشان داد كه مدل PC-SAFT با RMSD برابر 0.0079 در مقايسه با RMSD مدل NRTL برابر 0.0147 و UNIQUAC برابر 0.0158 به ترتيب 53.7% و 50% دقت بالاتري دارد. اين برتري ريشه در توانايي معادله حالت PC-SAFT در توصيف صريح برهمكنش‌هاي تجمعي از طريق جمله تجمعي مستقل و تفكيك سهم نيروهاي پراكندگي و پيوند هيدروژني دارد. اعتبارسنجي مدل با سيستم سه‌جزئي نرمال‌هگزان + متانول + [PF₆][BMIM] نيز انجام گرديد و نتايج مشابهي با RMSD برابر 0.01135 و R2 برابر 0.9989 حاصل شد كه كارايي رويكرد پيشنهادي را تأييد مي‌كند.

237656

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان