18859

۱۸۸۵۹

گسترش تئوري اغتشاش ترموديناميكي درجه دو (TPT2) با اعمال پتانسيل جاذبه لنارد-جونز به فاز جامد

دكتري

مهندسي شيمي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر فرزانه فيضي - دكتر سيد مجيد هاشميان زاده

دكتر فرزاد علوي

شيمي

بر مبناي تئوري اغتشاش معادله حالتي آماري براي كل بازه سيال تا جامد توسعه داده شده است. در تئوري اغتشاش خواص ترموديناميكي از مجموع دو سهم مرجع و اغتشاش تشكيل مي‌شوند. پتانسيل مورد استفاده در توسعه معادله حالت مدل پتانسيل لنارد-جونز (LJ) بر مبناي جدايش پتانسيل ويكس-اندرسون-چندلر (WCA) است. عبارت مرجع معادله حالت سيستم زنجير انعطاف‌پذير است كه منومرهاي ناپيوندي آن از طريق بخش دافعه پتانسيل LJ برهمكنش دارند. براي توسعه معادله حالت مرجع از تئوري اغتشاش مرتبه دوم ورتايم (TPT2) استفاده شده است. در قالب اين تئوري لازم است خواص ترموديناميكي و ساختاري سيستم منومري WCA تعيين گردد. شبيه‌سازي‌هاي گسترده مونت‌كارلو (MC) در محدوده وسيعي از دماي‌كاهش يافته و كسر پرشدگي در كل بازه سيال تا جامد انجام و خواص مذكور محاسبه گرديد. نتايج حاصل از معادله حالت TPT2 با داده‌هاي شبيه‌سازي مولكولي MC ضريب تراكم‌پذيري و انرژي دروني كه در اين پژوهش انجام شده است مقايسه و تطابق بسيار خوبي مشاهده شد. برهمكنش‌هاي جاذبه پراكندگي با استفاده از تئوري اغتشاش مرتبه دوم باركر-هندرسون (BH) به عبارت دافعه اضافه شده و معادله حالت نهايي تكميل گرديد. در توسعه عبارت جاذبه LJ براي سيستم زنجير انعطاف‌پذير از تابع توزيع شعاعي سيستم زنجير كره سخت استفاده شده است. معادله حالت نهايي تطابق بسيار خوبي با داده‌هاي شبيه‌سازي MC در فاز سيال و جامد دارد. در نهايت اين معادله حالت كه داراي سه پارامتر طول زنجير، قطر سگمنت و انرژي بين سگمنت‌هاست به سيستم واقعي نرمال آلكان‌ها اعمال و پارامترهاي مواد خالص آن تعيين گرديد. ضمناً با كاربرد قوانين اختلاط تك-سيال واندوالس سيستم مخلوط آلكان‌ها و ميزان رسوب واكس در نمونه‌هاي نفتي مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت مي‌توان گفت كه معادله حالت جديد با موفقيت به كل بازه سيال تا جامد توسعه داده شده است.

1397/02/31

5/21/2018 12:00:00 AM

A statistical equation of state (EOS) for the all the fluid to solid region is developed based on thermodynamic perturbation theory. According to the perturbation theory all thermodynamic properties can be formed by a reference and perturbation contribution. Based on Weeks-Anderson-Chandler (WCA) potential separation, the Lennard-Jones (LJ) potential is employed within this work. Reference term of the EOS is composed of fully flexible chains which their non-bonded segments interact to each other through the repulsive part of the LJ potential. Wertheim’s second order thermodynamic perturbation theory (TPT2) is utilized to extend the reference term of the EOS. In the framework of TPT2 the thermodynamic properties of the WCA monomer system are required. Extensive Monte Carlo (MC) simulation is performed in the wide range of reduced temperature and packing fraction in order to determine the monomer properties. The results of MC simulation for the repulsive chain system are in great agreement with the TPT2 EOS in term of compressibility factor and internal energy. Dispersion interaction contribution is considered using the second order Barker-Henderson (BH) perturbation theory to complete the EOS. To do so, the radial distribution function of the hard chain system is employed. The presented EOS agree with the MC simulations remarkably both in the fluid and solid phases. Finally the EOS which include three pure parameters of segment’s number, diameter and energy is extended to the real system of the normal alkanes. Moreover, the EOS is examined in the binary mixture and wax systems using the one-fluid mixing rules. It can be concluded that the new EOS is applied to the whole region of fluid and solid phases successfully.