20672

۲۰۶۷۲

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

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۹۵-۹۸

۱۳۹۸/۱/۲۸

دكتر فرزانه فيضي

دكتر علي ميرزائي نيا

مهندسي شيمي، نفت و گاز

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.

1398/04/01

Thermodynamic Modeling of Phase Equilibrium of Polymerph Special materials with Emphasis on Water Properties

4/16/2020 12:00:00 AM

In this study, the equilibrium of vapor-liquid phase was investigated by modifying the mPR-CPA equation of state and predicting the unusual trend of water at low temperatures. Water is one of the most important polymorph liquids with at least two different forms at low temperatures. The concept of the polymorph is defined based on various solid forms that can affect the performance of the material. The anomalous properties of cold and supercooled water such as density reduction and sudden increase in congestion with temperature reduction and when the fluid is subjected to stress, has been considered for long term scientists and significant improvements have been observed over the last 20 years. The mPR-CPA equation of state combines the Peng-Robinson equation of state modified by feyzi et al and an association term of wertheim theory that has been applied in the SAFT equation. Modifying parameters of the mPR-CPA EOS is performed to optimize 10 parameters of this equation of state using MATLAB 2016 software. Of these ten parameters, eight parameters related the Peng-Robinson EOS are modified and two other parameters are association energy and association volume. This optimization is done by minimizing the value of the objective function, which is the total absolute errors percent of thermodynamic functions (density, isobar expansivity and isothermal compressibility) and saturated vapor density and saturated liquid density and vapor pressure. The results showed performance equation of state by modifying the equation parameters is well improved and the absolute error percent of thermodynamic functions with optimized parameters had a significant reduction compared to the previous. Mean absolute error for saturation liquid density, saturation vapor density and saturated vapor pressure in the range of 0.42 to 0.95 reduced temperature, respectively, 0.56, 3.67, and 3.42 percent, is obtained. The amount of density error, isothermal compressibility, isobar expansivity of liquid water and supercooled water density for the modified mPR-CPA equation of state compared to the pre-correction parameters have been reduced 88, 82, 95 and 58 percent, respectively and shows that by correcting the parameters, we could predict the equilibrium of the liquid-vapor phase and the anomalous behavior of the thermodynamic functions of water at low temperatures.