23137

مدلسازي فرايند گوگردزدايي استخراجي از سوخت مدل با حلال يوني به كمك روش QSPR و مطالعه تجربي

دكتري

طراحي فرايند

1395

1399/9/10

دكتر محمد امين ثباتي

پروفسور ويله آلوپائوس

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين رساله، تاثيرات ساختارهاي مولكولي مختلف عناصر درگير (نظير كاتيون، آنيون، تركيبات گوگردي و هيدروكربن ها) در سيستم هاي سه جزئي بر روي ضريب توزيع تركيب گوگردي بين دو فاز غني از مايع يوني و هيدروكربني با استفاده از روش ارتباط كمي ساختار-ويژگي (QSPR) مطالعه شده است. با مرور جامع منابع علمي، داده هاي تجربي توزيع تركيب گوگردي در سيستم سه تايي حاوي حلال يوني، تركيب گوگردي و حلال هيدروكربني براي نود و سه سيستم سه تايي حاوي 772 داده تجربي براي مدلسازي انتخاب شدند. در بانك داده كلي تنوع ساختار حلال هيدروكربني ده، آنيون ده و كاتيون چهارده و تركيبات گوگردي نه مي باشد. در گام بعدي، دسته بندي داده ها با هدف ارائه مدل در بر دارنده اثر ساختار هيدروكربن، ساختار كاتيون، ساختار آنيون و ساختار تركيب گوگردي مختلف با انتخاب داده هاي تجربي با تغيير يك ساختار و ثابت نگه داشتن بقيه ساختارها انجام شد. در ادامه مدل هاي QSPR مختلف براي ارزيابي اثر منفرد ساختار حلال هيدوركربني، اثر ساختار آنيون، اثر ساختار كاتيون، توسعه داده شد و مورد اعتبارسنجي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه توصيف كننده هيدروكربني "Pol"، توصيف كننده آنيوني "E1v"، توصيف كننده كاتيوني "G3u" و توصيف كننده گوگردي "Mor30m" به صورت منفرد مي توانند تاثيرات هر يك از اجزاي متغير در دسته داده مرتبط را متمايز كنند. در انتها يك مدل جامع QSPR براي ارزيابي همزمان اثر ساختار حلال هيدروكربني، كاتيون و آنيون بر ضريب توزيع تيوفن بين دوفاز هيدروكربني و حلال يوني توسعه يافت. پارامترهاي مولكولي انتخاب شده در مدل نهايي، شامل توصيف كننده هاي ساده تعداد اتم هاي كربن كاتيون (nC) و تعداد اتم هاي نيتروژن آنيون (nN) در كنار توصيف كننده هيدروكربني (Pol) مي باشد. اعتبارسنجي داخلي، اعتبارسنجي خارجي و ارزيابي آماري مدل نهايي (R2=0.900)، مويد دقت پيش بيني مناسب آن مي باشد. همچنين جهت اعتبارسنجي تجربي، داده هاي تعادلي مايع-مايع براي چهار سيستم سه جزئي ([C2MIM][EtSO4](1)-تيوفن(2)- سيكلوهگزان، متيل سيكلوهگزان، نونان و دكان(3) اندازه گيري شده است. با مقايسه نتايج پيش بيني مدل جامع QSPR توسعه يافته و داده هاي تجربي اندازه گيري شده اعتبار مدل توسعه داده شده مورد تاييد مجدد قرار گرفت. مدل QSPR نهايي مي تواند براي پيش بيني توزيع تيوفن در طيف وسيعي از سيستم هايي سه جزئي در بردارنده ساختارهاي موجود در بانك داده اصلي كه براي آن ها داده تجربي وجود ندارد به كارگرفته شود.

1399/11/18

Modeling of the extractive desulfurization of model fuel using ionic liquids by QSPR method and experimental study

12/1/2021 12:00:00 AM

In this dissertation, the effects of different structures of involved compounds (such as cation, anion, S-containing compound, and hydrocarbon) in the ternary systems on the distribution coefficient of the sulfur-containing compound between ionic liquid and hydrocarbon rich phases have been studied using Quantitative Structure-Property Relationship (QSPR). By a comprehensive literature survey, the experimental data of the distribution of sulfur-containing compound for 93 different ternary systems containing ionic liquid, sulfur-containing compound, and hydrocarbon solvent with 772 data points have been collected for modeling. In the main data bank, the variation of structures of hydrocarbon, anion, cation, sulfur-containing compound is 10, 10, 14, 9, respectively. In the next step, different data sets have been created to construct different models to take into account the structural effect of hydrocarbon, cation, anion and sulfur-containing compound individually. Afterwards, different QSPR models have been developed and validated to investigate the effect of hydrocarbon structure, anion structure, cation structure on the sulfur-containing compound distribution between the hydrocarbon and ionic liquid rich phases, separately. It was found that “Pol” as hydrcasrbon descriptor, “E1v” as anion descriptor, “G3u” as cation descriptor, and “Mor30m” as sulfur-containing compounds descriptor can distinguish the effect of each molecular structure, separately. Then, a general QSPR model has been developed to evaluate the simultaneous effect of hydrocarbon structure, cation structure, and anion structure on the thiophene distribution between the hydrocarbon and ionic liquid rich phases. The selected molecular descriptor in this model was simple descriptor of the number of carbon atom (nC) for the cation structure, the number of nitrogen atom (nN) for the anion structure, and “Pol” for the hydrocarbon structure. The outcome of internal validation, external validation, and statistical evaluation of the final QSPR model (R2=0.900) confirmed the acceptable prediction capability. In order to carry out the experimental validation of the developed model, the data of liquid- liquid equilibria for four different ternary systems ((1) [C2MIM][EtSO4]-(2) Thiophene-(3) Cyclohexane, methyl cyclohexane, n-Nonane, n-Decane ) was measured experimentally. The comparison of the measured experimental data and the predicted data using the developed QSPR model confirmed the validity of the QSPR developed model, again. The final QSPR model can be applied in prediction of thiophene distribution for a large number of ternary systems with the structures involved in the main data set in which no experimental data is available.

گوگردزدايي استخراجي , روش QSPR , سيستم هاي سه جزئي , مايع يوني , ضريب توزيع تركيب گوگردي , اندازه گيري داده هاي تعادلي تجربي

Extractive desulfurization , Ionic Liquids , Ternary Systems , Distribution coefficient of S-containing compunds , measuring the Liquid-liquid equilibrium Data , QSPR method