تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : ميترا حاجي پور

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دكتر سيد فوآد آقاميري- دکتر فخري سيدين آزاد

تاريخ دفاع : 19/3/88

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : دكتر حسن سبزيان

بررسي تعادلات فازي مايع- مايع سيستم‌هاي آبي به وسيله شبيه‌سازي مولكولي مونت‌كارلو

چکيده

طراحي و بهينه‌سازي بسياري از فرايندهاي شيميايي و نيز فناوري بهسازي محيط زيست نيازمند دانش دقيق تعادلات فازي مخلوط‌هاي آب- هيدروکربن است. با توسعه روش‌هاي شبيه‌سازي مولکولي و افزايش توان محاسباتي امکان مطالعه دقيق تعادلات فازي با استفاده از خواص ميکروسکوپي و با برآورد برهمکنش‌هاي بين‌مولکولي فراهم آمده است. در اين تحقيق، از روش شبيه‌سازي مولکولي مونت‌کارلو در مجموعه گيبس براي مطالعه تعادلات فازي سامانه‌هاي آبي استفاده شد. روش مجموعه گيبس يکي از رايج‌ترين روش‌هاي شبيه‌سازي تعادل فاز است که اساس آن انجام حرکات جابجايي ذرات، تغيير حجم و تبادل ذرات بين دو فاز بدون سطح مشترک مي‌باشد. به دليل دشواري انجام حرکت تبادل ذرات، به‌ويژه در چگالي‌هاي بالا، روش‌‌هاي ترجيح پيکربندي براي بهبود انجام اين حرکات به‌کار برده شد. به منظور بررسي تاثير مدل پتانسيل بر نتايج شبيه‌سازي از مدل‌هاي پتانسيل SPC، SPC/E، MSPC/E، TIP4P و exp-6 براي مولکول آب و از ميدان نيروهاي OPLS، TraPPE، exp-6 و new exp-6 براي مولکول‌هاي هيدروکربن استفاده شد. شبيه‌سازي‌ها نخست براي تعادلات بخار- مايع مواد خالص انجام شد و سپس اين محاسبات به تعادلات بخار- مايع و مايع- مايع سامانه‌هاي آبي دوتايي تعميم يافت. شبيه‌سازي تعادل بخار- مايع مواد خالص براي آب و الکل‌هاي نوع اول (از متانول تا 1-هپتانول) و يک الکل نوع دوم (2-پروپانول) انجام شد. براي شبيه‌سازي تعادلات بخار- مايع مخلوط‌ها، چهار سامانه آب/ متانول، آب/ اتانول، آب/ 1-پروپانول و 1-پروپانول/ n-هگزان انتخاب شدند. مخلوط‌هاي دوتايي آب با 1-بوتانول، 2-بوتانون، پروپانال و دي‌اتيل‌اتر به عنوان سامانه‌هاي تعادلي مايع- مايع مورد بررسي قرار گرفتند. دو سامانه مايع- مايع سه‌تايي 1-بوتانول/ اتانول/ آب و دي‌اتيل‌اتر/ اتانول/ آب نيز مطالعه شدند. نتايج به‌دست آمده از ميدان نيروهاي مختلف با داده‌هاي تجربي در بيشتر موارد توافق قابل‌قبولي نشان داد. از بين مدل‌هاي استفاده شده براي مولکول‌هاي آب، مدل exp-6 در پيش‌بيني خواص مختلف آب خالص از دقت بالاتري برخوردار است و براي الکل‌هاي خالص، ميدان نيروهاي TraPPE و new exp-6 نتايج بهتري داشته‌اند. به دليل آنکه پارامترهاي مدل‌هاي پتانسيل براي تعادل بخار- مايع مواد خالص برازش شده است، دقت محاسبات براي سامانه‌هاي بخار- مايع نسبت به سامانه‌هاي مايع- مايع بالاتر است.

واژه هاي کليدي: تعادلات مايع- مايع، شبيه‌سازي مونت‌کارلو، ميدان نيرو، روش مجموعه گيبس، ترجيح پيکربندي.