Metode de Corelare a Datelor de Echilibru Lichid - Vapori Pentru un Amestec Binar

CAPITOLUL I.

METODE DE CORELARE A DATELOR DE ECHILIBRU LICHID-VAPORI PENTRU UN AMESTEC BINAR

1. INTRODUCERE

În ingineria chimica si în chimie calculul traditional al echilibrelor lichid-vapori se bazeaza pe utilizarea ecuatiilor termodinamice semi-empirice si/sau a care folosesc coeficientii de activitate.

O alternativa dar mai putin dezvoltata poate fi introducerea modelului potential intermolecular pentru interactiunile speciilor de molecule, compozitia fazei de echilibru si celelalte proprietatii ale amestecului sunt calculate direct prin metoda simularii pe calculator.

Câteva metode de corelare a datelor experimentale pentru echilibrul lichid-vapori sunt urmatoarele: metoda simularii reactiilor Gibbs Ensemble Monte Carlo (GEMC), ecuatiile de stare Peng-Robinson-Stryjek-Vera (PRSV), metode alternative pentru calculul numeric al criteriului Maxwell, etc.

2. CALCULUL EXACT AL ECHILIBRULUI LICHID-VAPORI PENTRU UN SISTEM COMPLEX FOLOSIND METODA SIMULARII REACTIILOR GIBBS ENSEMBLE MONTE CARLO (GEMC).

Metoda simularii reactiilor GEMC pe calculator, foloseste la prezicerea echilibrului lichid-vapori comportamentul amestecurilor binare formate din apa si metanol, etanol si dioxid de carbon. Toate aceste amestecuri contin substante complexe, pentru care precizarea echilibrului lichid-vapori, este o considerabila cerere care poate fi atinsa pentru baza moleculara si sursa care poate fi atinsa de ingineria traditionala. Substantele sunt modelate în mai multe situatii Lennard-Jones si potentialul Coulombic cu reguli de amestecare standard.

Interactiile binare ale parametrilor nu pot fi reglate si nici proprietatiile experimentale ale amestecului, care sunt folosite în calcul, singurele date necesare disponibile sunt presiunile de vapori ale componentiilor puri. Simularea echilibrului lichid-vapori prezice compararea rezultatelor experimentale cu cele din apropierea nivelului macroscopic semi-empiric tipic. Cele din urma sunt UNIFAC, modele combinate ale coeficientiilor de activitate a lichidului, cu acestea se reduc ecuatiile de stare viriale, cu defectul cvasi-chimic grupeaza contributia ecuatiilor de stare. Concordanta si simularea rezultatelor cu datele experimentale sunt bune si de asemenea comparabile cu câteva cazuri avantajoase, apropiate nivelului macroscopic empiric.

Aceasta metoda include metoda GEMC, metoda particulelor NPT+test si metoda integrari Gibbs-Duhem. Aproximarea simularii bazelor moleculare, ofera considerabile avantaje, peste celelalte aproximarii empirice de baza dar predictia poate fi gresita în absenta datelor experimentale în aceasta clasa si asigura constructia modelului potentialului intermolecular pentru sistem. Se construiesc pentru grupul moleculelor, potential intermolecular care este în general destinat sa fie transferat fluidelor si întâmplator la moleculele continute de astfel de grupuri. Aceasta metoda este din punct de vedere filozofic similara cu metoda de baza UNIFAC.

Acuratetea aproximari bazelor moleculare pentru calculul fazelor de echilibru, în mod obisnuit nu este competitiva cu celelalte metode empirice de baza în special pentru amestecuri si orice grad de complexitate. Aceasta este aratata de rezultatele lui Pablo si Pransnitz pe care le-a aplicat GEMC [1] în aproximarea amestecului binar de metanol+etanol, metandiol+propanol si metanol+apa, respectiv Delhomnell si alti pe care le-a aplicat GEMC în aproximarea amestecului binar hidrogen sulfurat +alcani, CO2 + alcani si nitrogen + butan, respectiv Fische si altii pe care le-a aplicat constantele presiuni si temperaturi+test pentru amestecul binar de metan, etan si CO2 si sistemul ternar metan + etan + CO2.

Un scop pentru studiul simulari a fost producerea unei mari acuratetii a potentialului care sa reproduca date experimentale pentru presiunea de vapori pentru fluidele pure si pentru amestecurile lor.

Mai mult decât atât, detalile nivelului molecular cer o predictie clara a proprietatiilor, a fluidului stabilit pentru a fi folosit cu aproximatie, care face imposibil tansferul rezultatelor potentiale ale modelului catre alte fluide si amestecurile acestora.

Cu scopul de a retine aproximatia nivelului molecular, angajaza transferul simplu al modelului potential si amelioreaza precizia punctelor de care avem nevoie în cele din urma folosit ca instrument de design în inginerie, a fost produsa recent o noua metoda numita metoda Reactiei Gibbs Ensemble Monte Carlo (RGEMC). Aceasta metoda se sustrage problemei de obtinere cu precizie a doua principale potentiale încorporând datele experimentale de presiune de vapori ale componentiilor puri în simularea amestecurilor si fixarea în noua cale. Aceasta fixare este de asemenea folosita pentru metoda macroscopica semi-empirica; asemanatoare cu date tipice deja existente sau ar putea fi extimate cu precizie pentru tehnologia empirica.