دانلود پروژه:ارائه مدل ترمودینامیکی مناسب برای پیش بینی حلالیت گازهای اسیدی در آبده

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                   صفحه

                           

فهرست مطالب………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ب

فهرست شکل­ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….ث

فهرست جداول………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ح

1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1

1-1- اثر گلخانه­ای و برهم خوردن تعادل دمایی کره­ی زمین……………………………………………………………………………..1

1-1-2- اثر گلخانه­ای…………………………………………………………………………………………………………………………………………….2

1-1-3- پیامدهای ناشی از گرم شدن کره­ی زمین……………………………………………………………………………………………. 3

1-1-4-روش­های کاهش گازهای گلخانه­ای…………………………………………………………………………………………………………3

1-2- چارچوب پایان نامه……………………………………………………………………………………………………………………………………..5

2- مدل­های مختلف ترمودینامیکی در سیستم­های گاز اسیدی و آب سازند………………………………..6

2-1- روابط همبستگی………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6

2-2- روش­های مبتنی بر معادلات حالت……………………………………………………………………………………………………………..7

2-2-1- روش  ……………………………………………………………………………………………………………………………………….7

2-2-1-1- استفاده از معادلات حالت…………………………………………………………………………………………………………………..8

2-2-1-2- قواعد اختلاط…………………………………………………………………………………………………………………………………. 13

2-2- روش Φ-γ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 15

2-2-1- فعالیت و ضریب فعالیت……………………………………………………………………………………………………………………….16

2-2-1-1-روابط همبستگی……………………………………………………………………………………………………………………………….17

2-2-1-2- محاسبه­ی ضریب فعالیت با استفاده از روابط مبتنی بر تئوری………………………………………………………18

2-2-2- تابع انرژی برای محلول­های الکترولیت واقعی……………………………………………………………………………………..19

2-2-2-1- مدل پیتزر………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20

2-2-2-2- مدل NRTL برای محلول­های الکترولیت……………………………………………………………………………………..24

2-2-2-2-1- سهم مربوط به نیروهای کوتاه برد………………………………………………………………………………………………26

3- مدلسازی ترمودینامیکی حلالیت گازهای اسیدی در آب و محلول­های آبی حاوی کلرید سدیم………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….35

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..35

3-2- مدلسازی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………35

3-2-1- ضریب فوگاسیته…………………………………………………………………………………………………………………………………..39

3-2-2- ضریب فعالیت………………………………………………………………………………………………………………………………………40

3-3- روش حل………………………………………………………………………………………………………………………………………………….41

4- نتایج و بحث……………………………………………………………………………………………………………………………………………….45

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..45

4-2- بررسی رفتار فازی سیستم­های گاز اسیدی بدون حضور آب………………………………………………………………….46

4-3- حلالیت گازهای اسیدی در آب و محلول­های حاوی الکترولیت………………………………………………………………53

4-3-1- سیستم آب-دی اکسیدکربن(CO₂-H₂O)و آب-دی اکسیدکربن-کلرید سدیم (CO₂-H₂O-NaCl)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..53

4-3-2- سیستم آب-سولفیدهیدروژن (H₂S-H₂O) و آب-سولفیدهیدروژن-کلرید سدیم (H₂S-H₂O-NaCl)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..59

4-3-3- سیستم اّب-متان(CH₄-H₂O) و آب-متان-کلرید سدیم (CH₄-H₂O-NaCl)…………………………..71

4-3-4- پیش بینی رفتار فازی سیستم­های چهار جزیی متان-دی اکسید کربن-سولفید هیدروژن-آب (CH₄-CO₂-H₂S-H₂O)……………………………………………………………………………………………………………………………………………77

5- نتیجه گیری و پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………….81

5-1-نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………………………….80

5-2-پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………………….82

منابع و مأخذ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                     صفحه

شکل2-1: نحوه­ی قرارگیری گونه­های مختلف در محلول الکترولیت…………………………………………………………………………………26

شکل 3-1: روند نما محاسباتی حلالیت گازهای اسیدی در آب سازند………………………………………………………………………………43

شکل 3-2: روند نما الگوریتم بهینه سازی Nelder-mead……………………………………………………………………………………………44

شکل 4-1: مقایسه نتایج حاصل از  مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی سبوسینسکی و همکاران(1959) و کلیرمن و همکاران (1995) برای توصیف رفتار فازی(P-xy) متان-دی اکسید کربن………………………49

شکل4-2: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی سبوسینسکی و همکاران (1959) برای توصیف رفتار فازی مخلوط 55% سولفید هیدروژن-45% متان…………………………………………………………………..50

شکل 4-3: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی سبوسینسکی و همکاران (1959) برای توصیف رفتار فازی مخلوط50% سولفید هیدروژن-50% متان……………………………………………………………………50

شکل 4-4: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی سبوسینسکی و همکاران (1959) برای توصیف رفتار فازی مخلوط سولفید هیدروژن- متان (77/23)…………………………………………………………………..51

شکل 4-5: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی کلارک و همکاران (1999) برای توصیف رفتار مخلوط سه جزیی 22/10% سولفید هیدروژن-1/89%دی اکسیدکربن-07/0%متان………………………….51

شکل 4-6: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی کلارک و همکاران (1999) برای توصیف رفتار سه جزیی10% سولفید هیدروزن-89%دی اکسید کربن-1%متان……………………………………………………….52

شکل 4-7: نمودار فازی (P-T) دی اکسید کربن-آب………………………………………………………………………………………………………..53

شکل 4-8: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمای K 15/323……………………59

شکل 4-9: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمای K 15/373……………………59

شکل 4-10: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمایK 15/348…………………..60

شکل 4-11: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمایK 15/313…………………..60

شکل 4-12: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمایK 15/298…………………..61

شکل 4-13: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمای K15/383…………………..61

شکل 4-14: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمای k 15/288………………….62

شکل 4-15: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O در دمای  K15/293………………….62

شکل 4-16: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی سیستم CO₂-H₂O-NaCl مربوط به دمایK15/353 در غلظت 4و 6 مولال کلرید سدیم…………………………………………………………………………………………………………………………………………..63

شکل4-17: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی سیستم CO₂-H₂O-NaCl  مربوط به دمایK 15/ 313در غلظت 4 و 6 مولال کلرید سدیم…………………………………………………………………………………………………………………………………………63

شکل 4-18: نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی سیستم CO₂-H₂O-NaCl در غلظت نمک 5/0 مولال……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

شکل 4-19: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با نتایج به دست آمده از مدل دووآن و سان (2003) برای سیستم CO₂-H₂O-NaCl…………………………………………………………………………………………………………………………………………64

شکل 4-20: نمودار رفتار فازی (P-T) سولفید هیدروژن-آب……………………………………………………………………………………………65

شکل4-21: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی مربوط به حلالیت سولفید هیدروژن در آب……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………69

شکل4-22: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی مربوط به حلالیت سولفید هیدروژن در آب……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………69

شکل 4-23 مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی سیستم  H₂S-H₂O-NaClبا داده­های آزمایشگاهی ژیا و همکاران (2000) در غلظت نمک 953/5 مولال……………………………………………………………………………………………………….70

شکل 4-24: مقایسه نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی سیستم  H₂S-H₂O-NaClبا داده­های آزمایشگاهی ژیا و همکاران (2000) در غلظت نمک 007/4 مولال……………………………………………………………………………………………………….70

شکل 4-25: نمودار فازی دما-فشار متان-آب…………………………………………………………………………………………………………………….71

شکل 4-26 : مقایسه­­ی نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی برای حلالیت متان در آب مربوط به دماهای 344و 311 کلوین………………………………………………………………………………………………………………………………….75

شکل 4-27 : مقایسه­ی نتایج حاصل از مدل پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی برای حلالیت متان در آب مربوط به دماهای 344و 311 کلوین…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..75

شکل 4-28: مقایسه­ی نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با مدل دووآن و همکاران (2007) مربوط به سیستم CH₄-H₂O برای دو دمای 15/303و15/333……………………………………………………………………………………………………….76

شکل 4-29: مقایسه­ی نتایج حاصل از مدل پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی سیستم CH₄-H₂O-NaCl  در دمای 15/373 کلوین…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….76

شکل 4-30: مقایسه­ی نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی با داده­های آزمایشگاهی بلونت و پرایس (1982) برای سیستم CH₄-H₂O-NaCl در دمای K 374…………………………………………………………………………………………………………….77

شکل 4-31: میزان انحراف در مقدار تخمین زده شده و مقدار فرض شده ضریب فعالیت آب…………………………………………78

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                     صفحه

جدول 2-1: مدل­های ترمودینامیکی موجود برای بیان حلالیت گازهای اسیدی در آب سازند………………………………………..32

جدول3-1: ثابت معادلات (3-6)،(3-7)،(3-8)و(3-9)………………………………………………………………………………………………………37

جدول 4-1: سیستم­های مورد مطالعه در این تحقیق………………………………………………………………………………………………………..45

جدول 4-2: داده­های آزمایشگاهی استفاده شده در نرم افزار اسپن…………………………………………………………………………………..47

جدول 4-3: پارامترهای بهینه شده سیستم  CH₄-CO₂…………………………………………………………………………………………………..47

جدول 4-4: پارامترهای بهینه شده سیستم  H₂S-CO₂……………………………………………………………………………………………………48

جدول 4-5: پارامترهای بهینه شده برای سیستم CH₄-CO₂-H₂S………………………………………………………………………………….48

جدول 4-6: درصد خطای نسبی کسر مولی و فشار سیستم CH₄-CO₂…………………………………………………………………………..48

جدول 4-7: درصد خطای نسبی محاسبه شده برای مخلوط دوجزیی H₂S-CO₂……………………………………………………………48

جدول 4-8: درصد خطای نسبی محاسبه شده برای مخلوط سه جزیی CH₄-H₂S-CO₂……………………………………………….49

جدول 4-9: داده­های آزمایشگاهی CO₂-H₂O………………………………………………………………………………………………55

جدول4-10: داده­های آزمایشگاهی CO₂-H₂O-NaCl………………………………………………………………………………..56

جدول 4-11: مقدار خطای نسبی برای سیستم H₂O-CO₂………………………………………………………………………….57

جدول 4-12: مقایسه نتایج حاصل از مدل تانگ و همکاران (2009) با مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم CO₂-H₂O…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..57

جدول 4-13: مقایسه نتایج حاصل از مدل پیشنهادی با دیگر مدل­های ضریب فعالیت سیستم CO₂-H₂O-NaCl………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….58

جدول 4-14:داده­های آزمایشگاهی H₂S-H₂O……………………………………………………………………………………………….66

جدول4-15:داده­های آزمایشگاهی H₂S-H₂O-NaCl……………………………………………………………………………………66

جدول 4-16: نتایج حاصل از مدلسازی برای سیستم H₂S-H₂O…………………………………………………………………..76

جدول4-17:مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی برای سیستم  H₂S-H₂Oبا مدل تانگ وهمکاران (2009)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….68

جدول4-18:نتایج حاصل از مدل ترمودینامیکی پیشنهادی برای سیستم H₂S-H₂O-NaCl…………………….68

جدول4-19: داده­های آزمایشگاهی CH₄-H₂O………………………….م…………………………………………………………………72

جدول 4-20: داده های آزمایشگاهی CH₄-H₂O-NaCl………………………………………………………………………………72

جدول 4-21: نتایج حاصل از مدل پیشنهای برای سیستم CH₄-H₂O………………………………………………………….74

جدول 4-21: نتایج حاصل از مدل پیشنهادی برای سیستم CH₄-H₂O-NaCl………………………………………….74

جدول 4-23: نتایج حاصـل از مـدل پیشنـهادی برای سیـستم چـهارجـزیی:CH₄(0.15)-CO₂(0.3)-H₂S(0.05)-H₂O(0.5)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..79

جدول 4-24: نتایج حاصـل از مدل پیـشنهادی برای سیـستم چـهارجـزیی:CH₄(0.05)-CO₂(0.05)-H₂S(0.4)-H₂O(0.5)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..79

جدول4-25: مقادیر ثابت مربوط به پارامتر برخورد دوتایی (k_ij=A+BT) برای سیستم های بررسی شده………………………80

جدول 4-26:پارامترهای بهینه سازی مربوط به مدل NRTL  (τ_ij=a+b/T ,α_ij) برای سیستم های بررسی شده…………78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علائم اختصاری 

 

: حجم بحرانی( )

 : فشار بحرانی برحسب بار

:  انتروپی ( )

 : حجم مولی( )

 :  کسر مولی در فاز بخار

:  کسر مولی در فاز مایع

 : ضریب فوگاسیته

 : فشار کل سیستم برحسب بار

: فوگاسیته

 : انرژی گیبس مازاد مولی

: ضریب فعالیت مولی میانگین یون­ها در محلول

:  بار یون

:  ثابت فارادی ( )

:  عدد آووگادرو ( )

:  ثابت دی الکتریک در خلاء( )

:  ثابت دی الکتریک محلول(بدون بعد)

R: ثابت جهانی گازها ( )

T: دما بر حسب کلوین (K)

d: چگالی ( )

 : قدرت یونی

:  مولالیته ( )

: پتانسیل شیمیایی

: ضریب فعالیت متقارن

:  ثابت هنری

: ضریب فعالیت براساس قرارداد نامتقارن

:  پتانسیل شیمیایی بر اساس قرارداد نامتقارن

: پارامتر برخورد کوتاه برد بین دو ذره­ی حل شونده در حلال در مدل پیتزر

  : پارامتر برخورد 3 جزء با یکدیگر در مدل پیتزر

: پتانسیل شیمیایی در حالت استاندارد

:  دما کاهش یافته

 : فشارکاهش یافته

:  حجم کاهش یافته

  : ثابت های معادله حالت دووآن

: ضریب بی مرکزی

:  پارامتر برخورد بین گونه ی iوj

:  فشار بخار بر حسبPa

:  فعالیت

:  جرم حلال( Kg)

: ثابت های مدل ضریب فعالیت دووآن

:  شعاع بورن

:  بارالکترون

:  کسر مولی موثر گونه ها یi اطراف جزء j

 : بار یون

:  پارامتر مدل NRTL

:  پارامتر مدل NRTL

:  پارامتر مدل NRTL

: ثابت دبای هوکل

: جرم مولکولی حلال ( )

AD%: درصد خطای مطلق

AAD%: درصد میانگین خطای نسبی

RMSE: انحراف معیار مربع متوسط

زیرنویس:

: مولکول

:  آنیون

:  کاتیون

: نقطه ی چهارگانه

₀: حالت مرجع

: گاز اسیدی

  بالا نویس:

: فاز مایع

: فاز بخار

 : پیتزر دبای هوکل

: فازهای در حال تعادل

:  برد بلند

: بورن

:  الکترواستاتیک

:  حالت مرجع

: کسر مولی

: مولالیته