دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز

مهندس رضا شهریاری ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، چهارشنبه چهاردهم تیر ماه 1396، از رساله خود با عنوان «توسعه معادله حالت بر پایه SAFT برای محلول­های الکترولیت با تمرکز بر خواص ترمودینامیکی مشتقی مرتبه دوم» با راهنمایی دکتر محمد رضا دهقانی دفاع نمودند.

چکیده

در این تحقیق با توسعه معادلات حالت بر پایه سیالات مجتمع آماری به سیستم­های حاوی ذرات باردار، علاوه بر خواص ترمودینامیکی مشتقی مرتبه اول و رفتار فازی آن­ها، خواص ترمودینامیکی مشتقی مرتبه دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات صورت گرفته در این تحقیق در دو فاز قابل تقسیم بندی است، فاز اول، اصلاح معادلات حالت موجود و فاز دوم، توسعه معادله حالت جدید. با توجه به اهمیت  برهمکنش بین مولکولی برد بلند و حلال­پوشی در تخمین خواص ترمودینامیکی مشتقی مرتبه دوم، در فاز اول این تحقیق با استفاده از تئوری Onsager-Kirkwood-Frohlich، سهم برهمکنش برد بلند و حلال­پوشی معادله حالت ePC-SAFT اصلاح شد. نتایج نشان داد که با بکارگیری تئوری مذکور و اعمال آن در معادله حالت PC-SAFT، خواص ترمودینامیکی استاندارد الکترولیت­ها نظیر ظرفیت گرمای ویژه، انرژی آزاد گیبس حلال­پوشی و آنتالپی انحلال در دامنه وسیعی از فشار و دما قابل پیش­بینی است. با استفاده از خواص استاندارد سیستم­های الکترولیتی، ظرفیت گرمایی ویژه در دماها و غلظت­های مختلف نمک با دقت قابل قبول پیش­بینی شده است. در ادامه کار بمنظور ارتقا عملکرد مدل، با توجه به اهمیت سهم برهمکنش بین بین ذرات باردار و حلال، سهم برهمکنش بردکوتاه معادله PC-SAFT اصلاح شد ولیکن نتایج مدل توسعه یافته نشان داد سهم برهمکنش برد کوتاه بین ذرات باردار و حلال موجود در معادله حالت PC-SAFT کارایی لازم را ندارد و جهت تخمین تعادلات فازی جامد – مایع نیاز به استفاده از داده­های تجربی تعادلی مخلوط است. از این رو در فاز دوم این تحقیق با استفاده از تابع پتانسیل بین مولکولی برد متغیر Morse، معادله حالت جدیدی تحت عنوان SAFT-VRE Morse توسعه و به سیستم­های حاوی ذرات باردار بسط داده شد. معادله حالت جدید علاوه بر خواص مشتقی مرتبه دوم، قادر است رفتار فازی سیستم­های مخلوط الکترولیتی را بخوبی پیش­بینی نماید. معادله حالت مذکور با استفاده از شبیه سازی مولکولی مونت – کارلو و حل عددی بسط اغتشاش بارکر و هندرسون توسعه یافته است. همچنین با استفاده از حل دقیق معادله انتگرال Percus-Yevick برای تابع توزیع شعاعی کرات سخت و اعمال آن در بسط اغتشاش بارکر و هندرسون، سهم برهمکنش پراکندگی بهبود یافته است. برازش پارامتر برد تابع پتانسیل (λ) بین ذرات باردار و حلال در سیستم­های دوتایی آب – نمک منجر به پیش­بینی دقیق رفتار فازی سیستم­های حاوی مخلوط الکترولیتی می­گردد. در مقایسه با معادله حالت PC-SAFT، مدل مذکور قادر به پیش­بینی تعادلات فازی سیستم­های الکترولیتی مخلوط در دامنه وسیعی از دما و فشار است. با استفاده از مدل SAFT-VRE Morse، علاوه بر تعادلات فازی جامد – مایع مخلوط الکترولیت­ها، ظرفیت حرارتی ویژه، آنتالپی فزرونی و انرژی آزاد گیبس سسیتم­های حاوی ذرات باردار با دقت مناسبی پیش­بینی شده است.

واژه‌های کلیدی: معادله حالت، الکترولیت، تعادلات فازی، آنتالپی، ظرفیت حرارتی ویژه.