مدل‌سازی و تحلیل ترمودینامیکی تعادل آب- نمک و دی اکسید کربن به کمک معادله حالت ePC-SAFT

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

استادیار دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ایران

چکیده

مولکول‌های آب دارای پیوند‌های هیدروژنی قوی هستند. از طرفی حضور یون­ ها در محلول باعث رفتار غیر ایده­آل آب می­ شود. هنگامی که آب و نمک در تعادل با گازی مانند دی اکسید کربن قرار می‌گیرند، یک سامانه دوفازی با نیروهای پیچیده بین ملکولی را تشکیل می‌دهند. در این پژوهش، هدف آن است که تعادل آب دارای نمک سدیم کلرید و گاز دی اکسید کربن، مدل‌سازی شود. مدل‌سازی تعادل ترمودینامیکی این سامانه با استفاده از معادله حالت ePC-SAFT انجام شده است. معادله حالت الکترولیتی ارایه شده، ترکیبی از معادله حالت PC-SAFT و تئوری دبای هوکل می­ باشد. حضور نیرو­های بین مولکولی دافعه، پراکندگی و تجمعی توسط معادله حالت PC-SAFT و نیرو­های الکترواستاتیکی توسط تئوری دبای هوکل محاسبه می­شوند. در این پژوهش، ابتدا پیاده‌سازی این معادله صحت سنجی شده است و قابلیت پیش‌بینی معادله حالت ePC-SAFT برای سامانه­ خالص غیرتجمعی و تجمعی، مورد بررسی قرار گرفته است. سپس پیش‌بینی رفتار فازی برای سامانه­ های آب-نمک، آب- دی اکسید کربن و سامانه سه جزئی آب- نمک-دی اکسید کربن انجام شده است. در انتها، با توجه به داده‌های تجربی از منابع معتبر، برازش پارامتر اندرکنش دوتایی آب- دی اکسید کربن در سامانه آب-دی اکسید کربن و آب-دی اکسید کربن- نمک صورت گرفته است. معادله حالت ذکر شده، داده­ های آزمایشگاهی را برای محلول الکترولیت مورد نظر با دقت مناسبی پیش­ بینی نموده است، که درصد انحراف نسبی میانگین از داده­ های آزمایشگاهی فشار بخار اشباع بدون تنظیم پارامتر kij و با تنظیم kij، به ترتیب برابر با 46/21 و 61/14، به‌دست آمده است. در این پژوهش مشاهده شد که حضور یون ­ها در محلول، تاثیر کمی بر اندرکنش دوتایی آب- دی اکسید کربن دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] نجف لو ا.، "مدل‌سازی ترمودینامیکی جذب کربن دی اکسید در محلول آبی متیل دی اتانول آمین"، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)38: 183 تا 194 (1398).
[2]    climate change, "Summary for Policymakers of IPCC Special Report on Global Warming of 1.5ºC Approved by Governments", Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Geneva, 2018.
[3]    Adams T.A., Hoseinzade L., Madabhushi P.B., Okeke I.J., Comparison of CO2 Capture Approaches for Fossil-Based Power Generation Review and Meta-Study,” Processes, 5(3): (2017).
[4]    Solomon S., Qin D., Manning M., Averyt K., Marquis M., "Climate Change 2007-the Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC", 4: Cambridge university press, (2007).
[5]    Rackley S.A., "Carbon Capture and Storage", Elsevier, (2017).
[6]    Bachu S., "Comparison between Methodologies Recommended for Estimation of CO2 Storage Capacity in Geological Media", Carbon Sequestration Leadership Forum, Phase III Report, (2008).
[7]    Wan R., "Advanced Well Completion Engineering", Elsevier, (2011).
[8] برزی نژاد ا.، عصاره م.، بررسی تغییرهای رفتار فازی آب سازندی در اثر ترکیب با آب دریا در فرایند سیلاب‌زنی به‌وسیله معادله پی سی سفت الکترولیت، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)40: 317 تا 335 (1400).
[9]    Prausnitz J.M., Tavares F.W., Thermodynamics of Fluid‐Phase Equilibria for Standard Chemical Engineering Operations, AIChE J., 50(4): 739–761 (2004).
[10] Planche H., Renon H., Mean Spherical Approximation Applied to a Simple but Nonprimitive Model Interaction for Electrolyte Solutions and Polar Substances, J. Phys. Chem., 85(25): 3924–3929 (1981).
[11] Clarke M.A., Bishnoi P.R., Development of a New Equation of State for Mixed Salt and Mixed Solvent Systems, and Application to Vapour–Liquid and Solid (Hydrate)–Vapour–Liquid Equilibrium Calculations, Fluid Phase Equilib., 220(1): 21–35 (2004).
[12] Raatschen W., Harvey A.H., Prausnitz J.M., Equation of State for Solutions of Electrolytes in Mixed Solvents, Fluid Phase Equilib., 38(1–2): 19–38 (1987).
[13] Fürst W., Renon H., Representation of Excess Properties of Electrolyte Solutions using a New Equation of State, AIChE J., 39(2): 335–343 (1993).
[14] Myers J.A., Sandler S.I., Wood R.H., An Equation of State for Electrolyte Solutions Covering Wide Ranges of Temperature, Pressure, and Composition, Ind. Eng. Chem. Res., 41(13): 3282–3297 (2002).
[15] Søreide I., Whitson C.H., Peng-Robinson Predictions for Hydrocarbons, CO2, N2, and H2S with Pure Water and NaCI Brine, Fluid Phase Equilib., 77: 217–240 (1992).
[16] Valtz A., Chapoy A., Coquelet C., Paricaud P., Richon D., Vapour–Liquid Equilibria in the Carbon Dioxide–Water System, Measurement and Modelling from 278.2 to 318.2 K, Fluid Phase Equilib., 226: 333–344 (2004).
[17] Pappa G.D., Perakis C., Tsimpanogiannis I.N., Voutsas E.C., Thermodynamic Modeling of the Vapor–Liquid Equilibrium of the CO2/H2O Mixture, Fluid Phase Equilib., 284(1): 56–63 (2009).
[18] Kiepe J., Horstmann S., Fischer K., Gmehling J., Experimental Determination and Prediction of Gas Solubility Data for CO2+ H2O Mixtures Containing NaCl or KCl at Temperatures between 313 and 393 K and Pressures up to 10 MPa, Ind. Eng. Chem. Res., 41(17): 4393–4398 (2002).
[19] Ahmadi P., Chapoy A., CO2 Solubility in Formation Water under Sequestration Conditions, Fluid Phase Equilib., 463: 80–90 (2018).
[20] Chapman W.G., Gubbins K.E., Jackson G., Radosz M., New Reference Equation of State for Associating Liquids, Ind. Eng. Chem. Res., 29(8): 1709–1721 (1990).
[21] Chapman W.G., Gubbins K.E., Jackson G., Radosz M., SAFT: Equation-of-State Solution Model for Associating Fluids, Fluid Phase Equilib., 52: 31–38 (1989).
[22] Gross J., Sadowski G., Perturbed-Chain SAFT: An Equation of State based on a Perturbation Theory for Chain Molecules, Ind. Eng. Chem. Res., 40(4): 1244–1260 (2001).
[23] Cameretti L.F., Sadowski G., Mollerup J.M., Modeling of Aqueous Electrolyte Solutions with Perturbed-Chain Statistical Associated Fluid Theory, Ind. Eng. Chem. Res., 44(9): 3355–3362 (2005).
[24] Floriano W.B., Nascimento M.A.C., Dielectric Constant and Density of Water as a Function of Pressure at Constant Temperature, Brazilian J. Phys., 34(1): 38–41 (2004).
[25] Gross J., Sadowski G., Application of the Perturbed-Chain SAFT Equation of State to Associating Systems, Ind. Eng. Chem. Res., 41(22): 5510–5515 (2002).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار