نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

کاربرد مدل‌سازی ترمودینامیکی برای تعیین حلالیت تری‌اتیلن گلایکول در شرایط سیالات فوق‌بحرانی گاز طبیعی با استفاده از معادله حالت CPA

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی فرآیند، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 واحد تحقیقات ترمودینامیک، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه کوازولو-ناتال، دوربان، آفریقای جنوبی
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از داده‌های تجربی ارزیابی‌شده ترمودینامیکی و داده‌های تجربی جدید، یک مدل ترمودینامیکی برای پیش‌بینی حلالیت تری‌اتیلن گلایکول (TEG)‌ در گاز طبیعی (متان و کربن دی‌اکسید) با استفاده از معادله حالت CPA توسعه داده شده است. برای TEG، طرح تجمعی 4C در چارچوب معادله حالت CPA انتخاب شده است که این طرح از دو مجموعه پارامتر گوناگون (set1  و set2) استفاده می‌کند. در این مدل‌سازی‌ها، متان (CH4) جزئی است که قادر به برقراری پیوند هیدروژنی نیست و به‌منظور ساده‌سازی مدل و جلوگیری از پیچیدگی بیش از حد، کربن دی‌اکسید (CO2) نیز به‌عنوان جزئی که پیوند هیدروژنی برقرار نمی‌کند لحاظ شده است. به‌منظور بهینه‌سازی پارامتر برهمکنش دوتایی معادله حالت CPA، میزان خطای مدل در پیش‌بینی داده‌های تجربی سامانه‌های (CH4-TEGset1)، (CH4-TEGset2)، (CO2-TEGset1) و (CO2-TEGset2)  به‌ترتیب 22%، 17%، 3/78% و 1/43% محاسبه شده است. در بهینه‌سازی‌ها از پارامتر برهمکنش دوتایی نرم‌افزار هایسیس که تابعیت دمایی دارد استفاده شده است. با توجه به نتایج بهتر حلالیت TEG در CH4 و CO2 با استفاده از پارامترهای set2 برای TEG که نسبت به داده‌های ارزیابی‌شده ترمودینامیکی به‌دست آمده است، این مدل با پارامترهای بهینه ‌شده برهمکنش دوتایی می‌تواند برای شبیه‌سازی، بهینه‌سازی و ارزیابی دقیق‌تر اتلاف گلایکول در واحدهای نم‌زدایی گاز طبیعی به‌کار گرفته شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[2] Jerinić D., Schmidt J., Fischer K., Friedel L., Measurement of the Triethylene Glycol Solubility in Supercritical Methane at Pressures up to 9 MPa, Fluid Phase Equilibria, 264: 253-258 (2008).
[3] Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Yazdizadeh M., Richon D., Chrastil-Type Approach for Representation of Glycol Loss in Gaseous System, Industrial & Engineering Chemistry Research, 50: 10373-10379 (2011).
[5] Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Richon D., Naidoo P., Ramjugernath D., Application of Gas Hydrate Formation in Separation Processes: A Review of Experimental Studies, The Journal of Chemichal Thermodynamics, 46: 62-71 (2012).
[6] Valadan Zoj A.M., Javanmardi J., Rasoolzadeh A., Mohammadi A.H., Experimental Measurement and Thermodynamic Modeling of Methane Hydrate Dissociation Conditions in the Presence of Diglycolamine Aqueous Solution, Industrial & Engineering Chemistry Research, 61: 13683-13693 (2022).
[7] Rasoolzadeh A., Bakhtyari A., Sedghamiz M.R., Javanmardi J., Nasrifar K., Mohammadi A.H., A Thermodynamic Framework for Determination of Gas Hydrate Stability Conditions and Water Activity in Ionic Liquid Aqueous Solution, Journal of Molecular Liquids, 347: 118358 (2022).
[8] Azimi A., Javanmardi J., Mohammadi A.H., Development of Thermodynamic Frameworks for Modeling of Clathrate Hydrates Stability Conditions in Porous Media, Journal of Molecular Liquids, 329: 115463 (2021).
[9] Ghiasi M.M., Mohammadi A.H., Zendehboudi S., Modeling Stability Conditions of Methane Clathrate Hydrate in Ionic Liquid Aqueous Solutions, Journal of Molecular Liquids, 325: 114804 (2021).
[10] Mohammadi A.H., Eslamimanesh A., Yazdizadeh M., Richon D., Glycol Loss in a Gaseous System: Thermodynamic Assessment Test of Experimental Solubility Data, Journal of Chemical & Engineering Data, 56: 4012-4016 (2011).
[11] Sodeifian G., Sajadian S.A., Investigation of Essential Oil Extraction and Antioxidant Activity of Echinophora Platyloba DC. Using Supercritical Carbon Dioxide, The Journal of Supercritical Fluids, 121 :52-62 (2017).
[12] Sodeifian G., Azizi J., Ghoreishi S.M., Response Surface Optimization of Smyrnium Cordifolium Boiss (SCB) Oil Extraction Via Supercritical Carbon Dioxide, The Journal of Supercritical Fluids, 95: 1-7 (2014).
[13] Sodeifian G., Saadati Ardestani N., Sajadian S.A., Ghorbandoost S., Application of Supercritical Carbon Dioxide to Extract Essential Oil from Cleome Coluteoides Boiss: Experimental, Response Surface and Grey Wolf Optimization Methodology, The Journal of Supercritical Fluids, 114: 55-63 (2016).
[14] Sodeifian G., Sajadian S.A., Saadati Ardestani N., Supercritical Fluid Extraction of Omega-3 from Dracocephalum Kotschyi Seed Oil: Process Optimization and Oil Properties, The Journal of Supercritical Fluids, 119: 139-149 (2017).
[15] Sodeifian G., Ghorbandoost S., Sajadian S.A., Saadati Ardestani N., Extraction of Oil from Pistacia Khinjuk Using Supercritical Carbon Dioxide: Experimental and Modeling, The Journal of Supercritical Fluids, 110: 265-274 (2016).
[16] Sodeifian G., Ardestani N.S., Sajadian S.A., Moghadamian K., Properties of Portulaca Oleracea Seed Oil Via Supercritical Fluid Extraction: Experimental and Optimization, The Journal of Supercritical Fluids, 135: 34-44 (2018).
[18] Sodeifian G., Sajadian S.A., Razmimanesh F., Ardestani N.S., A Comprehensive Comparison Among Four Different Approaches for Predicting the Solubility of Pharmaceutical Solid Compounds in Supercritical Carbon Dioxide, Korean Journal of Chemichal Engineering, 35: 2097-2116 (2018).
[20] Saadati Ardestani N., Sodeifian G., Sajadian S.A., Preparation of Phthalocyanine Green Nano Pigment Using Supercritical CO2 Gas Antisolvent (Gas): Experimental and Modeling, Heliyon, 6: e04947 (2020).
[21] Razmimanesh F., Sodeifian G., Sajadian S.A., An Investigation into Sunitinib Malate Nanoparticle Production by Us-Resolv Method: Effect of Type of Polymer on Dissolution Rate and Particle Size Distribution, The Journal of Supercritical Fluids, 170: 105163 (2021).
[22] Ameri A., Sodeifian G., Sajadian S.A., Lansoprazole Loading of Polymers by Supercritical Carbon Dioxide Impregnation: Impacts of Process Parameters, The Journal of Supercritical Fluids, 164: 104892 (2020).
[24] Sodeifian G., Sajadian S.A., Honarvar B., Mathematical Modelling for Extraction of Oil from Dracocephalum Kotschyi Seeds in Supercritical Carbon Dioxide, Natural Product Research, 32: 795-803 (2018).
[26] Daneshyan S., Sodeifian G., Synthesis of Cyclic Polystyrene in Supercritical Carbon Dioxide Green Solvent, The Journal of Supercritical Fluids, 188: 105679 (2022).
[27] Kaminishi G.-I., Takano S., Yokoyama C., Takahashi S., Takeuchi K., Concentration of Triethylene Glycol, Diethylene Glycol and Ethylene Glycol in Supercritical Carbon Dioxide up to 16 MPa at 313.15 and 333.15 K, Fluid Phase Equilibria, 52: 365-372 (1989).
[28] Yonemoto T., Charoensombut-Amon T., Kobayashi R., Solubility of Triethylene Glycol in Supercritical CO2, Fluid Phase Equilibria, 55: 217-229 (1990).
[29] Jerinić D., Schmidt J., Fischer K., Friedel L., Measurement of the Triethylene Glycol Solubility in Supercritical Methane at Pressures up to 9 MPa, Fluid Phase Equilibria, 264: 253-258 (2008).
[30] Derawi S.O., Michelsen M.L., Kontogeorgis G.M., Stenby E.H., Application of the Cpa Equation of State to Glycol/Hydrocarbons Liquid–Liquid Equilibria, Fluid Phase Equilibria, 209: 163-184 (2003).
[31] Breil M.P., Kontogeorgis G.M., Thermodynamics of Triethylene Glycol and Tetraethylene Glycol Containing Systems Described by the Cubic-Plus-Association Equation of State, Industrial & Engineering Chemistry Research, 48: 5472-5480 (2009).
[32] Tsivintzelis I., Kontogeorgis G.M., Michelsen M.L., Stenby E.H., Modeling Phase Equilibria for Acid Gas Mixtures Using the CPA Equation of State. Part II: Binary Mixtures with CO2, Fluid Phase Equilibria, 306: 38-56 (2011).
[33] Gharagheizi F., Eslamimanesh A., Mohammadi A.H., Eskandari S., Richon D., Assessment test for Glycol Loss in Gaseous System, Fuel Processing Technology, 115: 254-260 (2013).
[35] Qvistgaard D., Kruger F., Liang X., Kontogeorgis G.M., von Solms N., New Association Schemes for Tri-Ethylene Glycol: Cubic-Plus-Association Parameterization and Uncertainty Analysis, Fluid Phase Equilibria, 551: 113254 (2022).
[36] Qvistgaard D., Trancoso J.,  Solbraa E.,  Vikre Danielsen M.,  Panteli E., Kontogeorgis G.M., von Solms N., Multicomponent Vapor-Liquid Equilibrium Measurements and Modeling of Triethylene Glycol, Water, and Natural Gas Mixtures at 6.0, 9.0 and 12.5 MPa, Fluid Phase Equilibria, 565: 113660 (2023).
[37] Soroodan E., El-Okazy M.A., Macario E., Kentish S.E., Triethylene Glycol Solubility in High-Pressure Methane: New Experimental Data at 40 to 60° C, Industrial & Engineering Chemistry Research, 63: 2895-2900, (2024).
[38] Trancoso J., Solbraa E., Kontogeorgis G.M., Liang X., von Solms N., Vapor–Liquid Equilibrium Measurements and Cubic-Plus-Association Modeling of Triethylene Glycol Systems, Journal of Chemical & Engineering Data, 68: 127-137 (2024).
[39] Kontogeorgis G.M., Voutsas E.C., Yakoumis I.V., Tassios D.P., An Equation of State for Associating Fluids, Industrial & Engineering Chemistry Research, 35: 4310-4318 (1996).
[40] Michelsen M.L., Hendriks E.M., Physical Properties from Association Models, Fluid Phase Equilibria, 180: 165-174 (2001).
[41] Folas G.K., Modeling of Complex Mixtures Containing Hydrogen Bonding Molecules, Technical University of Denmark (2006).
[42] Tsivintzelis I., Kontogeorgis G.M., Michelsen M.L., Stenby E.H., Modeling Phase Equilibria for Acid Gas Mixtures Using the Cpa Equation of State. I. Mixtures with H2S, AIChE Journal, 56: 2965-2982 (2010).
[43] Arya A., Maribo-Mogensen B., Tsivintzelis I., Kontogeorgis G.M., Process Design of Industrial Triethylene Glycol Processes Using the Cubic-Plus-Association (Cpa) Equation of State, Industrial & Engineering Chemistry Research, 53: 11766-11778 (2014).
[44] Wilson G.M., Vapor-Liquid Equilibrium. XI. A New Expression for the Excess Free Energy of Mixing, Journal of the American Chemical Society, 86: 127-130 (1964).
[45] خوش آرای، ش.، نیک سیرت، م.، رضاخانی، ن.، کاربرد نرم افزار متلب در محاسبات ترمودینامیکی، انتشارات سازمان جهاد دانشگاهی تهران (1402).
[46] Trancoso J., Qvistgaard D., Danielsen M.V., Panteli E., Solbraa E., Kontogeorgis G.M., von Solms N.,Vapor–Liquid Equilibrium Measurements and Cubic-Plus-Association Modeling of Triethylene Glycol+ Water+ Methane Systems at 6.0 and 12.5 MPa, Journal of Chemical & Engineering Data, 68: 127-137 (2022).
[47] Jou F.-Y., Deshmukh R.D., Otto F.D., Mather A.E., Vapor-Liquid Equilibria for Acid Gases and Lower Alkanes in Triethylene Glycol, Fluid Phase Equilibria, 36: 121-140 (1987).
[48] Wilson G.M.W.L.C., Wilding W.V., Vapor-Liquid Equilibrium Measurements on Four Binary Mixtures, AIChE Symp, 85: 25-43 (1989).
[49] Gross J., Sadowski G., Perturbed-Chain SAFT:  An Equation of State Based on a Perturbation Theory for Chain Molecules, Industrial & Engineering Chemistry Research, 40: 1244-1260 (2001).
[50] Sodeifian G., Bagheri H., Masihpour F., Rajaei N., Arbab Nooshabadi M., Niclosamide Piperazine Solubility in Supercritical CO2 Green Solvent: A Comprehensive Experimental and Modeling Investigation, Journal of CO2 Utilization, 91: 102995 (2025).
[51] Sodeifian G., Razmimanesh F., Sajadian S.A., Solubility Measurement of a Chemotherapeutic Agent (Imatinib Mesylate) in Supercritical Carbon Dioxide: Assessment of New Empirical Model, The Journal of Supercritical Fluids, 146: 89-99 (2019).