含临界区流体混合物的统计缔合理论研究

含临界区流体混合物汽液平衡等热力学性质的研究是化工热力学的一个难题。本文用改进的统计缔合流体理论方程(SAFT-CP)结合范德华单流体混合规则(vdW1)计算了含临界点的二元混合物的汽液平衡。与原始的SAFT方程相比,SAFT-CP方程以非球形的硬体项作为参考流体,代替原来的硬球项,考虑了分子成链对色散作用的影响,对于极性流体,考虑了分子的偶极-偶极相互作用而忽略了缔合作用。本文计算的二元体系包括非极性-非极性体系:二氧化碳-丙烷、二氧化碳-丁烷和二氧化碳-戊烷,以及非极性-极性体系:硫化氢-戊烷、甲烷-丙酮和二氧化碳-甲醇。含临界点在内的计算结果与文献实验值符合很好,表明该方程适用于二元混合物含临界区的相平衡计算,具有广阔的应用前景。

利用统计缔合流体理论状态方程预测混合气体水合物的平衡形成条件

利用统计缔合流体理论(SAFT)状态方程结合vanderWaals-Platteeuw统计力学模型用于预测含有甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、H2S,CO2,N2和H2二元气体水合物的平衡形成条件.对于气相和液相,应用SAFT方程来描述.在气相和液相相平衡的模拟过程中,SAFT方程考虑了硬球斥力、成链力、色散力以及缔合相互作用.对于水合物相,采用vanderWaals-Platteuw模型来计算.该方法的预测结果与实验数据吻合.

含临界点的统计缔合流体理论研究(Ⅰ)非极性流体

从适合于临界点的计算出发 ,对统计缔合流体理论方程进行改进 :(1)对链状分子的每个链节考虑其非球形度 ;(2 )提出必须考虑链节成链时对色散作用的影响 .建立了扩展的统计缔合流体理论状态方程 ,对于正构烷烃和异构烷烃的计算表明 ,该方程计算温度范围大 ,从低温区到临界区 ,特别是在临界点附近精度有明显提高 ,临界点的计算值和实验值基本符合 .扩展了理论状态方程的适用性 。

用密度泛函理论研究二元体系的液液界面张力

应用密度泛函理论和统计缔合流体理论建立了二元液液界面的状态方程 ,通过纯流体汽液平衡时的压力数据和液相密度数据回归了非极性流体和极性流体的链节参数 .将界面分层 ,使用已建立的状态方程和回归的纯流体链节参数 ,根据界面各微层达到相平衡时化学势相等的原则计算了液液界面层的厚度和液液界面中的密度分布 ,预测了 16个水 -有机溶剂二元体系的液液界面张力 .计算结果与实验值符合情况良好 .

缔合型链式硬球自扩散系数方程

将链式硬球模型自扩散系数方程与统计缔合流体理论(SAFT)相结合起来。实际非球状的缔合分子以有缔合点的硬球链来模拟。缔合流体中自扩散系数被认为是由非缔合贡献和氢键缔合贡献两部分组成: 链式硬球自扩散系数方程用以计算非缔合流体的自扩散系数,而统计缔合流体理论描述了氢键数与密度和温度的关系,从而得到缔合对自扩散系数的影响。对于水(包括超临界水)、醇类和HF等流体在宽广的压力和温度范围内, 使用实验数据对本方程进行检验,其自扩散系数的相对平均偏差在7.5%左右。

基于SAFT理论关联醇与DMF体系的^1H NMR

混合物核磁共振化学位移可以用不同的化学缔合理论研究,但当形成的缔合体种类很多时,需要很多优化参数。作者从统计缔合流体理论(SAFT)出发,提出了一个能关联混合物核磁共振化学位移,但又不需要假设缔合平衡常数的模型。对于醇与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)体系,关联的均方根偏差小于1.01％。讨论了醇与DMF体系和醇与正己烷体系核磁共振化学位移随醇的浓度变化趋势的差异,认为醇与DMF形成比醇的自缔更强的交叉缔合是造成这种变化趋势不同的主要原因。

C_(6)~C_(10)烷醇的SAFT-VR Mie状态方程参数回归及其热物性研究

统计缔合流体理论(SAFT)状态方程对长链烷醇的热物性研究具有重要意义,而状态方程参数的获取是流体热物性研究的基础。基于SAFT-VRMie状态方程,采用Levenberg-Marquardt算法并结合相平衡、过冷液相密度和声速性质的参数回归策略,获取C_(6)~C_(10)烷醇的状态方程模型参数。进一步评估SAFT-VRMie状态方程对C_(6)~C_(10)烷醇在宽温度和压力范围内的相平衡和热力学偏导特性的预测性能,并与PC-SAFT状态方程进行比较。结果表明,SAFT-VRMie对五种烷醇整体具有更优的饱和蒸气压、饱和液相密度、蒸发焓、过冷液相密度、比定压热容和声速预测性能,平均预测偏差分别为0.74%、0.82%、3.02%、0.54%、2.88%和2.31%。同时,SAFTVR Mie具有可靠的外推预测能力,其对高压声速的预测结果与实验数据具有较好的一致性。此外,SAFT-VR Mie对压力-密度导数的不合理描述是造成声速预测偏差的主要原因。改进分子间单体和缔合相互作用能够有效提高比热容的预测精度,为长链烷醇缔合流体的热物性预测提供更好的理论关联模型。

乙烯淤浆聚合物体系的相平衡计算

乙烯淤浆聚合反应体系的流程模拟与优化过程中气液相平衡的准确计算影响到聚乙烯生成量和聚乙烯分子量的模拟.通过再参数化含链扰动统计缔合流体理论(Perturbed-ChainStatisticalAssociatingFluidTheory,PC-SAFT)状态方程,建立了乙烯淤浆聚合体系物性的计算方法.以文献数据为基准,利用PolymersPlus软件平台,分别得到了乙烯、氢气、己烷、聚乙烯、氮气纯组分的PC-SAFT方程的模型参数,并在准确确定纯组分模型参数的基础上,得到了乙烯-己烷、氢气-己烷、氮气-己烷、以及聚乙烯-乙烯、聚乙烯-己烷组分二元交互系数.计算结果表明,采用再参数化PC-SAFT状态方程可以准确计算乙烯淤浆聚合反应体系的纯组分物质性质和两组分之间的相平衡.同时对工业过程中5个不同牌号聚乙烯的反应器内气液平衡状态进行了模拟计算,氢气与乙烯在气相的摩尔比与工业分析值能很好地吻合,最大误差为7.5%.

基于云模型的分布估计算法及其在物性参数估算中的应用

为了克服传统计算方法在估算复杂体系的参数时往往难以保证其准确性的不足,引入一种改进的分布估计算法用来计算适应于聚合物体系的热力学状态方程参数.该改进算法以云模型理论为基础,提出一种新型的构建种群个体解空间概率模型的方法.使用测试函数验证结果表明,改进算法能有效地提高收敛速度和搜索精度.将该方法应用于超临界乙烯配位聚合体系的链扰动统计缔合流体理论(perturbed-chain statistical associating fluid theory,PC-SAFT)状态方程二元交互参数k_(ij)的求解,所得结果用于状态方程再参数化,能精确描述组分间的气液相平衡.

方阱链流体在固液界面分布的密度泛函理论研究

应用Yethiraj的加权密度近似泛函理论研究平板狭缝中方阱链流体的密度分布,系统的Helmholtz自由能泛函分为理想气体的贡献利剩余贡献两部分,其中剩余贡献部分分别采用刘洪来等人建立的基于空穴相关函数的方阱链流体状态方程和Gil_Villegas等人提出的统计缔合流体理论状态方程(SAFT_VR)结合简单加权密度近似计算.考察了不同链长、温度、系统密度和壁面吸引强度下平板狭缝中方阱链流体的密度分布,并与MonteCarlo(MC)模拟结果进行了比较.结果表明采用不同的状态方程对密度分布的计算有明显的影响,对于受限于硬壁狭缝中的方阱链流体,温度和密度比较高时,两种状态方程计算的结果均与MC模拟符合得比较好,在低温和低密度下效果变差,SAFT_VR方程的计算结果更接近于MC模拟结果.对于受限于方阱壁狭缝中的方阱链流体,由于系统密度分布的非均匀性加强,采用两种状态方程计算的结果均与MC模拟结果有一定偏差,寻找更合适的权重函数是进一步改进的关键.

CO_2-甲醇和CO_2-乙醇体系的交叉缔合模型

在统计缔合流体理论(statistical associating fluid theory,SAFT)的基础上,将二氧化碳(CO2)处理为似缔合分子,考虑醇羟基之间的自缔合作用,以及CO2分子与醇羟基之间的交叉缔合作用,提出了适用于CO2-醇类体系的交叉缔合模型.应用该模型研究了CO2-甲醇和CO2-乙醇体系从低温低压到高温高压的相平衡性质.p-x和p-ρ相图的计算值与实验值吻合良好.研究表明,考虑CO2与甲醇和乙醇分子之间的交叉缔合对Helmholtz自由能的贡献,可显著改善相平衡性质的计算结果,并避免模型对低温区间中三相平衡和三相点的错误预测.