Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Difuze kapalných směsí pomocí molekulárních simulací Stanislav Pařez.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Difuze kapalných směsí pomocí molekulárních simulací Stanislav Pařez."— Transkript prezentace:

1 Difuze kapalných směsí pomocí molekulárních simulací Stanislav Pařez

2 difuze = transport látky způsobený molekulárním pohybem rychlost řídící proces mnoha technologických postupů destilace, separace pomocí porózních materiálů → optimalizace technologických postupů velmi obtížné použití experimentálních technik pro měření difuzních koeficientů multikomponentních směsí (n>2) Wambui Mutoru, J.; Firoozabadi, A. J. Chem. Thermodyn. 2011, 43: data pro pouze 94 ternárních a 13 kvaternárních směsí → prostor pro alternativní určení difuzních koeficientů teoretické prediktivní modely potřeba dat pro difuzní koeficienty ternárních směsí vývoj a testování simulační metody klasická simulační metoda využívá experimentální data z měření fázových rovnováh, která opět existují jen pro relativně malý soubor látek a rozsah termodynamických podmínek Motivace

3 voda + methanol + ethanol rigidní, united-atom modely elektrostatická interakce → bodové náboje q krátkodosahová repulze a disperzní interakce → LJ parametry [  ] směsi → voda: TIP4P/2005 Abascal, J. L. F.; Vega, C. J. Chem. Phys. 2005, 123 alkoholy Schnabel, T.; Vrabec, J.; Hasse, H. Fluid Phase Equilib. 2005, 233 Schnabel, T.; Srivastava, A.; Vrabec, J.; Hasse, H. J. Phys. Chem. B 2007, 111 Molekulární model qHWqHW [  O W  O W ] qHWqHW -2q H W q CH3 M, [  CH3 M  CH3 M ] q O M, [  O M  O M ] qHMqHM qHEqHE q O E, [  O E  O E ] q CH2 E, [  CH2 E  CH2 E ] q CH3 E, [  CH3 E  CH3 E ] geometrie, polohy nábojů ← kvantová chemie interakční parametry ← optimalizace pro sadu experimentálních dat (hustoty,tlaky nasycených par)

4 vzájemná difuze u n-komponentní směsi Fickův zákon Fickův difuzní koeficient D ij svazuje tok komponenty i a gradient molárního zlomku (koncentrace) komponenty j i,j = 1..n-1 Maxwell-Stefanova (MS) teorie D ij je frikčním koeficientem třecí síly, která vyrovnává hnací sílu difuze ~ gradient chemického potenciálu Teorie binární směsiternární směsi D ij,  ij 2x2 matice - vzájemná rychlost aktivitní koef.

5 schema: D ij,  ij → D ij 1)MS koeficient D ij standardní simulační výpočet pomocí rovnovážné molekulární dynamiky D ij ~ L ij 2)termodynamický faktor analytický výpočet dle definice pomocí G E modelu (Wilson,NRTL,UNIQUAC,UNIFAC) Parametry modelu: klasická metoda – regrese vzhledem k experimentálním měření fázových rovnováh (VLE) – koncentrační profil tlaku nasycených par - vyžaduje existenci experimentálních dat (pro ternární směsi omezené množství) - citlivá na výběr G E modelu - výsledný td. faktor odpovídá (T,p,x), za kterých byla měřena VLE data nová metoda – regrese vzhledem k simulačním datům – koncentrační profil chemických potenciálů Monte Carlo simulace – metoda postupného vkládání (Gradual Insertion) Metoda - - -

6 pro vzájemnou difuzivitu ve směsi voda + methanol + ethanol neexistují experimentální data → můžeme ale porovnat data u binárních subsystémů Výsledky chemické potenciály (×) MS diff. coef. (o) voda (1) + methanol (2) + ethanol (3), T = 298 K, p = 1 bar x2x2 x3x3 x1x1 water methanol ethanol chemické potenciály použitím Wilsonova modelu

7 T = 298 K p = 1 bar  water /k B T (■)  water /k B T – ln x water (□)  MeOH /k B T (●)  MeOH /k B T – ln x MeOH (o)  EtOH /k B T (▲)  EtOH /k B T – ln x EtOH (Δ) Wilson model klasická metoda (- -) nová metoda (−) klasická metoda (Δ) nová metoda (○) experimentální data (■) (■) van de Ven-Lucassen, I. M. J. J.; Kieviet, F. G.; Kerkhof, P. J. A. M. J. Chem. Eng. Data 1995, 40

8 Test teoretických prediktivních modelů Darkenův model Liu et al. Darken (○) Liu (-) simulační data (■) Liu, X.; Schnell, S. K.; Simon, J.-M.; Bedeaux, D.; Kjelstrup, S.; Bardow, A.; Vlugt, T. J. H. J. Phys. Chem. B 2011, 115 simulation data (■), (●), (▲) experimental data (□), (o), (Δ)

9 Závěr spočetli jsme Fickovy difuzní koeficienty pro směs voda + methanol + ethanol použili jsme konzistentní simulační metodu, která počítá MS dif. koef. i td. faktor pomocí simulačních dat metoda je plausibilnější (méně citlivá na volbu G E modelu, poskytuje td. faktor pro zvolené [T,p,x] ) než klasická metoda, která využívá fit G E modelu na měření fázových rovnováh, zároveň dává lepší kvalitativní a podobnou kvantitativní shodu s experimentálními profily u binárních systémů otestovali jsme Darkenův model a jeho parametrizaci od Liu et al. pro predikci MS dif. koef. Uspokojivé predikce bylo dosaženo jen pro směs methanol + ethanol


Stáhnout ppt "Difuze kapalných směsí pomocí molekulárních simulací Stanislav Pařez."

Podobné prezentace


Reklamy Google