Πρόρρηση της κατανομής οργανικών ενώσεων σε διφασικά συστήματα λιπαρής φάσης-νερού

Καλτσούνη, Βασιλική Κ.; Kaltsouni, Vasiliki K.

dc.contributor.author	Καλτσούνη, Βασιλική Κ.	el
dc.contributor.author	Kaltsouni, Vasiliki K.	en
dc.date.accessioned	2015-02-05T10:53:25Z
dc.date.available	2015-02-05T10:53:25Z
dc.date.issued	2015-02-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40232
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7815
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πετρελαϊκή βιομηχανία	el
dc.subject	Χημικά πρόσθετα	el
dc.subject	Συντελεστές κατανομής οργανικής φάσης	el
dc.subject	AFC	en
dc.subject	UNIFAC	en
dc.subject	Additive chemicals	el
dc.subject	Oil industry	en
dc.subject	Prganic/aqueous phase partition coefficients	en
dc.subject	Estimation methods	en
dc.title	Πρόρρηση της κατανομής οργανικών ενώσεων σε διφασικά συστήματα λιπαρής φάσης-νερού	el
dc.contributor.department	Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και φαινομένων μεταφοράς	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Distribution of complex chemicals in oil-water systems	en
heal.classification	Οργανικές Ενώσεις	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-07-09
heal.abstract	Καθώς τα αποθέματα αργού πετρελαίου μειώνονται, η βιομηχανία των πετρελαιοειδών απαιτεί πιο εξελιγμένες μεθόδους για την αποτελεσματική εκμετάλλευση των φυσικών αποθεμάτων. Για το λόγο αυτό, νέοι τομείς χρησιμοποιούνται στην παραγωγή, νέες λύσεις εφαρμόζονται και υπάρχουν αυξημένες ανάγκες για την βελτιστοποίηση των ώριμων τεχνολογιών με τη χρήση χημικών προσθέτων. Αποτέλεσμα αυτού είναι η αυξημένη σημασία της χρήσης των χημικών πρόσθετων για την πετρελαϊκή βιομηχανία. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η παραγωγή και η επεξεργασία του πετρελαίου, η γνώση της διασποράς των χημικών προσθέτων στην πετρελαϊκή φάση (oil phase), που θα υποστεί περαιτέρω επεξεργασία, και στην υδατική φάση (aqueous phase), που αποτελεί το ρεύμα των αποβλήτων, είναι υψίστης σημασίας τόσο για την βιομηχανία αλλά και για τις τοπικές αρχές. Η παράμετρος που είναι αντιπροσωπευτική για την γνώση της διασποράς των χημικών είναι ο συντελεστής κατανομής πετρελαίου-νερού (oil water partition coefficient, Koil-w) ενός συστατικού, ο οποίος ορίζεται ως ο λόγος των συγκεντρώσεων του συστατικού στην πετρελαϊκή φάση και στη υδατική φάση. Η μέτρηση των συντελεστών κατανομής πετρελαίου-νερού είναι μια χρονοβόρος και ακριβή διαδικασία. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη μίας μεθόδου για την πρόβλεψη του συντελεστή κατανομής πετρελαίου-νερού προσθέτων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία πετρελαίου. Μια πρώτη προσέγγιση για την εύρεση μιας μεθόδου πρόβλεψης είναι η απευθείας συσχέτιση των υπαρχόντων πειραματικών τιμών με γνωστούς συντελεστές κατανομής οι οποίοι είναι περισσότερο μελετημένοι και έτσι ευκολότερο να προβλεφθούν ή και να υπολογιστούν. Οι συντελεστές κατανομής που χρησιμοποιούνται είναι οι συντελεστές οκτανόλης-νερού (Kow) και εξανίου-νερού (Khw). Χρησιμοποιούνται επίσης και άλλες ιδιότητες των συστατικών όπως είναι ο όγκος και η επιφάνεια Van der Waals, παράμετροι που σχετίζονται με το μέγεθος και το σχήμα των μορίων, καθώς και η ενεργειακή παράμετρος διαλυτότητας (solubility parameter, δ). Οι ιδιότητες αυτές είναι γνωστές για τα περισσότερα μόρια, ενώ για όσα δεν υπάρχουν μπορούν εύκολα να υπολογιστούν, κριτήριο πολύ σημαντικό για την ανάπτυξη μιας μεθόδου πρόβλεψης. Τα αποτελέσματα αυτών των αρχικών συσχετίσεων αποδεικνύουν τη δυνατότητα ικανοποιητικής συσχέτισης του συντελεστού κατανομής πετρελαίου-νερού με άλλους συντελεστές οργανικής φάσης-νερού. Ακολούθως, μελετήθηκε η δυνατότητα πρόβλεψης συντελεστών κατανομής οργανικής-υδατικής φάσης τόσο με απλά μοντέλα πρόβλεψης όσο και με ημι-θεωρητικά θερμοδυναμικά μοντέλα. Οι συντελεστές κατανομής που μελετήθηκαν είναι ο συντελεστής κατανομής οκτανόλης-νερού και τρεις συντελεστές κατανομής υδρογονανθράκων-νερού. Ο συντελεστής κατανομής οκτανόλης-νερού είναι ένας ευρέος μελετημένος συντελεστής που χρησιμοποιείται για την προσομοίωση συστημάτων λιπαρής-υδατικής φάσης. Οι συντελεστές κατανομής υδρογονανθράκων-νερού προσιδιάζουν καλύτερα στη φάση του πετρελαίου λόγω του μη πολικού χαρακτήρα των υδρογονανθράκων. Υπήρξε ιδιαίτερη μέρημνα στην επιλογή συστημάτων που να καλύπτουν τις τρείς κατηγορίες υδρογονανθράκων του πετρελαίου, δηλαδή παραφινικών, ναφθενικών και αρωματικών (paraffinic, naphthenic, aromatic-PNA). Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα μοντέλα πρόρρησης που στηρίζονται στην θεωρία συνεισφοράς ομάδων: η AFC, η original UNIFAC, η UNIFAC LLE και η UNIFAC KOW. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης ανέδειξαν ως καταλληλότερο μοντέλο πρόρρησης του Kow την AFC και των συντελεστών KHCw την original UNIFAC. Το τελευταίο βήμα για την ανάπτυξη εμπειρικής μεθόδου πρόβλεψης του συντελεστού κατανομής Koil-w, είναι η συσχέτιση των πειραματικών τιμών αυτού με άλλους συντελεστές κατανομής, οι οποίοι μπορούν να προβλεφθούν με τα επιλεγμένα μοντέλα, καθώς και με τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ενώσεων που χρησιμοποιήθηκαν για τις αρχικές συσχετίσεις. Για την ανάπτυξη των συσχετίσεων χρησιμοποιήθηκε γραμμική ανάλυση παλινδρόμησης και τα αποτελέσματα αυτών αξιολογήθηκαν μέσω στατιστικής ανάλυσης. Η ανάλυση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων κατέληξε στην επιλογή της βέλτιστης εμπειρικής εξίσωσης πρόβλεψης του συντελεστή κατανομής πετρελαίου-νερού. Απαραίτητη πληροφορία για την χρήση της είναι οι τιμές του συντελεστού κατανομής οκτανόλης-νερού και της επιφάνειας van der Waals. Οι μέθοδος δίνει μέση απόλυτη απόκλιση 0.44 λογαριθμικές μονάδες, η οποία κρίνεται ιδιαίτερα ικανοποιητική λαμβάνοντας υπόψιν ότι βρίσκεται εντός τάξης μεγέθους του πειραματικού σφάλματος για τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις.	el
heal.abstract	As crude oil resources decrease, the oil industry requires more sophisticated methods in order to optimize the constructive usage of the natural resources. For this reason, new fields are brought to production; new solutions are applied and there is an increasing need for the development of the existing technologies by using chemical additives. As a result, the addition of supporting chemicals in the oil industry is turning into an issue of special interest. In order to insure the oil production and processing, the knowledge of the distribution of these oil field chemicals between the oil phase, which continues further on the production chain, and the water(aqueous) phase, which is the main disposal carrier, is of high importance for the oil industry as well as for the local authorities. The parameter that is representative of the dispersion of these chemicals is the oil-water partition coefficient of each component (Koil-w) which is defined as the ratio of concentrations of the component in the oil phase and aqueous phase. The experimental determination of the oil-water partition coefficients’ values is a time-consuming and expensive process. The aim of this work is to develop a method for the prediction of the oil-water partition coefficient that can be applied in the oil industry. A first approach to finding an estimation method is the direct correlation of existing experimental values with other partition coefficients which are more defined and studied, thus, easier to predict or calculate. The partition coefficients used are the octanol-water partition coefficient (Kow) and the hexane-water partition coefficient (Khw). Furthermore, some additional properties of the compounds where used, such as the Van der Waals volume and surface (Vw and Qw) which are parameters related to the size and shape of the molecules, and the energy related solubility parameter (δ). These properties are available for the great majority of molecules, while in the case that they are not, they can be easily calculated- a very important criterion in developing a prediction method. The results of these initial simple correlations demonstrate the possibility of satisfactory results from relation the oil-water partition coefficient with other organic-water phase partition coefficients. Secondly, the prediction of organic-aqueous phase partition coefficients was studied with both simple estimating models and semi-theoretical thermodynamic models. The coefficients studied are the octanol-water partition coefficient and three hydrocarbon-water partition coefficients. The octanol-water partition coefficient is a broadly studied parameter used for the simulation of lipid-aqueous phases. Hydrocarbon-water partition coefficients simulate more closely the oil phase due to the non-polar nature of the hydrocarbons. Care was taken to select systems that cover the three categories of petroleum hydrocarbons, i.e. paraffinic, naphthenic and aromatic (PNA). For the analysis four prediction models were used all based on the group contribution theory: the AFC, the original UNIFAC, the UNIFAC LLE and UNIFAC KOW. The results of this study revealed the AFC as the most appropriate model for prediction of the Kow and the original UNIFAC as the suitable model for the prediction of the various KHCw. The last step in developing an empirical prediction method for the Koil-w, is the correlation of experimental values of the desired partition coefficients with others, which can be predicted by using the already selected models, as well as the parameters used for the initial correlations. In order to develop these correlations a linear regression analysis was used and the results of the correlations were evaluated through a statistical analysis. The analysis and evaluation of the results led to the selection of the optimal empirical equation predicting the oil-water partition coefficient. The information necessary for its use is the value of the octanol-water partition coefficient and the van der Waals surface value of the compound of interest. The method gives an average absolute deviation at the range of 0.44 logarithmic units, which is very satisfactory considering that it is in the order of magnitude of the experimental error of the corresponding experimental measurements.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωστής	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και φαινομένων μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	71 σ.
heal.fullTextAvailability	true