Πρόβλεψη θερμοφυσικών ιδιοτήτων φυσικού αερίου

Πρίνος, Νικόλαος

dc.contributor.author	Πρίνος, Νικόλαος	el
dc.date.accessioned	2021-05-27T09:14:47Z
dc.date.available	2021-05-27T09:14:47Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53504
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21202
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	Φυσικό αέριο	el
dc.subject	Καταστατικές εξισώσεις	el
dc.subject	PR	en
dc.subject	SRK	en
dc.subject	UMR	en
dc.title	Πρόβλεψη θερμοφυσικών ιδιοτήτων φυσικού αερίου	el
dc.contributor.department	Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-03
heal.abstract	Η ορθή πρόβλεψη θερμοφυσικών ιδιοτήτων είναι ιδιαίτερα σημαντική για το σχεδιασμό διεργασιών εξόρυξης, επεξεργασίας, μεταφοράς και αποθήκευσης φυσικού αερίου. Σημαντικές θερμοφυσικές ιδιότητες στις οποίες απαιτείται ορθή πρόβλεψη από τη βιομηχανία φυσικού αερίου είναι η πυκνότητα, η θερμοχωρητικότητα υπό σταθερή πίεση (CP), η θερμοχωρητικότητα υπό σταθερό όγκο (Cv), η ταχύτητα του ήχου (u) και ο συντελεστής Joule-Thomson (μJT), οι οποίες μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία. Οι κυβικές καταστατικές εξισώσεις αναφέρονται στη βιβλιογραφία ως τα πιο διαδεδομένα μοντέλα πρόρρησης θερμοφυσικών ιδιοτήτων. Τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας έχει στραφεί σε μοντέλα EOS/GE για την πρόρρηση ιδιοτήτων μειγμάτων. Τα μοντέλα αυτής της κατηγορίας συνδυάζουν μία καταστατική εξίσωση με ένα μοντέλο περίσσειας ελεύθερης ενέργειας Gibbs (GE) μέσω κατάλληλων κανόνων ανάμειξης. Ένα τέτοιο μοντέλο, το μοντέλο UMR-NEW έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς του Ε.Μ.Π και συνδυάζει την καταστατική εξίσωση Peng Robinson, με το μοντέλο συνεισφοράς ομάδων της UNIFAC. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η αξιολόγηση των καταστατικών εξισώσεων Peng-Robinson (PR) και Soave-Redlich-Kwong (SRK) με χρήση κλασσικών κανόνων ανάμειξης van der Waals και του μοντέλου UMR-NEW, στην πρόβλεψη θερμοφυσικών ιδιοτήτων, όπως αυτών που αναφέρθηκαν παραπάνω, για συστατικά του φυσικού αερίου. Σε πρώτο στάδιο εκτελέστηκαν υπολογισμοί ιδιοτήτων για καθαρά συστατικά που περιλαμβάνονται σε μείγματα φυσικού αερίου (μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, κανονικό βουτάνιο, ισοβουτάνιο, κανονικό δεκάνιο, κυκλοεξάνιο, βενζόλιο, νερό, υδρόθειο, άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα). Η υγρή φάση προβλέπεται με μικρότερη ακρίβεια από την αέρια, ενώ στην αέρια φάση δεν υπερτερεί συνολικά κάποιο μοντέλο. Οι προβλέψεις για το μόριο του νερού έχουν σημαντικά μεγαλύτερα σφάλματα από τους υδρογονάνθρακες, για τους οποίους η αύξηση του μοριακού βάρους συνεπάγεται και μείωση της ακρίβειας των υπολογισμών. Στην υγρή φάση η PR προτιμάται για τον υπολογισμό πυκνοτήτων, ιδιαίτερα για τα μεγαλύτερου μοριακού βάρους αλκάνια, και θερμοχωρητικοτήτων υπό σταθερό όγκο, ενώ για θερμοχωρητικότητες υπό σταθερή πίεση προτιμάται η SRK. Σε δεύτερο στάδιο πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί σε δυαδικά μείγματα, όπου στα περισσότερα από αυτά το ένα από τα δύο συστατικά ήταν το μεθάνιο. Βρέθηκε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα του μείγματος σε μεθάνιο τόσο καλύτερα αποτελέσματα λαμβάνονται από όλα τα μοντέλα. Στον υπολογισμό θερμοχωρητικοτήτων υπό σταθερή πίεση για δυαδικά μείγματα στην υγρή φάση σε χαμηλές θερμοκρασίες προτιμάται η SRK ενώ σε υψηλότερες η PR και το UMR-NEW. Στην αέρια φάση η SRK δίνει καλύτερα αποτελέσματα. Όσον αφορά τον υπολογισμό θερμοχωρητικοτήτων υπό σταθερό όγκο στην υγρή φάση η PR έδωσε το μικρότερο σφάλμα, ενώ στην αέρια φάση η SRK. Η PR υπερέχει στον υπολογισμό ταχυτήτων ήχου στην αέρια φάση εκτός των χαμηλών πιέσεων όπου υπερέχει η SRK και τις υψηλές πιέσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες όπου υπερέχει το UMR-NEW. Όσον αφορά τα αποτελέσματα στον υπολογισμό ταχυτήτων ήχου στην υγρή φάση για μείγματα μεθανίου-δεκαεξανίου το UMR-NEW έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από PR και SRK. Για τον υπολογισμό συντελεστή Joule-Thomson στην υγρή φάση η PR έδωσε το μικρότερο σφάλμα σε αντίθεση με την αέρια φάση όπου η SRK έδωσε καλύτερα αποτελέσματα. Τέλος πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί σε πολυσυστατικά μείγματα τα οποία προσομοιάζουν μείγματα φυσικού αερίου. Στη βιβλιογραφία βρέθηκαν δεδομένα θερμοχωρητικότητας υπό σταθερή πίεση για τρία πολυσυστατικά μείγματα, δεδομένα ταχύτητας ήχου για πέντε πολυσυστατικά μείγματα και δεδομένα συντελεστή Joule-Thomson για ένα πολυσυστατικό μείγμα. Στον υπολογισμό της θερμοχωρητικότητας υπό σταθερή πίεση και του συντελεστή Joule-Thomson πολυσυστατικών μειγμάτων στην αέρια φάση η SRK έδωσε καλύτερα αποτελέσματα, σε αντίθεση με τον υπολογισμό ταχυτήτων ήχου όπου υπερέχει η PR. Συμπερασματικά οι καταστατικές εξισώσεις δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα στην πρόβλεψη πυκνοτήτων, θερμοχωρητικοτήτων υπό σταθερή πίεση και σταθερό όγκο, ταχυτήτων ήχου και συντελεστών Joule-Thomson καθαρών συστατικών και μειγμάτων που περιέχουν βασικά συστατικά του φυσικού αερίου, εκτός από την περιοχή πολύ κοντά στο κρίσιμο σημείο. Συνολικά κανένα μοντέλο από αυτά που εξετάστηκαν δεν έχει σαφή υπεροχή σε σχέση με τα υπόλοιπα.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	142 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true