Ανάπτυξη καταστατικής εξίσωσης συνεισφοράς ομάδων για την ακριβή πρόβλεψη της ισορροπίας φάσεων μιγμάτων φυσικού αερίου

Κλεισιούνης, Άρης-Αριστείδης; Kleisiounis, Aris-Aristeidis

dc.contributor.author	Κλεισιούνης, Άρης-Αριστείδης	el
dc.contributor.author	Kleisiounis, Aris-Aristeidis	en
dc.date.accessioned	2023-01-25T09:18:56Z
dc.date.available	2023-01-25T09:18:56Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56898
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24596
dc.rights	Default License
dc.subject	Θερμοδυναμική	el
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Καταστατική Εξίσωση	el
dc.subject	Κανόνες Ανάμιξης	el
dc.subject	Φυσικό Αέριο	el
dc.subject	Thermodynamics	en
dc.subject	Modeling	el
dc.subject	Equation of State	el
dc.subject	Mixing Rules	el
dc.subject	Natural Gas	el
dc.title	Ανάπτυξη καταστατικής εξίσωσης συνεισφοράς ομάδων για την ακριβή πρόβλεψη της ισορροπίας φάσεων μιγμάτων φυσικού αερίου	el
dc.contributor.department	Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων- Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-30
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μοντελοποίηση μιγμάτων φυσικού αερίου με μια νέα Κυβική Καταστατική Εξίσωση (KKE) συνεισφοράς ομάδων. Καθώς η επεξεργασία και μεταφορά του φυσικού αερίου υπόκεινται σε αυστηρές προδιαγραφές ασφάλειας και ποιότητας, η αξιόπιστη πρόβλεψη της συμπεριφοράς του διαδραματίζει έναν ιδιαίτερα κρίσιμο ρόλο στην βιομηχανία και αποτελεί πεδίο μεγάλου επιστημονικού ενδιαφέροντος για την ακαδημαϊκή κοινότητα. Η προσπάθεια αυτή εκκινεί με την επιτυχή περιγραφή της Ισορροπίας Φάσεων Υγρού-Ατμού, η οποία αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για τον σχεδιασμό οποιασδήποτε διεργασίας. Οι υπολογισμοί αυτοί μπορούν να γίνουν για μίγματα φυσικού αερίου με τη βοήθεια θερμοδυναμικών μοντέλων. Για το σκοπό αυτό, ιδιαίτερα διαδεδομένη είναι η χρήση Κυβικών Καταστατικών Εξισώσεων σε συνδυασμό με τους κατάλληλους κανόνες ανάμιξης. Οι κλασσικοί κανόνες ανάμιξης van der Waals one–fluid (vdW1f) αποτυγχάνουν να δώσουν ακριβείς προβλέψεις σε ασύμμετρα μίγματα. Για αυτόν τον λόγο προτιμώνται συχνά τα μοντέλα EoS/GE, τα οποία συνδυάζουν τις ΚΚΕ με μοντέλα πρόβλεψης συντελεστού ενεργότητας για την καλύτερη περιγραφή των μη ιδανικών διαμοριακών αλληλεπιδράσεων εντός των πολυσυστατικών μιγμάτων. Το προτεινόμενο θερμοδυναμικό μοντέλο (UMR-NEW) είναι ένα μοντέλο πρόρρησης, που ανήκει στην οικογένεια των EoS/GE μοντέλων, και ενσωματώνει μια τροποποιημένη μορφή της ΚΚΕ Peng-Robinson (PR), συνδυασμένη με την UNIFAC μέσω των προηγμένων κανόνων ανάμιξης Universal Mixing Rules (UMR). Οι βελτιώσεις της τροποποιημένης PR, αφορούν στις πιο ακριβείς προβλέψεις: (α) τάσεων ατμών (Ps), ισοβαρούς θερμοχωρητικότητας (Cp), ταχύτητας του ήχου (w) και του συντελεστή Joule-Thompson (μJT) καθαρών συστατικών, χάρη στον τροποποιημένο ελκτικό όρο τύπου Mathias-Copeman (MC) πέντε παραμέτρων, και (β) ογκομετρικής συμπεριφοράς των ρευστών, λόγω της χρήσης μιας θερμοκρασιακά εξαρτώμενης διόρθωσης του γραμμομοριακού όγκου. Παράλληλα, για το προτεινόμενο μοντέλο λήφθηκαν υπόψη επιπρόσθετες παράμετροι UNIFAC για την περιγραφή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των κυκλικών ομάδων και των αερίων. Η αξιολόγηση του UMR-NEW γίνεται με την μελέτη των προβλέψεων του για τις καμπύλες κορεσμού μιγμάτων φυσικού αερίου και αέριων συμπυκνωμάτων (gas condensates), ενώ για τα τελευταία μελετώνται και οι προβλέψεις των καμπύλων κλάσματος όγκου υγρής φάσης (Volume percent liquid ή Vpl). Αρχικά, η ανάλυση αυτή πραγματοποιήθηκε πάνω σε συνθετικά μίγματα, ώστε να εξαχθούν αποτελέσματα σχετικά με την επίδραση της σύστασης των μιγμάτων στην μορφή των καμπυλών και την απόδοση του μοντέλου. Έπειτα, η μελέτη επεκτείνεται και σε πραγματικά μίγματα, δίνοντας μια πληρέστερη εικόνα για την αξιοπιστία του μοντέλου σε ρεαλιστικές εφαρμογές της βιομηχανίας. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίνονται με τα αντίστοιχα του μοντέλου πρόρρησης PPR78. Από την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε προκύπτει πως το UMR-NEW δίνει ακριβέστερες προβλέψεις των σημείων δρόσου μιγμάτων φυσικού αερίου στην περιοχή πιέσεων άνω των 60 bar, ενώ, συγκριτικά με την PPR78, υστερεί στην περιοχή γύρω από το σημείο μέγιστης θερμοκρασίας της καμπύλης κορεσμού (Cricondentherm). Σε ότι αφορά τα αέρια συμπυκνώματα, το UMR-NEW συνολικά δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, όμως εμφανίζει σημαντικά σφάλματα στην περιοχή γύρω από το σημείο μέγιστης πίεσης της καμπύλης κορεσμού (Cricondenbar) για μίγματα με πολύ υψηλή ασυμμετρία και περιεκτικότητα σε μεθάνιο άνω του 85%. Από την άλλη, o ελκτικός όρος της PPR78 φαίνεται να υποεκτιμά τις τάσεις ατμών των υδρογονανθράκων με αριθμό ατόμων άνθρακα (NC) μεγαλύτερο ή ίσο του 20, ενώ, στην περίπτωση των πραγματικών μιγμάτων, παρατηρήθηκε πως το μοντέλο προβλέπει εσφαλμένα καμπύλες κορεσμού με σιγμοειδή μορφή. Τα συγκρινόμενα μοντέλα παρέχουν παρόμοιες προβλέψεις των καμπύλων των Vpl, με το UMR-NEW να αποδίδει καλύτερα όσο αυξάνονται οι θερμοκρασίες, ενώ προβλέπει συστηματικά τα σημεία κορεσμού με μεγαλύτερη αξιοπιστία. Συμπερασματικά, το μοντέλο UMR-NEW αποτελεί ένα αξιόπιστο εργαλείο, ικανό να εκτελέσει με μεγάλη ακρίβεια απαιτητικούς υπολογισμούς για κρίσιμες εφαρμογές της βιομηχανίας, όπως στην περιοχή των καμπύλων κορεσμού φυσικού αερίου η οποία βρίσκεται γύρω από το Cricondenbar. Τέλος, με αφορμή την ανάλυση της επίδρασης της σύστασης στην μορφή της καμπύλης κορεσμού των μιγμάτων φυσικού αερίου, αναπτύχθηκαν δύο εμπειρικά μοντέλα, ένα πρόβλεψης των σημείων δρόσου στην περιοχή των πιέσεων άνω των 65 bar και ένα για την πρόβλεψη του Cricondentherm. Η ανάπτυξη των μοντέλων πραγματοποιήθηκε στη βάση διαθέσιμων πειραματικών δεδομένων πραγματικών μιγμάτων φυσικού αερίου. Τα αποτελέσματα ήταν αρκετά ενθαρρυντικά, ειδικά για τα σημεία δρόσου στην περιοχή των υψηλών πιέσεων, αφού έδειχναν πως το μοντέλο αυτό που αναπτύχθηκε, αξιοποιώντας την συγκέντρωση μόλις τεσσάρων κλασμάτων, είναι ικανό να προβλέψει επιτυχώς την καμπύλη κορεσμού στην περιοχή υψηλών πιέσεων για όλη τη βάση δεδομένων.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μπακόλας, Αστέριος	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	145 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false