Θερμοδυναμική μοντελοποίηση της ισορροπίας φάσεων μιγμάτων βιομηχανικού ενδιαφέροντος σε χαμηλές και υψηλές πιέσεις μέσω κβαντοχημικών μοντέλων συνεισφοράς τμημάτων

Γραμματάς, Ασημάκης; Grammatas, Asimakis

dc.contributor.author	Γραμματάς, Ασημάκης	el
dc.contributor.author	Grammatas, Asimakis	en
dc.date.accessioned	2023-02-01T11:25:32Z
dc.date.available	2023-02-01T11:25:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57016
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24714
dc.rights	Default License
dc.subject	Θερμοδυναμική	el
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Ισορρροπία φάσεων	el
dc.subject	Υψηλές πιέσεις	el
dc.subject	Μίγματα	el
dc.subject	Thermodynamics	en
dc.subject	Modeling	en
dc.subject	Phase Equilibria	en
dc.subject	High pressures	en
dc.subject	Mixtures	en
dc.title	Θερμοδυναμική μοντελοποίηση της ισορροπίας φάσεων μιγμάτων βιομηχανικού ενδιαφέροντος σε χαμηλές και υψηλές πιέσεις μέσω κβαντοχημικών μοντέλων συνεισφοράς τμημάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-28
heal.abstract	Ένας από τους πιο σημαντικούς τομείς της επιστήμης της Χημικής Μηχανικής είναι η μελέτη των φυσικών διεργασιών διαχωρισμού. Μεγάλο μέρος της χημικής και πετρελαϊκής βιομηχανίας στηρίζεται στην ορθή πρόβλεψη της ισορροπίας φάσεων τέτοιων εφαρμογών. Η πλειονότητα των φυσικών διεργασιών έχει αναπτυχθεί σε συνθήκες λειτουργίας κοντά στην ισορροπία φάσεων ατμού-υγρού, ατμού-υγρούυγρού, υγρού-υγρού, αερίου-υγρού, αερίου-στερεού κλπ. Επομένως, για τον ορθό σχεδιασμό διεργασιών διαχωρισμού, η ποσοτική περιγραφή και πρόβλεψη των ισορροπιών φάσης είναι καίριας σημασίας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η περιγραφή της Ισορροπίας Φάσεων Ατμού-Υγρού και Αερίου, λόγω των πολυάριθμων εφαρμογών της στις τάξεις της βιομηχανίας, όπως η απόσταξη, η εκχύλιση και η απορρόφηση. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η θερμοδυναμική μοντελοποίηση της ισορροπίας φάσεων μιγμάτων με έντονο βιομηχανικό ενδιαφέρον, σε χαμηλές και υψηλές πιέσεις, με την αξιοποίηση κλασικών μοντέλων και κβαντοχημικών μοντέλων συνεισφοράς τμημάτων. Σε πρώτη φάση αναπτύχθηκε μια βάση δεδομένων Ισορροπίας Ατμού-Υγρού σε χαμηλές πιέσεις, χωρισμένη σε εννιά κατηγορίες δυαδικών συστημάτων, σύμφωνα με την πολικότητα και την ικανότητα των επιμέρους συστατικών τους να αναπτύσσουν δεσμούς υδρογόνου. Όλα τα πειραματικά δεδομένα υποβλήθηκαν σε έλεγχο συνέπειας και στη συνέχεια αξιοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς δυο κβαντοχημικών μοντέλων πρόβλεψης της ισορροπίας φάσεων. Τα μοντέλα που μελετήθηκαν ήταν το μοντέλο συνεισφοράς ομάδων UNIFAC, το κβαντοχημικό μοντέλο COSMO Segment Activity Coefficient (COSMO-SAC) και το τροποποιημένο μοντέλο COSMO-SAC (TTPL), το οποίο αναπτύχθηκε από το Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Τα αποτελέσματα των κβαντοχημικών μοντέλων συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα που αποδίδει το μοντέλο συνεισφοράς ομάδων UNIFAC, ως το πλέον διαδεδομένο και επιτυχημένο μοντέλο πρόβλεψης. Όμοια αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε και σε δεδομένα τριαδικών μιγμάτων, σε χαμηλές πιέσεις. Το μοντέλο της UNIFAC απέδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα μεταξύ των εξεταζόμενων μοντέλων σε υπολογισμούς ισορροπίας φάσεων σε χαμηλές πιέσεις, όμως το μοντέλο COSMO-SAC-TTPL βελτίωσε σημαντικά τα αποτελέσματα του αυθεντικού COSMO-SAC μοντέλου, ιδιαίτερα στα δυαδικά μείγματα. Το τελευταίο κομμάτι της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η επέκταση των παραπάνω μοντέλων σε υψηλές πιέσεις, χρησιμοποιώντας μια Κυβική Καταστατική Εξίσωση, μέσω προηγμένων κανόνων ανάμιξης. Η Κυβική Καταστατική Εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε ήταν η Peng-Robinson (PR) με τους προηγμένους κανόνες ανάμιξης UMR (Universal Mixing Rules). Η συμπεριφορά του μοντέλου UMR-PR-COSMO-SAC (TTPL) συγκρίθηκε με εκείνη των UMR-PR-UNIFAC και UMR-PR-COSMO-SAC, για τη μελέτη μιγμάτων που περιέχουν πολικά συστατικά και μιγμάτων που περιέχουν αέρια, σε ένα μεγάλο εύρος συνθηκών θερμοκρασίας, πίεσης και σύστασης. Τα αποτελέσματα του μοντέλου UMR-PR-COSMO-SAC (TTPL) είναι αρκετά βελτιωμένα σε σχέση με τα αποτελέσματα του UMR-PR-COSMO και κρίνονται αρκετά ενθαρρυντικά, με τις αποκλίσεις από τα πειραματικά δεδομένα να είναι αποδεκτές. Αν και, συνολικά, δεν αποδίδουν τόσο καλά όσο η UNIFAC, τα μοντέλα τύπου COSMO δύνανται να πραγματοποιούν υπολογισμούς χωρίς τη χρήση πειραματικών δεδομένων Ισορροπίας Φάσεων, πραγματοποιώντας απευθείας πρόβλεψη, γεγονός που αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα έναντι του μοντέλου UNIFAC. Το μοντέλο UNIFAC δε βρίσκει εφαρμογή σε περιπτώσεις όπου αξιοποιούνται Ιοντικά Υγρά και Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες λόγω έλλειψης πειραματικών δεδομένων, ενώ δε μπορεί να αξιοποιηθεί με επιτυχία για να περιγράψει συστήματα με στερεοϊσομερείς ενώσεις, καθώς δε δύναται να περιγράψει τις στερεοχημικές διαφορές τους. Στις παραπάνω εφαρμογές, τα μοντέλα τύπου COSMO δύνανται να αξιοποιηθούν, καθώς δεν απαιτείται η ύπαρξη περεταίρω παραμέτρων για την εφαρμογή τους. Από τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αποδεικνύεται πως το μοντέλο COSMO-SAC (TTPL) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη περίπτωση μοντέλου απευθείας πρόβλεψης καθώς παρέχει βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με το COSMO-SAC, ιδιαίτερα σε συστήματα όπου τα μόρια των ενώσεων έχουν μεγάλες διαφορές στο σχήμα και το μέγεθος και σε συστήματα ενώσεων που αναπτύσσουν δεσμούς υδρογόνου.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωστής	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false