ניבוי המקדם הויראלי השני מתוך משוואת מצב בתערובות גזים בלתי פולריות

מקצוע
מילות מפתח , , , ,
שנת הגשה 2010
מספר מילים 4472
מספר מקורות 16

תקציר העבודה

ניבוי המקדם הויראלי השני מתוך משוואת מצב בתערובות גזים בלתי פולריות פרויקט גמר מספר הפרויקט:
אלול תש"ע                                                                        אוגוסט 2010 תקציר פיתוח משוואת מצב החצי אמפירית מהווה מקור ניבוי למגוון רחב של נתונים תרמודינמיים, אך עם כל הפיתוחים הקיימים עדיין הינה בגדר אתגר למצבים שונים בתחום התרמודינאמיקה. משוואת המצב זוהי משוואה הקושרת בין שלושה גדלים מאקרוסקופיים ומתארת כיצד שינוי בשניים משפיע על השלישי. מידע מדויק לגביי התנהגות משוואת ה- של תערובות גז נחוץ מאוד ממספר סיבות:
1)       חישוב הלחץ שנוצר ע"י תערובות בעלות הרכב ידוע בנפח קבוע בטמפרטורה נתונה.
2)       לאפשר העברה נכונה, כאשר קיימים זרמי נפח גבוהים של גז טבעי.
3)       השגת ייצוג תרמו דינמי עקבי של שווי משקל נוזל-גז הכולל בתוכו מרכיבים רבים, בעיקר בלחצים גבוהים מאוד.
בנוסף, מידע המתקבל מהמשוואה עשוי לספק מידע חשוב לגביי פעולות אנרגיית הפוטנציאל (), אשר מייצגת את האינטראקציות בין סוגים שונים של מולקולות. עד כה פיתוח משוואת המצב התמקד בעיקר עבור חומרים טהורים, כמו נפח מולרי של נוזלים ואדי גזים, אך ניתן גם ליישם את המשוואה עבור תערובות. ממאמרים ידוע שהמהימנות הכללית של משוואת המצב הפשוטה נובעת מדיוקה, דיוק אשר נובע מהערכת המקדמים הויראליים. אך, בו זמנית קיימות מספר מגבלות, והבולטת ביניהן היא ניבוי המקדמים הויראליים בטווח טמפרטורות נמוכות, כאשר כתוצאה מכך תכונות הפאזה הנוזלית נותרות בלתי מושלמות. המשמעות הפיסיקלית של מקדמים ויראליים היא אנרגיית האינטראקציה בין מספר מולקולות,  ומכאן באה חשיבותם אשר בעקבות אינטראקציה זו הם מייצגים את איבוד האידיאליות של הגז.
מקדם ויראלי שני נובע מאינטראקציה בין שתי מולקולות, מקדם ויראלי שלישי נובע מאינטראקציה של קבוצת שלוש מולקולות ורביעי מארבע מולקולות, וכך הלאה. תוכן העניינים
1.                 מבוא. 7
1 .1.                  משוואת מצב:. 7
1 .1.1.                     משוואת מצב עבור גז אידיאלי:. 7
1 .1.2.                     משוואת מצב עבור גז ריאלי (ואן-דר-ואלס):. 8
1 .1.2.1.                         פרמטרים קריטיים.. 11
1 .1.2.2.                         אינטראקציות מולקולריות. 12
1 .1.2.3.                         פקטור דחיסה – … 13
1 .2.                  מקדמים ויראליים :. 14
1 .2.1.                     מקדמים ויראליים של תערובות:. 14
1 .2.2.                     המקדם הויראלי השני – :. 17
1 .3.                  תערובות גזים בלתי פולריות :. 19
2 .                 שיטות ניסיוניות למדידת מקדמים ויראליים בתערובות. 21
3 .                 מטרות העבודה. 22
4 .                 מהלך עבודה. 22
4 .1.                  מערכת המשוואות לחישוב – 22
4 .2.                  פרמטרים קריטיים עבור החומרים הטהורים.. 23
4 .2.1.                     ערכי הפרמטרים הקריטיים עבור החומרים הטהורים.. 24
4 .2.2.                     שימוש בערכי החומרים הטהורים לחישוב ערכי  לתערובות שונות. 27
5.                 תוצאות. 28
5.1.                  ערכי  כתלות בטמפרטורה. 28
6 .                 נספחים.. 34
6 .1.                  קוד מטלב. 34
7.                 מקורות ספרותיים.. 39
7.1.                  קישורים ברשת. 41
רשימות א.    רשימת טבלאות טבלה
1 : יחידות הפרמטרים הקריטיים מתוכנת Epcon ושינוים.. 24
טבלה
2 : ערכי הפרמטרים עבור שני חומרים טהורים.. 27
ב.     רשימת איורים איור
1 : האיזותרמות של ואן-דר-ואלס. 9
איור
2 : האיזותרמה  עבור -.. 11
איור
3 : כוחות האינטראקציה המולקולארית. 12
איור
4 : שלושת מיקרי פקטור הדחיסה עבור ארבעה גזים שונים.. 13
איור 5: מקדם ויראלי שני עבור מערכת מתאן+פרופאן 16
איור
6 : מקדם ויראלי שלישי עבור מערכת מתאן+פרופאן 16
איור 7:  בטווחי טמפרטורות שונות. 18
איור
8 : מולקולות בלתי פולריות של פחמן דו חמצני 19
איור 9: שימוש בתוכנת Epcon לקבלת פרמטרים קריטיים עבור חומרים טהורים. 23
איור
1 0:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת חנקן-אתאן 28
איור
1 1:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת אתאן-אתן 28
איור
1 2:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת הליום-חנקן 29
איור
1 3:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת פחמן דו חמצני-פלואורומתאן 29
איור
1 4:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת פחמן חד חמצני-פנתאן 30 איור
1 5:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת פחמן חד חמצני-אתאן 30 איור
1 6:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת הליום-פחמן ארבע פלואורי 31
איור
1 7:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת הליום-פרופן 31
איור
1 8:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת פרופאן-n-הקסאן 32
איור
1 9:  כתלות בטמפרטורה עבור תערובת ארגון-מתאן תלת פלואורי 32
ג.      רשימת קיצורים הסימן הגדרה יחידות מקדם ויראלי שני של תערובות מקדם ויראלי שני נותר של תערובות טמפרטורה קריטית לחץ קריטי נפח קריטי מקדם אצנטרי חסר יחידות