بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تعادل مايع -مايع سيستم آب +٢-بوتانول +تولوئن موجود در بنزين
چکيده :
با حذف سرب از بنزين الکلهاي خالص مخصوصا ٢- بوتانول مورد توجه صنايع نفت و سازمان محيط زيست کشورهاي مختلف قرار گرفت . با امتزاج الکل ها با بنزين بعنوان مواد سوخت براي اتومبيل ها سبب کاهش آلودگي محيط زيست و مورد توجه طرفداران محيط زيست شده است .
يکي از مسائل مهم امتزاج الکل ها با بنزين ، حضور آب و تشکيل دو فاز است .
کارحا ضر مشاهده ات تجربي دياگرام تعادل فازي مايع -مايع آب + ترکيبات اکسيژندار( ٢-بوتانول ) +ئيدروکربور آروماتيک ( تولوئن ) مي باشد.
ترکيب هاي تعادل مايع –مايع در مخلوط هاي سه جزي آب + ٢-بوتانول +تولوئن درماي ٢٩٨.٢ کلوين بررسي شده است .
داده هاي تجربي بوسيله روابط ارائه شده در معادله UNIQUAC مدل سازي شده است و ضرايب مدل فوق محاسبه شده ١ست و مورد استفاده قرار گرفته است . مقدار RMSD در سيستم آب +٢-ذوتانول + تولوئن ٣.٥ در صد بدست آمده است بنا برين مقادير تئوري بدست آمده نشان مي دهد مدل UNIQUAC تطبيق بهتري با داده هاي تجربي دارد.
کلمات کليدي : تعادل مايع -مايع ، UNIQUAC ، استخراج .
مقدمه
يکي از مهمترين نياز هاي در طراحي فرايند هاي صنعتي و فرايند هاي جدا سازي مايع -مايع و فرايند تقطير و فرايند هاي ديگر از خواص تعادل سيستم ها مي باشد ، براي بدست آوردن اين خواص روشهاي مختلف بکار گرفته مي شود ، يکي از مطمين ترين راه ها بدست آوردن اطلاعات به روش تجربي مي باشد.
داده هاي تعادل مايع -مايع براي انتخاب يک حلال مناسب براي جدا سازي ٢-بوتانول يا الکل هاي ديگر و اسيدها بسيار موثر است [٩-١] در اين مقا له تولوئن به عنوان حلال که در صد آن در بنزين بالا است و قدرت انتخابگري خوبي براي جدا سازي ٢-بوتانول مورد استفاده قرار مي گيرد.
٢-بوتانول کاربرد هاي صنعتي بسيار مهمي دارد و جز الکل ها که با بنزين مخلوط مي شود. افراد زيادي نيز در مورد تعادلات مايع – مايع براي سيستم هاي سه تايي شامل اکل ها با حلال هاي مختلف بررسي نموده اند
[١١-١٠] درين کار تجربي مايع – مايع براي سيستم سه جزيي آب +٢-بوتانول +تولوئن در دماي ٢٥ سانتي گراد انجام شده است . داده هاي تجربي سيستم هاي سه تايي بوسيله مدل UNIQUAC که توسطه [١٣] Prausnitz ارائه شده و مدل سازي شده و ظريب فعاليت را اندازه گيري کرده و با داده هاي فوق مي توان پارامتر هاي مدل را از طريق داده هاي تجربي بدست آورد. سپس توسط همين پارامتر ها خواص ترمو ديناميک و تعادل سيستم تعين کرد.
بخش تجربي
مواد تولوئن ، و ٢-بوتانول ساخت شرکت مرک با خلوص ٩٩ در صد مي باشند خلوص هر ترکيب بوسيله دستگاه گاز گروماتوگرافي بررسي شده و نتيچه اين بررسي خلوص ٩٩ در صد را تاييد مي کند تمام ترکيبات توسط يک عامل خشک کننده در يک دسيکاتور نگهداري مي شوند.
در يک ظرف تعادلي دو جداره که جنس شيشه پيرکس است مواد شامل آب و ٢-بوتانول با جرم مشخص وارد مي کنيم و بعد با جرم معين حلال را به سل تعادلي شامل آب و ٢-بوتانول وارد مي کنيم .
مقدار هر مواد بوسيله ترازوي ديجيتال Sartorious با دقت ٤-١٠ گرم تعين مي شود بعد از بستن درب ظرف مخلوط را در دماي ثابت و معين تا رسيدن به تعادل به هم ميزنيم عمل هم زدن توسط دستگاه همزن مغناطيسي در دماي ثابت براي مدت چهار ساعت صورت مي گيرد. ثابت نگداشتن دما فرايند توسط دستگاه ترموستات با دقت ٠.٠٠١ در جه ساتتي گراد و از طريق چرخش آب در اطراف مخلوط تعادلي صورت مي گيرد . البته براي کنترل بيشتر دماي داخل مخلوط کن از ترمو متر ديچيتالي با دقت ٠.٠٠١ درجه سانتي گراد استفاده شده است بعد از چهار ساعت که مخلوط بهم زده شده سل تعادلي را براي مدت ٤ ساعت در مکاني ثابت ودر دماي مورد نظر مي گذاريم تا فاز با فرصت کافي براي جدا سازي از يک ديگر داشته باشند و انتقال جرم بين فاز ها انجام شود. با استفاده از سرنگ μl٠٤ (Micro liter syringes Hamilton) مدل ٨٠٥٠٠-N٧٠٥ مقدار مشخص از نمونه ها را به دستگاه گاز کروماتوگرافي Konik مجهز به دتکتور TCD (Thermal Conductivity Detector) و آناليز گر (Shimadzu C-RAX٢) و داراي ستون 2mX2mm که مواد را جدا سازي مي کنيم البته قبل از تزريق نمونه به دستگاه برنامه دمايي مناسب را به دستگاه گاز کروماتوگرافي مي دهيم و دماي دتکتور و دماي تزريق K٢٨٥ مي باشد .برنامه دمايي که دستگاه بر روي آن تنظيم شده دماي ٢٤٥.٥ کلوين براي مدت ١ دقيقه و دماي ٢٨٥.٤ کلوين براي مدت ٣ دقيقه مي باشد گاز حامل نيتروژن است که سرعت آن ٤٨ميلي متر بر دقيقه جريان دارد.
نتايج
داده هاي تجربي براي سيستم هاي آب +٢-بوتانول + تولوئن درماي ٢٩٨.٢ کلوين در جدول هاي ١ آورده شده است .
مدل UNIQUAC
در مورد مدل (Universal quasi chemical)uniquac که براي مدلسازي داده هاي تجربي مورد استفاده قرار مي کيرد.اين مدل بوسيله [١٤] Abrams and Prausnitz پيشنهاد شده است . تعادل هاي بخار –مايع و مايع -مايع مربوطه به مخلوط هاي دو تايي و چند تايي از مواد متنوع را بخوبي بيان مي کند. اين روش بخاطر دارا بودن دو پارامتر مدل ( aij و aij بر حسب کلوين ) قابل تنظيم بسيار جا لب توجه مي باشد ضمنا پارامتر هاي ساختار q وr که بستگي به ساختار مولکولي و اندازه سطح مقطع آن دارد. معيار براي تعادل بين دو فاز مايع به صورت زير مي باشد.
که در آن زير نويس ١و٢ به دو فاز ارجاع داده مي شوند ضريب فعا ليت فازهاي آبي و آلي است کسر مولي فازهاي آبي و آلي هستند. انرژي مولي اضافي گيبس برابر با:
صريب فعاليت باقيمانده و ضريب فعاليت قسمت امتزاجي هستند و کميت Z عدد کورديناسيون بوده و مقدار آن ١٠ مي باشد .
عبارت هاي به ترتيب کسر مقطع و کسر مساحت مي باشند و دو پارامتر قابل تنظيم به طريق زير ارائه مي شوند. و انرژي هاي مشخصه هستند و بستگي ضعيفي به دما دارند .
li پارامتري که مربوط به جزء خالص است . و درجدول ٣ پارامتر هاي ساختاري آورده شده است .
جدول ٣ پارامتر هاي aij و aij بر حسب کلوين در مدل UNIQUAC براي سيستم آب + ٢-بوتانول + تولوئن
