Critical Evaluation of the Pitfalls in the PVT Behavior Arising from Hard-Sphere Chain and Association Theories. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Yousef_A._Al-Sunni_-_MS_Thesis.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

نظريات سلسة الكرات المصمتة المتنافرة هي المكون الرئيس لكثير من المعادلات النظرية التي تصف حالة المادة، وعلى الرغم مما أضفت هذه النظرية من زيادة في الدقة عند استخدامها في الحسابات المتعلقة بحالات المادة إلا أنها أظهرت بعض المشاكل كالتنبؤ بوجود حالتين فزيائيتين مختلفتين لمركب واحد نقي عند نفس الضغط ودرجة الحرارة، وكذلك تعدد حلول المعادلة بالنسبة للحجم مما يتطلب اختبار جميع الحلول لمعرفة الحلول ذات الدلالة المنطقية، وقد ساد اعتقاد عند العلماء بأن هذه المشاكل ناتجة عن أحد حدود المعادلة النظرية والذي يطلق عليه حد التشتت بالرغم من وجود حدود أخرى في المعادلة قد لا تقل في تعقيدها الرياضي عن حد التشتت، فالمعادلة النظرية تحتوي على حد تنافر الكرات المصمتة وحد سلسة الكرات المصمتة وحد التشتت بالإضافة إلى حد الترابط الخاص ببعض المركبات الكيميائية المترابطة، لذلك قام هذا البحث بدراسة الحدود الأخرى في المعادلة لمعرفة مدى تأثيرها على نتائج المعادلة النظرية. في هذه الرسالة تم دراسة أربعة من نظريات سلسة الكرات المصمتة: النظرية المبسطة لسلسة الكرات المصمتة ونظرية الاضطراب الأولى ونظرية الاضطراب الثانية ونظرية فلوري العامة، وبما أن حد سلسة الكرات المصمتة يعتمد في اشتقاقه على حد تنافر الكرات المصمتة؛ فقد تم اختيار خمسة نماذج لحد تنافر الكرات المصمتة مختلفة في شكلها الرياضي وذلك لاستكشاف مدى التأثير على سلوك دالة الحجم الناتجة عن حل المعادلة النظرية. في هذا البحث تم رسم معامل الانضغاط -عوضاً عن الحجم- بدلالة درجة الحرارة عند ثبوت الضغط باستخدام ما يسمى بالرسوم البيانية التشعبية، وقد تم استخدام طريقة رياضية عددية تدعى بطريقة طول القوس للاستمرار العددي، وقد أثبت بالفعل أن لحدي تنافر الكرات المصمتة وسلسة الكرات المصمتة دور في تعدد الحلول الغير منطقية، كذلك تم دراسة تأثير تغيير حد التشتت مع حدود مختلفة من الكرات المصمتة المتنافرة وسلسة الكرات المصمتة وقد وجد أنه يمكن معالجة مشكلة تعدد الحلول الغير منطقية ومشكلة التنبؤ بوجود حالتين فزيائيتين مختلفتين لمركب واحد نقي عند نفس الضغط ودرجة الحرارة وذلك عند توافر شروط محددة في الشكل الرياضي للحدود المختلفة في المعادلة النظرية، أي أن هذه المشاكل ناتجة عن تأثير جميع الحدود مجتمعة وليست مستقلة بحد واحد فقط.

English Abstract

The hard-sphere chain theories have become a major component in most practical theorybased models. Although the hard-sphere chain theories have improved the accuracy in theory-based models, various problems have appeared such as high number of multiple volume roots and multiple phase separation regions. These problems are usually attributed to the added dispersion term. However, the influence of the mathematical formulations of the hard-spheres theories is always ignored. In this thesis, the role of mathematical forms of the hard sphere chain theory (HSC), the first order thermodynamic perturbation theory (TPT1), the thermodynamic perturbation dimer theory (TPT-D) and the generalized Flory dimer theory (GFD) is critically investigated for the existence of the non-physical behavior that might arise in pressurevolume- temperature (PVT) behavior. Because the hard-sphere chain theories are based on hard sphere models, several hard sphere models are considered in this study including Carnahan and Starling (CS) (1969), Kolafa (Boublík, 1986), Khoshbarchi and Vera (1997), Yelash and Kraska (2001) and Rambaldi et al. (2006) hard-sphere models. In order to accomplish the study of pressure-temperature-volume behavior, the arc-length continuation method was utilized to generate the bifurcation diagrams, which illustrate how the compressibility factor (Z) roots vary with temperature at a specified pressure. It was found that different mathematical forms of the hard sphere and the chain terms could influence the number of non-physical volume roots. The role of utilizing different dispersion terms with various hard sphere models was also studied and it was found that with specific combination of the hard sphere, chain, dispersion and association terms, one could obtain a PVT behavior that is free from the multiple non-physical volume roots and the artificial two-phase separation region.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Saifi, N. M.
Committee Members:	Al-Baghli, N. A. and Binous, H.
Depositing User:	YOUSEF ALSUNNI (g200864640)
Date Deposited:	25 May 2016 06:58
Last Modified:	01 Nov 2019 16:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139968