Luận án tính toán các hệ số virial bậc hai và xác định các giá trị nhiệt động của cân bằng lỏng-hơi cho các chất Ar, N2, Cl2, CO bằng phương pháp hóa lượng tử và kỹ thuật mô phỏng toàn cục Monte Carlo.
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THÀNH ĐƯỢC TÍNH TỐN CÂN BẰNG LỎNG-HƠI CỦA Ar, N2, Cl2, CO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HĨA LƯỢNG TỬ VÀ MƠ PHỎNG TỒN CỤC MONTE CARLO Chun ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 944.01.19 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ HUẾ, NĂM 2020 Cơng trình hồn thành Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN TẤT PGS.TS TRẦN DƯƠNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: ĐẶT VẤN ĐỀ Việc nghiên cứu tính tốn tính chất nhiệt động hệ cân lỏng-hơi dựa kỹ thuật tính tốn hóa học lượng tử đại kết hợp với mô GEMC để tính số liệu nhiệt động cho chất có ý nghĩa lớn thực tiễn Những số liệu không cần thiết nghiên cứu khoa học mà cịn có nhiều ứng dụng thực tế Do đó, mà việc nghiên cứu cân lỏng-hơi chất Ar, N2, Cl2 CO cịn có ý nghĩa lớn việc giải vấn đề nhiên liệu lỏng, hóa nơng nghiệp, kỹ thuật xử lý môi trường, công nghiệp luyện kim, hóa dầu, vật liệu tổng hợp, hóa dược, hóa thực phẩm dung môi Tuy nhiên, liệu lúc đo đường thực nghiệm cách đầy đủ, đặc biệt thí nghiệm tiến hành mơi trường nguy hiểm hay thí nghiệm phức tạp thực tế mà đường thực nghiệm gần thực đáp ứng yêu cầu cần thiết cho nghiên cứu thực tiễn.Vì lý mà Tơi chọn đề tài: “Tính tốn cân lỏng-hơi Ar, N2, Cl2, CO phương pháp hóa lượng tử mơ tồn cục Monte Carlo” Mục tiêu luận án: Tính tốn hệ số virial bậc hai xác định giá trị nhiệt động cân lỏng-hơi cho chất Ar, N2, Cl2, CO phương pháp hóa lượng tử kỹ thuật mơ tồn cục Monte Carlo Ý nghĩa khoa học luận án: Luận án đưa hướng nghiên cứu – tính tốn giá trị nhiệt động cân lỏng-hơi áp suất tới hạn, entanpy, entropy, áp suất hơi, tỷ trọng tỷ trọng lỏng cho chất N2 CO đường lý thuyết Ngoài ra, phương pháp cịn sử dụng để tính hệ số virial bậc hai cho chất Ar, N2, Cl2 CO từ tham số hiệu chỉnh tối ưu phương trình hàm xây dựng Ưu điểm lợi phương pháp thực luận án khắc phục khó khăn mà đường thực nghiệm khó đáp ứng điều kiện, đồng thời kết thu từ đường nghiên cứu lý thuyết đáp ứng đầy đủ nhu cầu thực tiễn đặt Đóng góp mới: phát triển hàm tương tác liên phân tử ab initio 5-vị trí tính hệ số virial bậc hai để đánh giá hàm sử dụng cho trình mô GEMC CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU Giới thiệu nội dung lý thuyết sử dụng nghiên cứu 1.1 Cơ sở lý thuyết lượng tử 1.2 Các hàm sở 1.3 Các hàm tương tác liên phân tử 1.4 Các phương trình trạng thái (EOS) 1.5 Hệ số virial bậc hai Các biểu thức tính hệ số virial bậc hai B2 (T ) / (cm3mol 1) a b exp Bcl o B2 (T ) NA 2 (1.31) u d sin d sin d exp k T r dr 0 NA c/K T u d 1 d B 1 exp u / k T 1 12(k T ) B H 0u B (1.35) drdr d d 1.6 Mô tồn cục Gibbs Monte Carlo (GEMC) Phương trình Antoine B ln P A T C 1.7 Phân tích thành phần 1.8 Mạng thần kinh nhân tạo 1.9 Các thuật tốn tối ưu 1.10 Các cơng thức đánh giá sai số 2 (1.36) (1.42) CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Sơ đồ tổng qt q trình nghiên cứu Các cơng việc thực luận án thể qua sơ đồ sau 2.2 Các kiện phần mềm 2.3 Tính tốn lượng ab initio 2.4 Xây dựng hàm tương tác phân tử Hàm tương tác ab initio xây dựng theo bước sau Một số hàm quan trọng xây dựng để tính tốn 5 ij12 ij6 q q u (rij ) 4 ij 12 f1 (rij ) i j rij 4 rij rij i 1 j 1 (2.3) 5 q q Cnij r u ( rij ) Deij e ij ij f1a (rij ) f (rij ) i j n 4 o rij i 1 j 1 n 6,8,10 rij (2.4) 5 q q Cnij a r u (rij ) Deij e ij ij f1b (rij ) f (rij ) i j n 4 o rij i 1 j 1 n 6,8,10,12 rij (2.5) 2.5 Xác định hệ số virial bậc hai Phương pháp tính hệ số virial bậc hai cho chất argon, nitơ, clo cacbon monoxit thể qua sơ đồ sau 2.6 Thực mơ cân lỏng-hơi Tiến trình thực mô GEMC-NVT thể sau 2.7 Tính tốn theo mơ hình COSMO 2.8 Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng bề mặt tương tác 3.1.1 Bề mặt Ar Năng lượng tương tác ab initio Ar-Ar tính CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3) Sau ngoại suy lượng tương tác ab initio cho hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z Kết thu thể hình 3.1 Hình 3.1 Bề mặt ab initio đime Ar-Ar 3.1.2 Bề mặt N2 Năng lượng tương tác ab initio N2-N2 tính CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) cho bốn hướng đặc biệt Hình 3.2 Bề mặt ab initio cấu hình đặc biệt đime N2-N2 3.1.3 Bề mặt Cl2 Năng lượng tương tác ab initio Cl2-Cl2 tính CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) cho bốn hướng đặc biệt 2000 pVDZ pVTZ pV23Z 1500 EH/ mH EH/ mH 2000 pVDZ pVTZ pV23Z 1500 1000 1000 500 500 -500 -1000 -1500 -2000 Hình 3.3 Bề mặt 102 Cl92-Cl H 6của 7đime 10 cấu hình4 L ab8initio -500 Orientation: L Orientation: H r/Å 1500 pVDZ pVTZ pV23Z 1000 500 EH/ mH EH/ mH r/Å 2000 2000 1500 pVDZ pVTZ pV23Z 1000 500 -500 -1000 -500 -1500 -1000 -2000 -2500 -1500 Orientation: T 10 r/Å Orientation: X r/Å 10 Hình 3.4 Bề mặt ab initio cấu hình T X đime Cl2-Cl2 3.1.4 Bề mặt CO Năng lượng tương tác ab initio CO-CO tính CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) cho bốn hướng đặc biệt Hình 3.5 Bề mặt ab initio cấu hình đặc biệt đime CO-CO Thảo luận: Từ kết tính toán lượng tương tác ab initio cho Ar, N2, Cl2 CO việc chọn hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z để tính tham số hàm (2.3), (2.4) (2.5) phù hợp hàm có đường bề mặt ab initio thấp 3.2 Xây dựng hàm tương tác 3.2.1 Hàm tương tác Ar Năng lượng tương tác ab initio đime Ar-Ar đưa vào hàm (2.3) để xác định hai tham số , hiệu chỉnh tối ưu, thể Bảng 3.1 Bảng 3.1 Các tham số hàm (2.3) cho đime Ar-Ar; với điện tích nguyên tử qAr = 0,000 Các tham số tối ưu đime Ar-Ar Năng lượng ab initio / Å /EH aug-cc-pVDZ 3,64305 192,62175 aug-cc-pVTZ 3,48208 309,77526 aug-cc-pV23Z 3,42641 365,70940 Tham khảo 3,42 372 [7] 3.2.2 Hàm tương tác N2 Năng lượng tương tác ab initio đime N2-N2 sử dụng khớp hàm (2.3) (2.4) để xác định tham số hiệu chỉnh tối ưu kỹ thuật bình phương tối thiểu phi tuyến, thể Bảng 3.2 3.3 Bảng 3.2 Các tham số hàm (2.3) cho tương tác N2-N2; điện tích nguyên tử qN = 0,0; qA/e = -0,0785; qM = -2qA EH lượng Hartree Các tương tác Å / Å-1 N-N 6,03880103 3,70241 2,85113 N-A -2,54814103 3,42178 2,41434 N-M 2,0509010 4,50124 2,17703 A-A -4,85629103 4,30154 3,04527 A-M 2,0083610 4,26305 2,83394 M-M -1,21128103 4,59863 3,12889 Bảng 3.3 Các tham số hàm (2.4) cho tương tác N2-N2; chọn ij = 2,0Å-1 giả định; qN = 0,0; qA/e = -0,0785; qM = -2qA; EH lượng Hartree Tương tác N-N N-A N-M A-A (C10/ EH) Å10 De/EH α/ Å-1 β/ Å-1 (C6/ EH) Å6 (C8/ EH) Å8 8,031×102 -2,443×104 2,544 3,971 -2,413 -6,748×102 -5,092×103 2,801×103 9,773×10 -3,738×103 3,890 2,601 6,479 -1,061 -1,035×104 2,357×104 5,657×104 -3,315×104 -1,968×105 9,897×104 5,701 7,743×103 6,132×103 7,739×103 O-N O-C A-A A-M A-N A-C M-M M-N M-C N-N N-C C-C -2,131×101 1,251×101 -3,407×100 -3,103×10-1 2,458×104 3,503×100 3,660×101 -1,214×103 1,635×103 -1,877×101 -2,468×101 7,176×100 2,533 1,670 1,709 1,381 5,415 2,591 1,901 3,850 3,391 1,917 1,772 2,067 0,403 1,675 2,697 0,953 0,210 0,485 2,906 1,335 1,618 0,308 3,222 2,088 8,781×102 -3,830×102 6,326×102 -2,332×102 -1,227×103 8,651×102 -2,142×103 3,851×102 4,852×102 3,153×103 -2,679×101 -1,447×103 -2,752×103 1,201×103 4,268×103 -1,087×104 7,776×103 -3,481×104 -2,804×102 3,090×103 6,422×103 -1,170×104 -1,369×104 4,118×104 6,111×103 -1,087×103 2,335×103 -1,118×104 -4,577×103 1,154×104 -1,606×104 2,806×104 -6,220×102 1,312×103 1,564×104 -4,352×103 Discuss: The ab initio interaction energy uses to fit of potential functions (2.3), (2.4) and (2.5) to determine the optimal calibration parameter set that give good results after fitting ab initio energy by the Genetic algorithm and the Levenberg-Marquardt algorithm Therefore, the potential functions (2.3), (2.4) and (2.5) built in this study are reliable with the private parameters set for specific substances 3.3 The second virial coefficients 3.3.1 Determine the second virial coefficient from the potential function and the state equation (EOS) 3.3.1.1 The second virial coefficient of Ar The second virial coefficient B2(T) of Ar-Ar is calculated from the parameter set obtained by the potential function (2.3) and is calculated using the EOS (1.31) All of these values are shown in Figure 3.6 Figure 3.6 The second virial coefficient of argon 11 3.3.1.2 The second virial coefficient of N2 The second virial coefficient B2(T) of N2-N2 is calculated by equation (1.35) and (1.36) from the parameter set of potential functions (2.3), (2.4) and the state equation, shown in Figure 3.7 Figure 3.7 The second virial coefficient of N2-N2 dimer 100 100 0 -100 B2(T)/cm3.mol-1 B2(T)/cm3.mol-1 3.3.1.3 The second virial coefficient of Cl2 The second virial coefficient B2(T) of Cl2-Cl2 is calculated from the parameter set of potential functions (2.4), (2.5) and D-EOS equation, shown in Figure 3.8 aug-cc-pVDZ aug-cc-pVDZ aug-cc-pVTZ … aug-cc-pVTZ aug-cc-pV23Z aug-cc-pV23Z Deiters EOS ○ D-EOS Exp TN -200 -300 -400 -500 -100 aug-cc-pVDZ aug-cc-pVDZ … aug-cc-pVTZ aug-cc-pVTZ aug-cc-pV23Z aug-cc-pV23Z ○ D-EOS Deiters EOS TN Exp -200 -300 -400 -500 -600 -600 -700 -700 -800 100 a) 200 300 400 500 600 700 800 -800 900 100 T/K 200 b) 300 400 500 600 700 800 900 T/K Figure 3.8 TheHệsecond of Cl is from Hình 3.13 số virialvirial hệcoefficient Cl2 từ phương trình (1.34)D-EOS so equation sánh compared with equation (2.4)-a, (2.5)-b and experimental data với hàm (2.4)-(a), (2.5)-(b) liệu thực nghiệm 3.3.1.4 The second virial coefficient of CO 12 The second virial coefficient B2(T) of CO-CO is calculated from the parameter set of potential functions (2.3), (2.4) and the state equation, shown in Figure 3.9 Figure 3.9 The second virial coefficient of CO-CO dimer Discuss: The parameter sets calculated from potential functions (2.3), (2.4) and (2.5) used to calculate the second virial coefficients for the substances all give good results with the experimental data In addition, when using state equations to evaluate the results of calculating the second virial coefficients from potential functions (2.3), (2.4) and (2.5), we find that the result of the second virial coefficient calculated are not much different from each other and with experimental data 3.3.2 Determination of second virial coefficients from artificial neural networks The second virial coefficients can also be calculated from artificial neural networks by I(5)-HL(6)-O(3) type for Ar, N2, Cl2 and CO The results obtained from artificial neural networks, state equations and experimental data are shown in Figure 3.10 13 Figure 3.10 The second virial coefficients for gases a) Argon; b) Nitrogen; c) Carbon monoxide; d) Chlorine Finally, we find that the results of calculating the second virial coefficient B2(T) of argon, nitrogen, chlorine and carbon monoxide by three methods are ab initio interaction potential, state equation and artificial neural network results are consistent with experimental data 3.4 Thermodynamic properties of the studied substances 3.4.1 GEMC simulation 3.4.1.1 Properties of fluid structures - Nitrogen liquid 14 b) a) Figure 3.11 Dependence of the distribution functions g(rN-N) and g(rM-M) on temperature during GEMC-NVT simulation on N2 - Carbon monoxide liquid b) a) d) c) Figure 3.12 Dependence of the distribution functions g(rC-C), g(rO-O), g(rCO) and g(rM-M) on temperature during GEMC-NVT simulation on CO 3.4.1.2 Diagram of liquid - vapor equilibria - Nitrogen liquid 15 Figure 3.13 Diagram of liquid-vapor equilibria of nitrogen The results of the calculation from GEMC-NVT simulation using the parameter set of potential functions (2.3), (2.4) and the state equation of thermodynamic values such as vapor pressure (Pv), vapor density (v), liquid density (L), enthalpy (Hv), entropy (Sv), critical temperature (Tc) and critical density (c) of N2 are shown in Tables 3.8, 3.9 and 3.12 Table 3.8 Thermodynamic values of nitrogen from GEMC-NVT using potential functions (2.4) and experimental data (Exp) T/K Pv/ bar Exp V/ Exp g.cm-3 L/ g.cm-3 Exp Hv/ J.mol-1 Exp Sv/ J/mol.K Exp 6059 5819,6 86,557 83,137 70 0,349 0,39 0,0028 0,002 0,8420 0,840 80 1,001 1,37 0,0062 0,006 0,7925 0,796 5662 5464,9 70,775 68,311 90 2,532 3,61 0,0140 0,015 0,7416 0,746 4943 5039,6 54,922 55,996 100 5,810 7,79 0,0309 0,032 0,6889 0,688 3861 4498,4 38,610 44,984 110 12,316 14,67 0,0658 0,062 0,6301 0,620 3195 3762,8 29,045 34,207 120 24,452 25,13 0,1348 0,124 0,5144 0,525 2590 2607,9 21,583 21,733 Table 3.9 Thermodynamic values of nitrogen using state equation and experimental data (Exp) T/K Pv/ bar Exp V/ Exp g.cm-3 L/ g.cm-3 16 Exp Hv/ J.mol-1 Exp Sv/ Exp J.mol-1K-1 70 0,385 0,39 0,0019 0,002 0,8385 0,840 80 1,369 1,37 0,0061 0,006 0,7939 90 3,605 3,61 0,0151 0,015 5828,7 5819,6 83,2671 83,137 0,796 5481,5 5464,9 68,5188 68,311 0,7450 0,746 5056,1 5039,6 56,1789 55,996 100 7,783 7,79 0,0320 0,032 0,6894 0,688 4509,4 4498,4 45,0940 44,984 110 14,658 14,67 0,0626 0,062 0,6215 0,620 3762,8 3762,8 34,2073 34,207 120 25,106 25,13 0,1251 0,124 0,5234 0,525 2578,4 2607,9 21,4867 21,733 - Carbon monoxide liquid Figure 3.14 Diagram of liquid - vapor equilibria of carbon monoxide The results of the calculation from GEMC-NVT simulation using the parameter set of potential functions (2.3), (2.4) and the state equation of thermodynamic values such as vapor pressure (Pv), vapor density (v), liquid density (L), enthalpy (Hv), entropy (Sv), critical temperature (Tc) and critical density (c) of CO are shown in Tables 3.10, 3.11 and 3.12 Table 3.10 Thermodynamic values of CO from GEMC-NVT using potential functions (2.4) and experimental data (Exp) T/K Pv/ bar Exp V/ Exp g.cm-3 L/ g.cm-3 Exp Hv/ J.mol-1 Exp Sv/ J.mol-1K-1 5836,918 6038 72,961 80 1,021 0,811 0,006 0,005 0,792 0,791 85 1,631 1,013 0,010 0,008 0,766 0,769 5601,989 5719 65,906 90 2,536 2,026 0,017 0,014 0,740 0,754 5378,592 5298 59,762 100 5,726 6,079 0,040 0,037 0,687 0,700 4812,418 4965 48,124 17 110 11,960 10,132 0,087 0,082 0,625 0,653 3859,594 4304 35,087 120 23,430 20,264 0,180 0,116 0,515 0,566 2280,411 3741 19,003 Table 3.11 Thermodynamic values of CO using state equation and experimental data (Exp) T/K Pv/ bar Exp V/ Exp g.cm-3 L/ g.cm-3 Exp Hv/ J.mol-1 Exp Sv/ J.mol-1K-1 6076,216 6038 75,953 80 0,837 0,811 0,004 0,005 0,800 0,791 85 1,461 1,013 0,006 0,008 0,778 0,769 5879,080 5719 69,166 90 2,385 2,026 0,010 0,014 0,755 0,754 5664,150 5298 62,935 100 5,444 6,079 0,021 0,037 0,705 0,700 5160,500 4965 51,605 110 10,666 10,132 0,042 0,082 0,647 0,653 4512,000 4304 41,018 120 18,765 20,264 0,079 0,116 0,575 0,566 3610,600 3741 30,088 Table 3.12 Critical properties of nitrogen and carbon monoxide resulting from the GEMC-NVT simulation results using potential equations Eq (2.3) and Eq (2.4); EOS-PR: Peng-Robinson equation of state; Exp.: experimental values Nitrogen Carbon monoxide Method Method c/ c/ Tc/ K ref Tc/ K Ref g.cm-3 g.cm-3 Eq (2.3) Eq (2.4) EOS-PR Exp 132,876 124,432 126,143 126,200 0,3284 this work 0,3125 0,3233 [92] 0,3140 [8] Eq (2.3) Eq (2.4) EOS-PR Exp 137,961 124,386 131,634 131,910 0,333 this work 0,321 0,324 [92] 0,3010 [8] Discuss: The calculation results from the above process is then put into the GEMC-NVT simulation After simulation, we obtained a diagram of the properties of the liquid structure and the liquid-vapor equilibrium diagram of N2 and CO In addition, thermodynamic values such as vapor pressure (Pv), vapor density (v), liquid density (L), enthalpy (Hv), entropy (Sv), critical temperature (Tc) and critical density (c) of N2 and CO calculated by GEMC-NVT simulation process and by state equation The results of calculating the thermodynamic values obtained by GEMC-NVT simulation and by the state equation are very good with experimental data 3.4.2 COSMO model 3.4.2.1 Calculation of liquid - vapor equilibria 18 - Carbon monoxide liquid The average charge density values surrounding the molecule are characterized by the value m received from the COSMO calculation results using Gaussian03TM The surface of the charge around the CO molecule is described in Figure 3.15 Figure 3.15 Correlation on the surface of the charge m with the ab initio energy Symbol: : ab initio energy; : charge density m (e/Å2) 30.0 The vapor pressure curve of the CO-CO is shown in Figure 3.16b Cl2 40 CO 20.0 12 30 10 15.0 Pv/bar A2iP(σ)(Å) P()Ai,(Å) 25.0 14 10.0 20 10 5.0 0.0 -0.01 -0.010 -0.01 -0.005 0.00 0.000 0.01 σ (e/Å ) 0.005 0.010 60 0.01 80 100 120 140 T/K Mật độ điện tích bề mặt, m (e/Å2) a) b) Figure 3.16 a) The surface of the charge and b) The CO-CO vapor pressure is determined from the COSMO calculation Symbols: □: experimental data; : state equation; ─: CCSD (T)/aug-cc-pVQZ calculated From Figure 3.16b we determine the critical temperature of the CO system is TC = 132,91 K, the critical vapor pressure PC = 34,990 bar, from equation (1.42) with the coefficients defined above, the pressure 19 the critical vapor rate of the system is determined PC = 33,8262; relative error ARE,% = 3,3261% 3.4.2.2 Phase diagram of liquid - vapor equilibrium - Diagram of liquid equilibria at liquid-vapor at isothermal conditions P-x-y The density of the shielding surface area surrounding the molecule is generated from the DFT VWN-BP/DNP energy calculation Sigma values of single-molecule are obtained from surface charge densities, as depicted in Figure 3.17 Figure 3.17 Sigma values for single CO and Cl2 molecules are determined from COSMO calculations The liquid-vapor equilibria diagram based on COSMO-SAC model of CO(1) -Cl2(2) at 300K to 450K temperature is shown in Figure 3.18 100 100 x1-300K x2-300K y1-300K y2-300K 80 x1-350K y1-350K Ptot (MPa) Ptot (MPa) 80 x1-400K 60 y1-400K x1-450K 40 x2-350K y2-350K x2-400K 60 y2-400K x2-450K 40 y1-450K 20 y2-450K 20 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 x1, y1 (mol) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x2, y2(mol) Hình 3.24 đồ cânP-x-y lỏng–hơi P-x-y equilibria hỗn hợpofCO (1) vàand Cl2Cl (2)2(2) Figure 3.18.Giản Diagram liquid-vapor CO(1) 20 COSMO-SAC model calculations have improved the efficiency of the difference in liquid and vapor content when temperature increases This method is capable of calculating for most systems with the highest accuracy The results seem to be consistent with the NRTL and Wilson methods, whose activity coefficients are calculated shown in the following table NRTL RMS Wilson MRDp, % 4,12 0,012 MDy RMS 0,011 0,010 MRDp, % 4,013 COSMO-SAC MDy RMS 0,015 0,002 MRDp, % 5,735 MDy 0,013 - Diagram liquid component, vapor component x – y To see the difference between the liquid component x and the vapor component y, the diagram x-y is built based on calculations from the activity coefficient The liquid phase components x1 and y1 of the first component CO and x2 and y2 of the second component Cl2 at temperatures 300K to 450K 1.0 1.0 0.8 0.8 x2-y2(300K) x2-y2(350K) y2(mol) y1 (mol) x2-y2(400K) 0.6 x1-y1 (300K) 0.4 x2-y2(450K) 0.6 0.4 x1-y1 (350K) x1-y1 (400K) 0.2 0.2 x1-y1 (450K) 0.0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x1 (mol) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x2 (mol) Hình 3.25 Giản đồ x–y xây dựng từ hệ số hoạt độ điều kiện đẳng nhiệt Figure 3.19 The diagram of x-y from activity coefficient isothermal - Diagram of liquid-vapor equilibria at constant pressure conditions T-x-y The COSMO-SAC method is also used to calculate the liquid equilibria for the second order CO(1)-Cl2(2) system under constant pressure conditions 21 240 220 220 200 200 T (K) T (K) 240 180 x1(0.02MPa) y1(0.02MPa) x1(0.04MPa) y1(0.04MPa) x1(0.06MPa) y1(0.06MPa) x1(0.08MPa) y1(0.08MPa) x1(0.09MPa) y1(0.09MPa) 160 140 120 100 0.0 0.2 180 x2(0.02MPa) y2(0.02MPa) x2(0.04MPa) y2(0.04MPa) x2(0.06MPa) y2(0.06MPa) x2(0.08MPa) y2(0.08MPa) x2(0.09MPa) y2(0.09MPa) 160 140 120 0.4 0.6 0.8 100 1.0 0.0 x1, y1 (mol) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x2, y2 (mol) Hình 3.26 Giản đồ cân lỏng T-x-y hệ bậc hai CO (1)-Cl2( 2) Figure 3.20 Diagram T-x-y liquid-vapor equilibrium of CO(1)Cl2(2) The difference between the pressure levels is also described in Figure 3.21, and the changes in the liquid and x components of CO and Cl2 are not significantly different, these components are close to each other 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 x2-y2(0.01MPa) x2-y2(0.03MPa) x2-y2(0.05MPa) y2 (mol) y1 (mol) x2-y2(0.07MPa) x1-y1(0.01MPa) 0.4 x2-y2(0.09MPa) 0.4 x1-y1(0.03MPa) x1-y1(0.05MPa) 0.2 0.2 x1-y1(0.07MPa) x1-y1(0.09MPa) 0.0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x1 (mol) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x2 (mol) Figure 3.21 Theđồdiagram from the constant Hình 3.27 Giản x – y xâyx-y dựng từ hệ số activity hoạt độ ởcoefficients điều kiệnatđẳng áp Discuss: The value of the calculation results is indicated in the RMS error, the relative deviation MRDp and MDy From this we conclude that the differences between the models are not significant The liquid-vapor equilibrium of the binary CO(1)-Cl2(2) created by COSMO-SAC model is well suited to experimental data and to Wilson and NRTL models CONCLUSIONS The thesis has achieved the following objectives About ab initio interactive energy - Building a dimer structure for research substances Ar, N2, Cl2 and CO 22 -Calculating ab initio interactive energy of four special configuration for Ar, N2, Cl2 and CO gases About the ab initio potential function - Developing a new 5-site Lennard-Jones potential function (2.3) to determine the , parameters for argon and the , , parameter sets for nitrogen and carbon monoxide - Developing and determining set of parameters for the 5-site Morse potential function (2.4) for N2, Cl2, CO and the 5-site Morse potential function (2.5) for the Cl2 system About calculating second virial coefficients - Developing new 5-site Morse interaction potential functions (2.4) and (2.5) to calculate second virial coefficients for N2, Cl2, CO - The results using equations (1.31), (1.32) and (1.34) to calculate the second virial coefficients for argon, nitrogen, chlorine and carbon monoxide are all in accordance with the new development potential equations and experimental values - The results using the neural network I(5)-HL(6)-O(3) model to calculate the second virial coefficient for argon, nitrogen, chlorine and carbon monoxide are consistent with the state equations and experimental values About liquid-vapor equilibrium - Building the structural properties and the liquid-vapor equilibria diagram for nitrogen and carbon monoxide - Results of using GEMC-NVT simulation and COSMO model to calculate thermodynamic values such as vapor pressure (Pv), critical pressure (Pc), critical temperature (Tc), vapor density (v), liquid density (L), enthalpy (Hv), entropy (Sv) and critical density (c) of nitrogen and carbon monoxide are all consistent with experimental values ORIENTATIONS 23 In the future, this research will use the 5-site Lennard-Jones and Morse potential functions to determine the parameter set for virial coefficient calculation and GEMC simulation These parameters are also used for GEMC-NVT or GEMC-NPT simulations to calculate thermodynamic values Then, using the equations of Deiters, Peng-Robinson, RedlichKwong, Redlich-Kwong-Soave and artificial neural networks to evaluate the calculation results for many substances to meet practical needs in research and chemical manufacturing industry LIST OF PUBLICATIONS Nguyen Thanh Đuoc, Nguyen Thi Ai Nhung, Tran Duong, Pham Van Tat, Practical intermolecular potentials and second virial coefficients for energy and environmental researches, Journal of Science and Technology, Vol 52-No.2B, p.233-241, ISSN 0866708X (2014) Nguyen Thanh Đuoc, Nguyen Thi Ai Nhung, Tran Duong, Pham Van Tat, Thermodynamic properties of vapor-liquid equilibria for gases CO and N2 in mixture of greenhouse gases, Journal of Science and Technology, Vol 52-No.4A, p.205-213, ISSN 0866708X (2014) 10 Nguyen Thanh Đuoc, Nguyen Thi Ai Nhung, Tran Duong, Pham Van Tat, Prediction of second virial coefficients of gases chlorine, nitrogen, carbon monoxide and argon using artificial neural network and virial equation of state, Journal of Chemistry, Vol 52– issue 5A, p.208-214, ISSN 08667144 (2014) 11 Nguyen Thanh Đuoc, Nguyen Thi Ai Nhung, Tran Duong, Pham Van Tat, Ab initio Intermolecular Potentials and Calculation of Second Virial Coefficients for The Cl2-Cl2 dimer, Smart Science, Vol.3,No.4,p.193-201, ISSN 2308-047, (2015) 12 Nguyen Thanh Đuoc, Nguyen Thi Ai Nhung, Tran Duong, Pham Nu Ngoc Han, Pham Van Tat, Vapor-liquid equilibria of binary system CO and Cl2 in mixture of greenhouse gases using quantum calculation., Journal of Chemistry, Vol 54 - No.2, p.145-152, DOI: 10.15625/0866-7144.2016-00250, (2016) 13 Nguyen Thanh Đuoc, Tran Duong, Pham Van Tat, Calculation of second virial coefficients of gases Cl2, N2, CO and Ar combing virial equation of state and multivariate model, Journal of Science and Technology - Hue College of Sciences, Vol 13, No.2, p.25-37, ISSN 2354-0842, (2018) 24 14 Nguyen Thanh Đuoc, Tran Duong, Pham Van Tat, Calculation of virial coefficients and vapor pressure of system CO-CO using ab initio quantum calculation, Journal of Science Hue University: Natural Sciences, Volume 128, No 1A, p.13-25, ISSN 1859-1388, DOI: 10.26459/hueuni-jns.v128i1A.5055, (2019) REFERENCES [1] A K Sum and S I Sandler (2002), “Ab initio pair potentials and phase equilibria predictions of halogenated compounds”, Fluid Phase Equilib., 199:5 – 13 [2] J H Dymond and E B Smith (1980), “The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures”, Clarendon Press, Oxford [3] K Leonhard and U K Deiters (2002), “Monte Carlo simulations of nitrogen using an ab initio potential, Mol Phys., 100:2571 – 2585 [4] Klamt (1998), “A COSMO and COSMO-RS”, In Encyclopedia of Computational Chemistry; Schleyer, P v R., Ed.; Chichester [5] P E S Wormer (2005), “Second virial coefficients of asymmetric top molecules”, J Phys Chem., 122:184301 – 184307 [6] R Stryjek; J H Vera (1986), “PRSV: An improved Peng– Robinson equation of state for pure compounds and mixtures”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 64 (2): 323–333 [7] D R Lide (2000), “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, Raton, 85th edition [8] U K Deiters, ThermoC project homepage: http://thermoc.unikoeln.de/thermoc/start.php 25 ... tiễn.Vì lý mà Tơi chọn đề tài: ? ?Tính tốn cân lỏng-hơi Ar, N2, Cl2, CO phương pháp hóa lượng tử mơ tồn cục Monte Carlo? ?? Mục tiêu luận án: Tính tốn hệ số virial bậc hai xác định giá trị nhiệt động cân. .. động cân lỏng-hơi cho chất Ar, N2, Cl2, CO phương pháp hóa lượng tử kỹ thuật mơ tồn cục Monte Carlo Ý nghĩa khoa học luận án: Luận án đưa hướng nghiên cứu – tính tốn giá trị nhiệt động cân lỏng-hơi. .. LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Luận án đạt mục tiêu đề Về lượng tương tác ab initio - Xây dựng cấu trúc đime cho chất Ar, N2, Cl2 CO - Tính tốn lượng bề mặt ab initio cấu hình đặc biệt cho chất Ar, N2,