) Vữa xi măng OWCL 117 1,52 250 36 Ống trung gian Ø 13 3/8”
3. Kết quả mô phỏng, thảo luậ n so sánh với các mô hình nhiệt động khác
3.1. Thông số cấu tử tinh khiết
Hiện nay, mặc dù phương trình nhiệt động PC-SAFT đã được tích hợp vào các phần mềm mô phỏng công nghệ chuyên dụng như PROSIM [17], Aspentech… tuy nhiên, người sử dụng cần cung cấp các số liệu về cấu tử tinh khiết, thông số tương tác hỗn hợp… để có thể thu được kết quả mô phỏng chính xác nhất. Các kết quả thu được trong bài báo này có thể đưa vào trực tiếp sử dụng trong phần mềm, phục vụ công tác mô phỏng các hệ phức tạp hơn.
Với phương trình PC-SAFT, các loại cồn có thể được mô phỏng với các sơ đồ liên kết hydro khác nhau tùy vào cách lựa chọn có bao nhiêu liên kết hydro có thể tạo ra trên nguyên tử oxy. Trong bài báo này, các loại cồn được xem như là hợp chất có liên kết hydro với 1 liên kết cho electron trên oxy và 1 liên kết nhận electron trên hydro của nhóm hydroxyl, tức methanol/ethanol/ iso- propanol được mô phỏng theo mô hình 2B [18]. Các thông số của cấu tử tinh khiết được xác định từ số liệu thực nghiệm là áp suất hơi và tỷ trọng pha lỏng tương ứng trong khoảng nhiệt độ: 0,4 - 1,0 nhiệt độ tới hạn. Số liệu thực nghiệm được lấy từ cơ sở dữ liệu DIPPR [19]. Toàn bộ các thông số cấu tử tinh khiết xem xét trong bài báo này được trình bày trong Bảng 1.
Cân bằng pha của hỗn hợp chứa methanol + hydrocarbon đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả bằng các mô hình nhiệt động khác nhau [21-25]. Tuy nhiên, cân bằng pha hệ methanol + hydrocarbon và ethanol + hydrocarbon vẫn đang là chủ đề được tiếp tục nghiên cứu. Khi mô phỏng cân bằng pha của hỗn hợp các cấu tử phức tạp bằng phương trình PC-SAFT rất nhiều nhóm tác giả như Suresh et al [26], Voutsas et al [27], Nguyen Huynh et al [13, 28-30] cho thấy, sự lựa chọn thông số của cấu tử tinh khiết là cực kỳ quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến kết quả mô phỏng của hỗn hợp. Vì lý do đó, cân bằng pha hệ methanol + hydrocarbon và ethanol + hydrocarbon được chúng tôi xem xét lần đầu tiên với các thông số mới của cấu tử tinh khiết.
(14)
(15)
Bảng 1.Thông số cấu tử tinh khiết và kết quả mô phỏng áp suất hơi, tỷ trọng pha lỏng so với số liệu thực nghiệm của các cấu tử tinh khiết được nghiên cứu mới trong bài báo này. Các loại cồn được xem như là hợp chất có liên kết hydro loại 2B [18];
Trong bài báo này, chúng tôi đã tối ưu lại các thông số cấu tử tinh khiết cho methanol, ethanol và iso-propanol. Phương pháp tối ưu các thông số của 3 hợp chất này được thực hiện dựa trên:
- Cải thiện kết quả mô phỏng cân bằng pha LLE của các hệ các loại cồn + hydrocarbon;
- Các kết quả thu được trong bài báo này sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng thu được bởi Gross và Sadowski [20]; Yarrison và Chapman [24]; Karakatsani et al [25] và các mô hình nhiệt động khác đang được ưa chuộng sử dụng trong công nghiệp dầu khí;
- Các thông số mới của các loại cồn được xác định dựa trên các căn cứ vật lý sau:
+ Thông số kích thước phân tử hay còn gọi là số segments của methanol/ethanol phải gần tiến đến giá trị 2 và 3 như theo lý thuyết về segments của phương trình SAFT; vì methanol được cấu thành từ 1 segment CH3, 1 segment OH, ethanol được cấu thành từ 1 segment CH3, 1 segment CH2 và 1 segment OH; tương tự, đối với iso- propanol, số segment này phải nằm trong khoảng giá trị từ 3,5 - 4;
+ Năng lượng liên kết hydro của các loại cồn có giá trị sát nhất có thể so với giá trị đo đạt thực nghiệm. Đối với các loại cồn, năng lượng liên kết hydro nằm trong khoảng 2032K đến 2117K [31]. Riêng đối với ethanol phải nằm trong giới hạn là, εAB= 2120K [32] và εAB= 2320K [33]; đối với methanol là 1817 K [31].
Từ kết quả thu được như liệt kê trong Bảng 1, các thông số của các loại cồn tinh khiết thu được trong bài báo này có ý nghĩa vật lý sát với số liệu thực nghiệm, riêng trường hợp của methanol, để có thể mô tả đồng thời các tính chất nhiệt động của cấu tử tinh khiết và hỗn hợp, chúng tôi nhận thấy giá trị năng lượng liên kết hydro không thể có giá trị gần với giá trị đo đạt thực nghiệm. Tuy nhiên, kết quả này cũng có thể giải thích thông qua
việc chưa tính đến triệt để các liên kết phân cực có trong phân tử methanol. Ví dụ methanol có moment quadrupo- lar là 4,13 B [34] và moment dipolar là 1,7 D [35]. Chúng tôi nhận thấy trong nghiên cứu mô phỏng, đến nay chưa có tác giả nào thu được giá trị năng lượng liên kết hydro của methanol sử dụng mô hình SAFT có giá trị gần sát với giá trị thực nghiệm như Karakatsani et al [25] thu được giá trị là 2720K hay Tsivintzelis et al [36] thu được 2714 K, Yarrison và Chapman [24] thu được 2899 K.