Rēdliha-Kvonga stāvokļa vienādojuma bināro mijiedarbības koeficientu noteikšana H2-N2-NH3 sistēmai

Abstract

Šajā darbā tiek pētīts H2-NH3 un N2-NH3 bināro sistēmu fāžu sastāvs, izmantojot Rēdliha-Kvonga stāvokļa vienādojumu (EOS – Equation of State no angļu val.). Precīza šķidruma sistēmu modelēšana ir būtiska, lai prognozētu komponenšu fāžu uzvedību un termodinamiskās īpašības dažādos inženiertehniskos lietojumos. Šis pētījums koncentrējas uz bināro mijiedarbības koeficientu noteikšanu, kas ir ļoti svarīgi, lai precīzi prognozētu H2-N2- NH3 trīskāršās sistēmas uzvedību. Pētījumā tiek izmantotas iepriekš eksperimentāli noteiktas ūdeņraža, slāpekļa un amonjaka kritiskās temperatūras, spiedieni un acentriskie faktori. Tika izmantoti stāvokļa vienādojuma parametri kopā ar sajaukšanas likumiem, lai noteiktu bināros mijiedarbības koeficientus, kas raksturo visu sistēmu. Programmatūrā Mathcad tika izstrādāts aprēķinu modelis, lai veiktu šos aprēķinus dažādos apstākļos gan H2-NH3, gan N2-NH3 binārajām sistēmām, kā arī visu trīs komponenšu sistēmai. Pētījumā tiek pētītas līdzsvara attiecības (K vērtības), gaistamības koeficienti, fāzes koncentrācija un šo lielumu atkarība no temperatūras, spiediena un kopējā sistēmas sastāva. Ņemot vērā no ārējiem avotiem iegūtus eksperimentālos datus, tika aprēķināti un apstiprināti mijiedarbības parametri, sniedzot ieskatu molekulārajā mijiedarbībā bināro sistēmu ietvaros. Iegūtie mijiedarbības koeficienti uzlabo Rēdliha-Kvonga stāvokļa vienādojuma precizitāti binārajiem gāzu maisījumiem, kas ir būtiski lietojumiem ķīmijas inženierijā un ar to saistītās jomās.

This thesis investigates the phase composition of the H2-NH3 and N2-NH3 binary systems using the Redlich-Kwong equation of state (EOS). Accurate modeling of fluid systems is critical for predicting phase behavior and thermodynamic properties in various engineering applications. This study focuses on determining binary interaction coefficients, crucial for the accurate prediction of the H2-N2-NH3 ternary system's behavior. The research utilizes previously experimentaly determined critical temperatures, pressures, and acentric factors for hydrogen, nitrogen, and ammonia. EOS parameters were used along with mixing rules to determine binary interaction coefficients, which characterize the whole system. A calculation model was developed in Mathcad to perform these computations under various conditions for both H2-NH3 and N2-NH3 binary systems, as well as the ternary system of these components. The study examines the equilibrium ratios (K-values), fugacity coefficients, phase concentration and its dependence on temperature, pressure and the overall system’s composition. The interaction parameters were calculated and validated against known thermodynamic data, providing insights into the molecular interactions within the binary systems. The derived interaction coefficients enhance the predictive accuracy of the RedlichKwong EOS for multi-component gas mixtures, which is essential for applications in chemical engineering and related fields.