پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

مدلسازی ویسکوزیته مخلوط‌های مایعات یونی و آلکانول آمین‌ها با استفاده از معادلات حالت پنگ-رابینسون (PR) و سوآو-ردلیچ-وانگ (SRK) همراه با تئوری اصطکاک (FT)

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

مرجان حنیفه‌ئی
ابوالفضل شجاعیان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران

چکیده
حلال‌ها ترکیباتی هستند که در صنایع صنایع شیمیایی، دارویی، نفت و گاز از جمله در فرآیندهای جداسازی کاربرد دارند. از جمله این حلال‌ها آلکانول آمین‌ها و مایعات یونی می‌باشد. مایعات یونی با نقطه ذوب زیر oC100 دسته جدیدی از ترکیبات شیمیایی هستند که خواص و ویژگی‌های منحصر به فردی دارا می‌باشند. طراحی و بهینه‌سازی سامانه‌های حذف گازهای اسیدی از گاز طبیعی و همچنین جداسازی گاز دی‌اکسید کربن از جریان مخلوط گازها از جمله گاز دودکش نیازمند داده‌های آزمایشگاهی مربوط به خواص فیزیکی حلال می‌باشد. با این حال اغلب انجام آزمایش‌ها کاری وقت گیر و پرهزینه است. بنابراین، از مدل‎‌های ترمودینامیکی برای پیش بیتی خواص سیستم‌های خالص و مخلوط استفاده می‌شود. در این مطالغه ویسکوزیته 3 آلکانول‌آمین (مونواتانول‌آمین، متیل‌دی‌اتانول‌آمین، دی‌اتانول‌آمین) و 12 مایع یونی برپایه ایمیدازولیوم (تترافلورابورات، هگزافلورافسفات و بیس‌تری‌فلورومتیل‌سولفونیل‌آمید) توسط تئوری اصطکاک (FT) که بر اساس مفاهیم اصطکاک مکانیک کلاسیک می‌باشد همراه با معادلات حالت پنگ-رابینسون (PR) و سوآو-ردلیچ-وانگ (SRK) در محدوده وسیع دمایی و فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با استفاده از داده های به دست آمده در قسمت قبل، ویسکوزیته مخلوط ‌های مختلف مایع یونی-مایع یونی و مایع یونی-آلکانول آمین‌ها در شرایط غلظتی و دمایی مختلف مدلسازی شد. نتایج حاصل از این مدلسازی نشان داده است که تئوری اصطکاک در پیش بینی ویسکوزیته مواد خالص عملکرد خوبی داشته است و مقدار انحراف نسبی میانگین مطلق (AARD%) با استفاده از معادله حالت پنگ-رابینسون برای مایعات یونی خالص و آلکانول آمین‌ها به ترتیب 71/4% و 66/1 % می‌باشد. در معادله حالت سوآور-ردلیچ-وانگ این مقادیر 70/4% و 99/1% است. در مخلوط‌ها مایع یونی-مایع یونی مقادیر ویسکوزیته پیش بینی شده با مقادیر تجربی تطابق خوبی داشته و در مورد مخلوط‌های مایع یونی-آلکانول آمین تئوری اصطکاک 5 و6 پارامتری کمترین میزان خطا را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

مایعات یونی
آلکانول آمین‌ها
مدلسازی
ویسکوزیته
تئوری اصطکاک

موضوعات

عنوان مقاله English

Modeling Viscosity of Ionic Liquids and Akanolamines Mixtures Using Peng-Robinson and Soave-Redlich-Kwong Equation of States with Friction Theory

نویسندگان English

Marjan Hanifehei
Abolfazl shojaeian
Chemical engineering department, Hamedan university of technology, Hamedan, Iran
چکیده English

Research subject: Solvents are compounds that are used in the chemical, pharmacy, oil and gas industries, including in separation processes. These solvents include alkanolamines and ionic liquids (ILs). ionic liquids with a melting point below 100oC are a particular class of chemical compounds that have unique properties and characteristics. Design and optimization of acid gases removal systems and separated CO2 from the gas stream requires experimental data of physical properties, However, performing an experiment is time consuming and costly. Therefore, thermodynamic models are used to predict the properties of pure and mixture materials.

Research approach: In this study viscosities of 3 alkanolamines (Monoethanolamide (MEA), N-Methyldiethanolamine (MDEA), Diethanolamine (DEA)) and 12 ionic liquids based on imidazolium (imidazolium based families of tetrafluoroborate, hexafluorophosphate and bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide) were investigated by the well-known friction theory (FT) based on friction concepts of classical mechanics was coupled with two simple cubic equation of state (EoS) of the Soave-Redlich-Kwong (SRK) and Peng-Robinson(PR) at over wide ranges of temperatures and pressure and in different mole fraction (for mixture) for prediction of viscosity. The models presented in this work are based on the viscosity behavior of pure alkanolamines and ionic liquids.

Main results: The result shows friction theory has good operation in prediction of viscosity. The average absolute Relative deviation (AARD) is 4.71% and 1.66% for pure ILs and alkanolamine respectively when PR equation state is used and when SRK equation of state is used these values is 4.70% and 1.99% about IL-IL mixture, experimental and predicted values were well matched and for IL-alkanolamine mixture FT5- and FT6- have best result.

کلیدواژه‌ها English

Ionic liquid
Alkanolamine
Modeling
Viscosity
Friction theory
1- Bottoms, R.P. A Study on Thereaction between CO2 and Alkanolamines in aqueous Solutions, U.S. Patent 1783901, 1930.
2- Walden, P. Molecular Weights and Electrical Conductivity of Several Fused Salts. Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg), 1800, 1914.
3- Kotian-Nejad, H.,Comparison of Two Absorption Methods of SO2 with water and [Bmim][BF4] Ionic Liquid, the 6th National conference & Exhibition on Environmental Engineering, Tehran university, 17-21 October, 2012.
4- Zhao, Y., Zhang, X., Zeng, S., Zhou, Q., Dong, H., Tian, X., & Zhang, S. Density, Viscosity, and Performances of Carbon dioxide Capture in 16 Absorbents of amine+ ionic liquid+ H2O, ionic liquid+ H2O, and amine+ H2O Systems. Journal of Chemical & Engineering Data, 55(9), 3513-3519, 2010.
5- Ahmady, A., Hashim, M. A., & Aroua, M. K. Experimental investigation on the Solubility and initial rate of Absorption of CO2 in aqueous Mixtures of Methyldiethanolamine with the ionic liquid 1-Butyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate. Journal of Chemical & Engineering Data, 55(12), 5733-5738, 2010.
6- Quiñones-Cisneros, S. E., Zéberg-Mikkelsen, C. K., & Stenby, E. H. The Friction theory (f-theory) for Viscosity modeling. Fluid Phase Equilibria, 169(2), 249-276, 2000.
7- Abolala, M., Peyvandi, K., & Varaminian, F. (2015). Modeling the Viscosity of Pure imidazolium-based ionic liquids using SAFT-VR-Mie EoS. Fluid Phase Equilibria, 394, 61-70, 2015.
8- Macías-Salinas, R. Viscosity Modeling of Ionic Liquids Using the Friction Theory and a Simple Cubic Equation of State. Industrial & Engineering Chemistry Research, 57(3), 1109-1120, 2018.
9- Quiñones-Cisneros, S. E., Zéberg-Mikkelsen, C. K., & Stenby, E. H. One Parameter Friction theory models for Viscosity. Fluid Phase Equilibria, 178(1-2), 1-16, 2001.
10- Quiñones-Cisneros, S. E., & Deiters, U. K. Generalization of the Friction theory for Viscosity modeling. The Journal of Physical Chemistry B, 110(25), 12820-12834, 2006.
11- Macías-Salinas, R. Viscosity Modeling of Ionic Liquids Using the Friction theory and a Simple Cubic Equation of State. Industrial & Engineering Chemistry Research, 57(3), 1109-1120, 2018.
12- Hill, T. L. Statiscal-Thermodynamics. Addison-Wesley, 1960.
13- Quiñones‐Cisneros, S. E., Zéberg‐Mikkelsen, C. K., Fernández, J., & García, J. General Friction theory Viscosity model for the PC‐SAFT Equation of state. AIChE journal, 52(4), 1600-1610, 2006.
14- Sanmamed, Y. A., González-Salgado, D., Troncoso, J., Romani, L., Baylaucq, A., & Boned, C. Experimental methodology for Precise determination of Density of RTILs as a Function of Temperature and Pressure using vibrating tube densimeters. The Journal of Chemical Thermodynamics, 42(4), 553-563, 2010.
15- Tomida, D., Kumagai, A., Qiao, K., & Yokoyama, C. Viscosity of [bmim][PF 6] and [bmim][BF 4] at high Pressure. International journal of Thermophysics, 27(1), 39-47, 2006.
16- Harris, K. R., Kanakubo, M., & Woolf, L. A. Temperature and Pressure dependence of the Viscosity of the ionic liquid 1-Butyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate: Viscosity and Density relationships in ionic liquids. Journal of Chemical & Engineering Data, 52(6), 2425-2430, 2007.
17- Ahosseini, A., & Scurto, A. M. Viscosity of imidazolium-based ionic liquids at elevated Pressures: cation and anion effects. International Journal of Thermophysics, 29(4), 1222-1243, 2008.
18- Harris, K. R., Woolf, L. A., & Kanakubo, M. Temperature and Pressure dependence of the Viscosity of the ionic liquid 1-Butyl-3-Methylimidazolium hexafluorophosphate. Journal of Chemical & Engineering Data, 50(5), 1777-1782, 2005.
19- Harris, K. R., Kanakubo, M., & Woolf, L. A. Temperature and Pressure dependence of the Viscosity of the ionic liquids 1-Hexyl-3-Methylimidazolium hexafluorophosphate and 1-Butyl-3-Methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide. Journal of Chemical & Engineering Data, 52(3), 1080-1085, 2007.
20- Harris, K. R., Kanakubo, M., & Woolf, L. A. Temperature and Pressure dependence of the Viscosity of the ionic liquids 1-Methyl-3-Octylimidazolium Hexafluorophosphate and 1-Methyl-3-Octylimidazolium tetrafluoroborate. Journal of Chemical & Engineering Data, 51(3), 1161-1167, 2006.
21- Tomida, D., Kumagai, A., Kenmochi, S., Qiao, K., & Yokoyama, C. Viscosity of 1-Hexyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate and 1-Octyl-3-Methylimidazolium hexafluorophosphate at high Pressure. Journal of Chemical & Engineering Data, 52(2), 577-579,2007.
22- Song, D., & Chen, J. Density and Viscosity data for Mixtures of ionic liquids with a Common anion. Journal of Chemical & Engineering Data, 59(2), 257-262, 2014.
23- Navia, P., Troncoso, J., & Romaní, L. Viscosities for ionic liquid binary Mixtures with a Common ion. Journal of Solution Chemistry, 37(5), 677-688, 2008.
24- Akbar, M. M., & Murugesan, T. Thermophysical Properties for the binary Mixtures of 1-Hexyl-3-Methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [hmim][Tf2N]+ N-Methyldiethanolamine (MDEA) at Temperatures (303.15 to 323.15) K. Journal of Molecular Liquids, 169, 95-101, 2012.
25- Akbar, M. M., & Murugesan, T. Thermophysical Properties of 1-Hexyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate [hmim][BF4]+ N-Methyldiethanolamine (MDEA) at Temperatures (303.15 to 323.15) K. Journal of Molecular Liquids, 177, 54-59, 2013.
26- Haghtalab, A., & Shojaeian, A. Volumetric and Viscometric behaviour of the binary systems of N-Methyldiethanolamine and Diethanolamine with 1-Butyl-3-Methylimidazolium Acetate at Various Temperatures. The Journal of Chemical Thermodynamics, 68, 128-137, 2014.
27- Yin, Y., Zhu, C., & Ma, Y. Volumetric and Viscometric Properties of binary and ternary Mixtures of 1-Butyl-3-Methylimidazolium Tetrafluoroborate, Monoethanolamine and Water. The Journal of Chemical Thermodynamics, 102, 413-428, 2016.
28- Shojaeian A, Hanifehei M, Fatoorehchi H. Density, Viscosity, and Refractive Index Measurements for Binary Mixtures of N-Methyldiethanolamine (MDEA), Diethanolamine (DEA), and 2-Amino-2-Methyl-1-Propanol (AMP) with 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Acetate ([Emim][Ac]). Journal of Chemical & Engineering Data, 66, 9, 3520–3530, 2021.
29- NIST/TDE, NIST (National Institute of Standards and Technology), Thermo Data Engine (Aspen Plus V8.0), Applied Chemicals and Materials Division, 2013.
30- Haghbakhsh, R., Parvaneh, K., & Shariati, A. Viscosities of Pure Ionic Liquids Using Combinations of Free Volume Theory or Friction Theory with the Cubic, the Cubic Plus Association, and the Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory Equations of State at High Pressures. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56(8), 2247-2258,2017.
31- Shen, G., Held, C., Mikkola, J. P., Lu, X., & Ji, X. Modeling the viscosity of ionic liquids with the electrolyte perturbed-chain statistical association fluid theory. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(52), 20258-20268, 2014.
پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
دوره 5، شماره 4 - شماره پیاپی 18
اردیبهشت 1400
صفحه 39-54

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما