基于GEMC方法從分子層次分析汽液相平衡.pdf

1、近十年，Monte Carlo統(tǒng)計方法在物理化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為化工界的研究熱點之一，其中GEMC方法被普遍應(yīng)用于求解分子熱力學(xué)等相關(guān)問題，且已被證明在模擬計算流體相平衡方面效果明顯優(yōu)于其他模擬方法。共沸物作為一種表現(xiàn)出特殊相行為的混合物，其形成原因和特殊結(jié)構(gòu)至今未有合理詳細的報道，這極大地限制了該混合物在工業(yè)工程中的分離設(shè)計。本文研究中將采用GEMC方法結(jié)合相應(yīng)力場TaPPE-UA對共沸物相平衡進行計算并評價了方法的適用性，同時對共

2、沸物的特殊結(jié)構(gòu)及共沸現(xiàn)象的形成原因進行了詳細探究，提出了模型假設(shè)和重要推論。除了共沸體系外，本研究還使用GEMC方法對相對揮發(fā)度較小的二元醇體系的汽液相平衡的模擬計算進行方法評價，并對混合物平衡液相的微觀結(jié)構(gòu)和氫鍵締合進行了簡要探究，總結(jié)了相應(yīng)規(guī)律。
　　本文首先選定了乙醇/苯這一典型的共沸物作為目標(biāo)研究體系，使用GEMC方法和TraPPE-UA力場對該共沸物的相平衡進行了計算，經(jīng)與實驗數(shù)據(jù)和Wilson狀態(tài)方程計算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，

3、該方法能很好地描述乙醇/苯共沸物的相平衡行為。之后又提出了“共沸團簇”的假設(shè)模型，通過兩相徑向分布函數(shù)分析對假設(shè)進行了初步驗證，相關(guān)結(jié)果可以為理解共沸物的形成及其特點提供理論支撐。此外，由共沸物液相的團簇分布分析可知，乙醇/苯共沸物的形成與體系中形成的大量環(huán)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，由此提出了環(huán)狀結(jié)構(gòu)是本體系表現(xiàn)共沸行為的必要條件這一推論。
　　本文還對乙二醇/1,2-丁二醇、乙二醇/1,3-丙二醇和乙二醇/1,4-丁二醇這三個二元醇體系的相平

4、衡進行了GEMC方法模擬，結(jié)果表明使用OPLS-AA力場下的乙二醇/1,2-丁二醇體系和TraPPE-UA力場下的另兩體系計算的汽液相平衡數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果（或Wilson方程計算結(jié)果）相比良好。通過對以上三個體系平衡液相的徑向分布函數(shù)分析可知，混合物分子間的相互作用強弱順序是：乙二醇/1,2-丁二醇>乙二醇/1,3-丙二醇>乙二醇/1,4-丁二醇。另一方面，通過對乙二醇/1,3-丙二醇和乙二醇/1,4-丁二醇體系氫鍵締合分布的分析，得出乙