پایان نامه محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با بهره گرفتن از شبیه سازی دینامیک مولکولی

فهرست مطالب

عنوان صفحه

1-1- هیدرات گازی.. 2

1-2- هیدرات‌های گازی در گذر زمان.. 3

1-3- ساختار هیدرات‌های گازی.. 4

1-3-1- ساختار sI. 5

1-3-2- ساختار sII. 6

1-3-3- ساختار sH.. 6

1-3-4- نکاتی مربوط به ساختار‌های هیدرات.. 7

1-4- مشخصات مولکول مهمان.. 8

1-5- هیدراتهای گازی در طبیعت… 8

1-6- اهمیت هیدرات‌های گازی.. 10

1-6-1- مزایای هیدرات گازی.. 11

1-6-1-1- انتقال گاز طبیعی.. 11

1-6-1-2- منبع انرژی.. 12

1-6-1-3- جداسازی دیاکسیدکربن.. 12

1-6-1-4- هیدرات‌های گازی در صنعت غذایی.. 13

1-6-1-4-1- تغلیظ آب میوه ها 13

1-6-1-4-2- شیرینسازی آب دریا 13

1-6-1-4-3- جداسازی آنزیمها 14

1-6-2- مضرات هیدرات گازی.. 14

1-7- بازدارندهها 15

1-7-1- بازدارنده‌های ترمودینامیکی.. 15

1-7-2- بازدارنده‌های غیرترمودینامیکی.. 16

1-7-3- معیار‌های بازدارنده. 16

1-8- جذب.. 17

2-1- تاریخچهی شبیهسازی.. 20

2-2- شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 21

2-3- سامانه های مدل و پتانسیل های برهمکنش…. 21

2-4- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین مولکول های سازندهی سامانه. 23

2-5- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین سیستم و محیط.. 23

2-5-1- شرایط مرزی دورهای.. 24

2-5-2- قطع پتانسیل و قرارداد نزدیکترین تصویر. 25

2-6- الگوریتم انتگرالگیری زمانی.. 25

2-6-1- الگوریتم ورله. 26

2-6-2- الگوریتم جهشی ورله. 27

2-6-3- الگوریتم ورله سرعتی.. 28

2-7- اولین گام در شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 29

2-7-1- تعیین مکانهای اولیه ی ذرات.. 29

2-7-2- تعیین سرعتهای اولیه ی ذرات.. 30

2-8- دومین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 30

2-9- سومین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی اندازه گیری خواص ترمودینامیکی.. 31

2-10- چهارمین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی: تحلیل نتایج.. 32

2-11- انواع مجموعه ها در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 32

2-12- انواع خطاها در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 33

2-12-1- خطاهای آماری.. 33

2-12-2- خطاهای سیستماتیک… 33

2-13- محدودیتهای شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 34

2-13-1- اثرات کوانتومی.. 34

2-13-2- تعیین پتانسیلهای برهمکنش…. 34

3-1- انواع خواص ترمودینامیکی.. 36

3-1-1- توابع ترمودینامیکی ساده. 36

3-1-1-1- انرژی داخلی.. 36

3-1-1-2- فشار. 37

3-1-1-3- میانگین مجذور نیرو. 37

3-1-2- توابع ترمودینامیکی پاسخ.. 38

3-1-3- خواص وابسته به انتروپی.. 39

3-1-3-1- انتگرال گیری ترمودینامیکی.. 40

3-1-3-2- روش ذرهی آزمایشی.. 40

3-1-4- انرژی آزاد. 41

3-2- انواع روشها برای محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 43

3-2-1- اختلال ترمودینامیکی.. 43

3-2-1-1- محاسبهی اختلاف انرژی آزاد حلال پوشی بازهای نیتروژندار با روش اختلال ترمودینامیکی 44

3-2-1-2- محاسبهی اختلاف انرژی آزاد هشت لیگاند مربوط به پروتئین پیوندی FK506 با FKBP12 به روش اختلال ترمودینامیکی.. 46

3-2-2- روش تدریجی.. 50

3-2-3- خط سیر چند مرحله ای.. 50

3-2-4- انتگرالگیری ترمودینامیکی.. 53

3-3- کاربرد روشهای محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 53

3-3-1- چرخههای ترمودینامیکی.. 53

3-3-2- محاسبهی انرژی آزاد مطلق.. 55

محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با بهره گرفتن از شبیهسازی دینامیک مولکولی

4-1- روش انتگرالگیری ترمودینامیکی.. 58

4-2- سابقه تحقیق.. 59

4-3- مشخصات مولکول هیدروژن سولفید. 67

4-4- نرم افزارشبیه سازی و فایلهای ورودی در این تحقیق.. 68

4-4-1- فایلهای ورودی نرمافزار. 68

4-4-1-1- فایل ساختار اولیه ذرات (CONFIG) 69

4-4-1-2- فایل تعیین پارامترهای کنترل شبیهسازی (CONTROL) 71

4-4-1-3- تهیه فایل ورودی (FIELD) 72

4-4-2- فایلهای خروجی نرم افزار. 73

4-4-2-1- فایل ساختار نهایی ذرات (REVCON) 74

4-4-2-2- فایل خروجی اصلی شبیهسازی (OUTPUT) 74

4-4-2-3- فایل اطلاعات روند شبیهسازی به زبان ماشین (REVIVE) 74

4-5- محاسبه ی انرژی آزاد جانشینی های مختلف هیدروژن سولفید به جای متان در هیدراتهای گازی sI 75

4-6- محاسبهی خواص ساختاری و ترمودینامیکی.. 83

4-6-1- تابع توزیع شعاعی.. 84

4-6-2- بررسی وابستگی حجم سلول واحد به دما 92

4-6-3- بررسی ضریب انبساط گرمایی خطی.. 97

4-6-4- بررسی ضریب تراکمپذیری هم دما 105

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

شکل (1- 1) رشد مقاله‌های مربوط به هیدرات‌های گازی در قرن بیستم. 4

) 4

شکل (1- 3) سلول واحد (الف) ساختار sI ، (ب) ساختار sII، و (ج) ساختار sH.. 5

شکل (1- 4) شکل حفره ها در ساختار sI 6

شکل (1- 5) شکل حفره ها در ساختار sII 6

شکل (1- 6) شکل حفره ها درساختار sH.. 7

شکل (1- 7) توزیع کربن آلی در منابع زمین ) بجز در صخره ها( برحسب گیگا تن. 10

شکل (1- 8) منابع پیش بینی شده و کشف شده ی هیدراتهای گازی در کره ی زمین. 10

شکل 2- 1- شرایط مرزی دورهای. 24

شکل 3- 1 – فرمول ساختاری هشت لیگاندی که در محاسبات مورد استفاده قرار گرفت.. 48

شکل 3- 3- یک چرخهی ترمودینامیکی برای اجتماع L و R و تشکیل یک کمپلکس LR در دو فاز گازی و محلول 55

شکل (4- 1) نسبت برای مقدارهای مختلف برای جانشینی در هیدارت گازی 60

و (a) ثابت در Ǻ 5/5. 62

و (b) ثابت در kJ/mol 930/2. 63

شکل (4- 4) وابستگی و بر حسب . 63

(سمت چپ) مولکول آب 69

. 70

آب.. 71

100. 72

شکل (4- 10) نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی دو مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای دو مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 78

شکل 4- 11- نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی سه مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای سه مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 79

شکل 4- 12- نمودار Gبرحسب λ در واکنش جانشینی پنج مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای پنج مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 80

شکل 4- 13- نمودار برحسب ،در واکنش جانشینی شش مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای شش مولکول متان در قفس بزرگ هیدرات گازی sI در دمای 50، 70 و 100 کلوین. 81

شکل 4- 14- نمودار G برحسب λ در واکنش جانشینی یک مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای یک مولکول متان در قفس کوچک هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 82

شکل 4- 15- نمودار G برحسب λ در واکنش جانشینی دو مولکول مهمان هیدروژن سولفید به جای دو مولکول متان در قفس کوچک هیدرات گازی sI در دمای 50 کلوین. 83

برای یک مایع. 84

. 86

. 87

. 88

. 89

) در دمای 50 کلوین. 90

) در دمای 100 کلوین. 90

) در دمای 50 کلوین. 91

) در دمای 125 کلوین. 91

شکل 4- 30- نمودار حجم جعبه شبیه سازی برحسب دما برای سامانه هیدرات گازی sI هیدروژن سولفید 94

S] 94

] 95

S] 95

S] 96

شکل 4- 35- نمودار حجم جعبه شبیهسازی بر حسب دما برای سامانه هیدرات [3L-H2S,3L-CH4,2S-H2S] 96

آب در فشار 1 بار 98

شکل 4- 38- محاسبه وابستگی دمایی بردار شبکه برای هیدرات گازی sI ، با مدل TIP4P آب در فشار 1 بار 99

در فشار 1 بار 99

آب در فشار 1 بار 100

شکل 4- 41- پارامتر شبکه برای دماهای مختلف هیدرات گازی sI، که در هر قفس کوچک یک مولکول هیدروژن سولفید و در هر قفس بزرگ مولکول متان وجود دارد براساس معادله (4-21) 101

وجود دارد براساس معادله (4-20) 102

آب 103

آب.. 104

شکل 4- 45- نمودار فشاربرحسب حجم سلول واحد برای هیدرات گازی sI متان در دمای K 200 105

شکل 4- 46- نمودار فشار برحسب حجم سلول واحد برای هیدرات گازی sI هیدروژن سولفید در دمای K 100 106

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول (3- 1) تفاوتهای انرژی آزاد محاسبه شده. 45

جدول (3- 3) انرژی آزاد اتصال برای کمپلکس های گالکتین-1/دیساکارید مختلف… 53

در هیدارت گازی sI در دمای200 273 کلوین. 61

∆ بر حسب برای جانشینی همه مهمانها در همهی قفسهای هیدرات گازی sI 61

5 65

5 66

. 69

سولفیدهیدروژن. 73

جدول (4- 7)پارامترهای لناردجونز و بارهای اتمی جزئی برای مولکول متان. 73

102

آب.. 102

. 104

104

آب.. 107

200 107

100. 107

چکیده

هیدرات های گازی دسته ای از ترکیبات میزبان جامد هستند که نقش مهمی درفرایندهای متعددی همچون ذخیره، انتقال و جداسازی گاز، کاتالیزهای ناهمگن و تصفیه آب دارند. این بلورها در دمای بالاتر از نقطه انجماد آب و فشار بالا تشکیل می شود. برای محاسبه اختلاف انرژی آزاد روشهای مختلفی وجود دارد: 1) اختلال 2) تدریجی 3) انتگرالگیری ترمودینامیکی، در این تحقیق، از روش انتگرالگیری ترمودینامیکی برای محاسبه اختلاف انرژی آزاد فرایندهای مختلف جانشینی مهمان هیدروژن سولفید به جای مهمان متان در قفسهای بزرگ و کوچک هیدرات گازی sI به کار میرود. در محاسبه اختلاف انرژی آزاد با بهره گرفتن از روش انتگرالگیری ترمودینامیکی برای این فرایندها، سهم جداگانه واندروالس و الکتروستاتیک محاسبه شده است. همچنین خواص ساختاری که شامل تابع توزیع شعاعی، وابستگی دمایی حجم، ضریب انبساط گرمایی خطی و ضریب تراکمپذیری همدما، هیدرات گازی sI متان و هیدرات گازی مختلف دوتایی sI (متان + هیدروژن سولفید) بررسی شده است.

فصل اول

هیدرات گازی

1-1- هیدرات گازی

هیدرات گازی[1]، یک جامد بلوری است که در آن، مولکول‌های گاز توسط مولکول‌های آب احاطه شده اند. گاز‌های زیادی هستند که ساختار مناسبی برای تشکیل هیدرات دارند که میتوان به کربندیاکسید، هیدروژنسولفید و هیدروکربنها

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب