جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "molecular simulation" در نشریات گروه "مهندسی شیمی، نفت و پلیمر"
تکرار جستجوی کلیدواژه «molecular simulation» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
در این مقاله شبیه سازی مولکولی مونت کارلو برای مطالعه حذف H2S و CO2 از جریان گاز طبیعی با زئولیت چابازیت بررسی شده است. ابتدا، منحنی ایزوترم جذب CH4، CO2 و H2S به صورت خالص برروی زئولیت Si-CHA در محدوده فشار 200-0 کیلوپاسکال در دماهای 298، 323 و 348 کلوین شبیه سازی و با نتایج تجربی مقایسه شد، به طوری که میانگین خطای حساب شده از شبیه سازی، نسبت به داده های تجربی برای گازهای مذکور در دمای 298 کلوین به ترتیب 3/18، 6/6و 8/9 درصد به دست آمد. آنالیز گرمای جذب نیز حاکی از جذب فیزیکی هر سه گاز بود. در ادامه، ایزوترم های ترکیبات دوجزئی و سه جزئی گازهای فوق در محدوده ترکیب 90-70% گاز CH4 بررسی شد. نتایج نشان داد که تمایل زئولیت چابازیت به جذب CO2 و H2S به دلیل عامل قطبیت بالای آن بیشتر از گاز متان است؛ به طوری که انتخاب پذیری چابازیت هم در مخلوط های دوجزئی و هم سه جزئی برای CO2 و H2S نسبت به متان به ترتیب حدود 2 و 4 به دست آمده است.کلید واژگان: جذب سطحی, زئولیت چابازیت, هیدروژن سولفید, شبیه سازی مولکولی, روش مونت کارلوIn this work, the Monte-Carlo molecular simulation was applied to study the adsorption of H2S and CO2 from natural gas onto silica chabazite zeolite. The isothermal adsorption curves of pure CH4, CO2, and H2S on zeolite were simulated in a pressure range of 0-200 kPa at the temperature of 298, 323 and 348 K. The heat of adsorption analysis indicated that the physical adsorption has occurred. The simulation results showed a good agreement with experimental data and the average relative error of simulated results in 298 K for those gases were reported as 18.31%, 6.6%, and 9.8%, respectively. The isotherm of dual and triple combinations of these gases has been studied in the composition range of 70-90% of CH4. Results indicate that the tendency of chabazite for adsorption of H2S is much more than two other gases, because of its high polarity. In addition, results report that the selectivity of CO2 and H2S on chabazite in dual and triple gas mixtures are almost 2 and 4, respectively.Keywords: Adsorption, Chabazite Zeolite, Hydrogen Sulfide, Molecular Simulation, Monte Carlo Method
-
فرضیه:
پلی اتر قطعه-آمید (PEBA) یکی از مناسب ترین مواد پلیمری برای ساخت غشاهای جداساز CO2 است. از آنجا که سازوکار جداسازی در غشاهای ساخته شده از این ماده پلیمری معمولا براساس سازوکار حل پذیری-نفوذ بوده، عملکرد جداسازی در این غشاها با محدودیت Trade-off روبه رو است. این محدودیت که مانع از افزایش هم زمان تراوایی و گزینش پذیری می شود، مشکل مهمی بوده که مانع از استفاده گسترده این غشاها در صنعت شده است. در این میان، استفاده از ترکیباتی برای افزودن سازوکار انتقال تسهیل یافته به سازوکار جداسازی، راه حل مناسبی برای غلبه بر این مشکل است.
روش هادر راستای غلبه بر محدودیت Trade-off در غشاهای پلیمری در این مطالعه غشای انتقال تسهیل یافته دو-مسیری پلی اتر قطعه-آمید دارای دو نوع حامل آنیلین و آلومینا ساخته شد. مولکول های آنیلین به دلیل قابلیت ایجاد واکنش افزایش هسته دوستی با CO2 انتخاب شده و ذرات آلومینا به عنوان حامل های برقرارکننده واکنش کمپلکس ساز π با مولکول های CO2 استفاده شدند. وجود این دو حامل در کنار هم در ماتریس پلیمری به ایجاد سازوکار انتقال تسهیل یافته دو مسیری منجر شد.
یافته هادر اثر افزودن دو نوع حامل آنیلین و آلومینا به ماتریس PEBA، تراوایی CO2 نسبت به غشای خالص افزایش 2.4 برابری داشته و گزینش پذیری CO2/N2 نیز نسبت به غشای خالص 1.2 برابر شد. نتایج حاصل از شبیه سازی مولکولی نشان داد، افزایش تراوایی CO2 به دلیل افزایش ضریب نفوذ آن در عرض غشا بود که به کمک مسیرهای ایجادشده با آلومینا و آنیلین در ماتریس پلیمری میسر شد. مقایسه تراوایی و گزینش پذیری غشای ساخته شده با سایر کارها در منحنی Robeson نشان داد، غشای حاصل به آسانی بر محدودیت Trade-off غلبه کرده، از مرز Robeson عبور می کند تا به غشایی مناسب با کاربرد صنعتی در راستای جداسازی CO2 تبدیل شود.
کلید واژگان: غشا, پلی اتر بلاک آمید, شبیه سازی مولکولی, آنیلین, آلومیناHypothesis: PEBA, also known as polyether-block-amide, has emerged as a highly favorable polymer material for the production of CO2 separator membranes. The membranes made from PEBA rely on the solution-diffusion mechanism for separation. However, the trade-off limitation hinders the enhancement of both permeability and selectivity, posing a crucial challenge in the widespread adoption of these membranes in various industries. To address this issue, incorporating compounds that create facilitate transport mechanism into the separation process proves to be a viable solution.
MethodsTo address the trade-off limitation in polymer membranes, a novel two-way facilitated transfer membrane was developed in this research. This membrane consisted of a PEBA matrix with two different carriers. Aniline was selected for its nucleophilic addition reaction towards CO2, while alumina particles served as carriers for π-complexation reactions. The combination of these two carriers within the polymer matrix resulted in the establishment of a two-way facilitated transport mechanism.
FindingsAs a result of adding two types of carriers, aniline and alumina, to the PEBA matrix, the permeability of CO2 increased 4.2 times compared to the pure membrane, and the CO2/N2 selectivity also increased 2.1 times compared to the pure membrane, demonstrating the high potential of these two carriers in enhancing separation performance. Molecular simulation results showed that the increase in CO2 permeability was due to the increase in its diffusion coefficient within the membrane thickness, facilitated by the pathways created by alumina and aniline in the polymer matrix. Comparison of the permeability and selectivity of the membrane with other works on the Robeson curve showed that the resulting membrane was able to easily overcome the trade-off limitation, surpass the Robeson boundary, and transform into a membrane suitable for industrial applications in CO2 separation.
Keywords: Membrane, Polyether-Block-Amide, Molecular Simulation, Aniline, Alumina -
مجله فرآیند نو، پیاپی 84 (زمستان 1402)، صص 36 -50
در این پژوهش غشای پلی اتر بلاک آمید (Poly ether block amid, PEBA) خالص و نیز غشای پلی اتر بلاک آمید حاوی ماده فعال سطحی توئین با استفاده از شبیه سازی مولکولی ساخته شده و از دیدگاه مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، به منظور بررسی ساختار غشاها، چگالی و کسر حجم آزاد آن ها محاسبه شد. همچنین تابع توزیع شعاعی به منظور بررسی برهمکنش گاز CO2 با زنجیرهای پلیمری PEBA و مولکول های توئین رسم شده و ضرایب نفوذ و حلالیت در مقابل گازهای CO2 و N2 بدست آمد. علاوه بر این، انتخابگری CO2 نسبت به N2 برای غشاها محاسبه گردید. نتایج نشان از افزایش ضرایب حلالیت و نفوذ CO2 و به دنبال آن افزایش عبور دهی این گاز با افزودن توئین به زمینه پلیمری را داشت در حالی که انتخابگری غشای حاوی توئین به دلیل افزایش ضریب نفوذ N2 در این غشا نسبت به غشای خالص کم تر شد.
کلید واژگان: غشا, پلی اتر بلاک آمید, ماده فعال سطحی, توئین, شبیه سازی مولکولیMolecular investigation of the effect of Tween surfactant on PEBA membrane in CO2 separation processIn this research, pure polyether block amide (PEBA) membrane and PEBA membrane containing tween surfactant were made using molecular simulation and analyzed from a molecular point of view. In order to investigate the structure of the membranes, their density and free fraction volume were calculated. Also, the radial distribution function was plotted in order to investigate the interaction of CO2 gas with PEBA polymer chains and tween molecules, and the permeability and solubility coefficients against CO2 and N2 gases were obtained. Moreover, the selectivity of CO2 over N2 was calculated for the membranes. The results showed an increase in the solubility and diffusion coefficients of CO2, followed by an increase in the permeability of this gas by adding tween to the polymer matrix, while the selectivity of the membrane containing tween decreased due to the increase in the diffusion coefficient of N2 in this membrane compared to the pure membrane.
Keywords: Membrane, Polyether Block Amide, Surfactant, Tween, Molecular Simulation -
In this work, the structure of a poly ether block amide (PEBA) polymeric membrane was investigated using molecular simulation study. This membrane performance for the separation of CO2 from N2 was evaluated. In this regard, the density and fractional free volume (FFV) for this membrane were calculated and compared with experimental data. The results showed the conformity of the molecular simulation results with experimental work results. In addition, the mobility of PEBA chains and its polyether and polyamide parts were measured on a molecular scale which cannot be measured on a laboratory scale. Then the diffusion and solubility coefficients of gases were determined for this membrane and the permeability of CO2 and CO2/N2 selectivity were calculated. The performance properties of the simulated membrane showed that, solubility has a greater role in CO2/N2 selectivity than diffusivity in this membrane, so that CO2 permeability and CO2/N2 selectivity were 116.9 and 130 Barrer, respectively.
Keywords: Polymeric membrane, Poly ether block amide, Molecular simulation, Separation of CO2 from N2 -
تخمین مقدار جذب مطلق در مخازن شیل گازی یکی از کلیدی ترین پارامترها است. با توجه به محدودیت های موجود، مطالعات آزمایشگاهی قادر به محاسبه جذب مطلق به طور مستقیم نیست و تنها می تواند جذب اضافی همدما را مستقیما اندازه گیری کند. همچنین در اکثر مطالعات آزمایشگاهی جذب اضافی همدما تا فشار 15 مگاپاسکال انجام می گیرد. در نتیجه برای تبدیل جذب اضافی به مطلق در فشارهای اندازه گیری شده و بیش تر از آن، از مدل های جذب موجود استفاده می شود. در این مطالعه با استفاده از شبیه سازی مولکولی به شبیه سازی سیال متان درون کروژن با سایز منفذ 4 نانومتر در سه دمای 303.15، 333.15 و 363.15 کلوین تا فشار 50 مگاپاسکال پرداخته و سپس دقت مدل های جذب موجود برای تخمین جذب مطلق همدما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی مولکولی نشان می دهد چگالی جذب شده تابعی از فشار و دما است و همواره این مقدار کمتر از چگالی متان مایع است. نتایج مدل جذب لانگمویر و فوق بحرانی دابینین-رادوشکویچ بیانگر دقت کم هر دو مدل در تخمین مقدار جذب مطلق در تمامی دماها است. در آخر، استفاده از حجم جذب شده به دست آمده از شبیه سازی مولکولی برای تخمین جذب مطلق در تمامی دماها و فشارها، دارای خطای کمتر از 10 درصد بوده و استفاده از این روش توصیه می شود.کلید واژگان: شیل گازی, جذب سطحی, جذب مطلق, کروژن, لانگمویر, دابینین-رادوشکویچ, شبیه سازی مولکولیEstimation of absolute adsorption in shale gas reservoirs is one of the key parameters. Experimental studies can only measure the excess adsorption isothermal directly. Also, in most experimental studies, excess adsorption up to a pressure of 15 MPa is measured. As a result, Langmuir and supercritical Dubinin–Radushkevich (SDR) adsorption models are used to convert the excess to absolute adsorption at measured pressures and above. Using hybrid grand canonical Monte Carlo/molecular dynamics (GCMC/MD) simulations, we simulate methane fluid in kerogen with 4 nm pore size at three temperatures of 303.15, 333.15, and 363.15 K up to a pressure of 50 MPa. Then the accuracy of adsorption models to estimate the absolute adsorption is investigated. The molecular simulation results show that the adsorbed density is a function of pressure and temperature and is always less than the liquid methane density. The Langmuir and SDR adsorption models show low accuracy of both models in estimating the absolute adsorption at all temperatures. Finally, using the adsorbed volume obtained from molecular simulation to estimate the absolute adsorption at all temperatures and pressures has an error of less than 10%, and the use of this method is recommended.Keywords: Shale gas, Adsorption, Absolute adsorption, Kerogen, Langmuir, Dubinin–Radushkevich, Molecular Simulation
-
In this work, SO2 adsorption on 13X and 5A was explored at different concentrations, and the results were compared to molecular simulation and models. The adsorbent saturation tests were performed at four different concentrations of 250, 500, 750, and 1000 ppm, and it was observed that saturation would take more time for higher SO2 concentrations. Grand Canonical Monte Carlo method was used for simulation. In addition, extra framework cations of Na were used 13X structure and Na and Ca Cations were used in 5A structure. The results of the simulation were compared to experiments. The effect of water molecule content on adsorption was determined by inserting a different number of water molecules. Also, the outcome of experiments and simulations were in good agreement. The results showed that 13X is a better adsorbent for SO2 than 5A. 13X zeolite with 96 water molecules and 5A with 99 were provided the best prediction of experimental results. Yoon-Nelson and BDST models were also used to find the rate of adsorption capacity reduction related to breakthrough curve and loading amount. The results of the two model suggested that 13X has a higher loading capacity while 5A provided longer saturation time.Keywords: Dioxide, Adsorption, Molecular Simulation, Zeolite, 13X, 5A
-
The adsorption and separation properties of 3A zeolite are investigated by using Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulation. To obtain the adsorption isotherms of water, methyl mercaptan, and methane on 3A zeolite, COMPASS Force Filed is used. The adsorption isotherms of the pure components and the ternary mixtures of water, methyl mercaptan, and methane on 3A zeolites are calculated. The Sips Model is taken into account for the description of water adsorption on 3A zeolite. In addition, the effects of pressure and temperature on the adsorption of components are examined. The results demonstrate that the water has high adsorption selectivity on 3A zeolite, and this kind of adsorbent is a good candidate for the dehydration of natural gas.Keywords: Molecular Simulation, Dehydration, 3A Zeolite, mercaptan, Adsorption
-
جداسازی ایزومرهای آلکانها توسط زئولیتها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق روش مونت کارلو برای شبیه سازی مولکولی جذب ایزومرهای پنتان بصورت خالص و مخلوط دوجزئی روی زئولیت MFI مورد استفاده قرار گرفته است. اثر مقدار آلومینیم در زئولیت MFI (با نسبت سیلیسیم به آلومینیم 18، 31 و ∞ ) روی جذب ایزومرهای پنتان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که ساختارهای با نسبت سیلیسیم به آلومینیم متفاوت دارای خواص جذب و انتخاب گری جذب متفاوتی هستند و این به ساختار حفرات مستقیم و زیگزاگی زئولیت مربوط است. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش فشار میزان انتخاب گری ساختار زئولیت MFI نسبت به آلکان خطی در مخلوط ایزومرها افزایش می یابد. به دلیل فاکتور رقابت در جذب، انتخاب گری در جذب در حالت مخلوط از حالت خالص بالاتر است. با افزایش دما میزان جذب کاهش می یابد و میزان انتخاب گری وابسته به فشار عملیاتی می باشد.کلید واژگان: شبیه سازی مولکولی, مونت کارلو, ایزومرهای پنتان, نسبت آلومینیم به سیلیسیم, جذب سطحیSeparation of alkanes isomers by zeolite has a special importance. In this study, Monte Carlo technique was employed to molecular simulate the adsorption of pure and binary mixtures of pentane isomers in MFI zeolite. The influences of the aluminium content on pentane isomers adsorption on MFI zeolites (Si/Al ratios 18, 31 and ∞) were investigated. Results of this study show different adsorption and selectivity properties with different Si/Al ratios that related to straight and zigzag channels structure of MFI zeolite. MFI selectivity for adsorption of linear alkanes was increased with increasing pressure. Due to adsorption competition, adsorption selectivity in mixture was more than pure. Increase the temperature result in decreasing adsorption amount and selectivity that related to the adsorption pressure.Keywords: Molecular simulation, Monte Carlo, Pentane Isomers, Si, Al ratio, adsorption
-
In this study we have tested the ability of a standard DFT computational protocol to reproduce the experimentally obtained stereoselectivity of 26 different C2-symmetric zirconocene catalysts active in propylene polymerization. The catalysts were chosen for their relevance in metallocene catalyzed polymerization of propylene. To this end, primary insertion of both si- and re-propylene enantiofaces into the Zr-CH2-CH(CH3)2 bond was considered to simulate the growing chains step. The energy difference between these two transition states, ΔEre-si, was taken as a measure of the stereoselectivity (pentad: mmmm%) of different catalysts. The results clearly indicated that there was a good agreement between ΔEre-si and the mmmm% values, so that greater ΔEre-si could correspond to higher mmmm%. A model was fitted to the experimentally obtained mmmm% against theoretical ΔEre-si. The coefficient of determination (R2) of the resultant plot was 0.9793, which indicated a good accuracy of the model. Finally, to quantify the steric role of the studied ligands in the observed stereoselectivity, the analysis of the buried volume (VBur) and of the steric maps was performed for two representative complexes. The images revealed that a greater asymmetric localization of the %VBur around the metal center led to a higher mmmm% in the resultant polymer.Keywords: metallocene catalysts, DFT, Molecular simulation, Setereoselective polymerization, Isotactic polypropylene
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.