اهمیت پژوهش پیرامون خصوصیات سیالات فوق بحرانی با درنظر گرفتن افزایش کاربرد آن ها در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، پلیمر، نفت و گاز بیش از پیش آشکار می گردد. یکی از مهم ترین خصوصیات این گونه سیالات، ضریب انبساط حرارتی (b) می باشد. در اکثر فرایندهایی که این مولفه در آن ها کاربرد دارد، از فرض گاز ایده ال استفاده شده است. ضعف این مدل آن است که در محدوده نقطه بحرانی، قادر به پیش بینی صحیح ضریب انبساط حرارتی نمی باشد. به همین دلیل در پژوهش حاضر به منظور تعیین ضریب انبساط حرارتی، از معادله حالت ردلیش کوانگ استفاده گردیده و رابطه ای جدید که تابع دما، فشار و ضریب تراکم پذیری می باشد، استخراج شده است. مقایسه رفتار منحنی های حاصل از این رابطه با مقادیر تجربی مطابقت خوبی را نشان می دهد. علاوه بر این انتقال حرارت جابجایی طبیعی سیال فوق بحرانی در کانال عمودی با دیواره های دما ثابت به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم به روش حجم محدود و بر پایه الگوریتم سیمپل حل گردیده و پس از اعتبارسنجی با مطالعات پیشین، به مقایسه مشخصه های جریان و انتقال حرارت به ازای ضریب انبساط حرارتی مبتنی بر فرض گاز ایده آل و ضریب انبساط حرارتی حاصل از این تحقیق برای سیال فوق بحرانی پرداخته شده است. در انتها روند تغییرات ضریب انتقال حرارت با فاصله گرفتن سیال از نقطه بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است.

در این پژوهش دستگاه تعادل فازی گاز- مایع در فشار بالا طراحی و ساخته شد و با استفاده از آن داده های حلالیت کربن دی اکسید در حلال های تولوئن و اتانول در بازه دمای 298.15-318.15 K و تا فشار  78 barاندازه گیری شد. داده های به دست آمده نشان می دهد که حلالیت کربن دی اکسید در هر دو حلال با افزایش فشار افزایش یافته و با افزایش دما، کاهش می یابد. داده های حلالیت به دست آمده با استفاده از معادله حالت های پنگ- رابینسون و سواو- ردلیش- کوانگ و با قوانین اختلاط واندروالس و هوران- ویدال مدل-سازی شد و مولفه های تنظیم شونده این مدل ها به همراه خطای هر مدل به دست آمد. مشخص شد که مدل SRK-HV با خطای متوسط 2.52% برای سامانه کربن دی اکسید تولوئن در چهار دمای آزمایش شده و خطای متوسط 3.79% برای سامانه کربن دی اکسید اتانول در سه دمای آزمایش شده، مناسب ترین مدل در میان سایر مدل های استفاده شده در پژوهش می باشد. میانگین خطای معادله حالت سواو- ردلیش- کوانگ در همه دماها و فشارهای آزمایش شده %4.59 و برای معادله حالت پنگ رابینسون %5.15 است. همچنین بررسی منحنی انبساط حجمی نسبی حلال های تولوئن و اتانول در دماها و فشارهای گوناگون نشان می دهد که دمای 298.15 K فشار حدود  57 barمناسب ترین شرایط عملیاتی برای انجام فرایند گاز- ضدحلال با استفاده از حلال های تولوئن و اتانول می باشد.

چکیده: برای پیش بینی میزان حلالیت فتوکرمیک رنگی Spiroindolinonaphthoxazine در CO2 فوق بحرانی در این مطالعه از دو روش استفاده شده است. در روش اول از معادله های حالت درجه سوم (معادله حالت ساو ـ ردلیش ـ کوانگ (SRK) و پنگ ـ رابینسون (PR)) همراه با قوانین مخلوط سازی Huron-Vidal و در روش دوم از مدل های نیم تجربی ارایه شده توسط Mendez و Chrastil، برای تخمین میزان حلالیت فتوکرمیک رنگی در کربن دی اکسید فوق بحرانی استفاده شده است. با توجه به این که خواص بحرانی فتوکرمیک رنگی موجود نیستند، در این مطالعهک روش جدید برای محاسبه پارامتر C2 (پارامتر قوانین اختلاط) بر حسب تابعی از دما و فشار ارایه شده است. به کارگیری این روش به جای روش های گروه کمکی (Group contribution methods) باعث ایجاد نتیجه های مطلوب تری شد، به طوری که میانگین قدر مطلق خطای نسبی 13.7 درصد برای SRK-EOS و 18.15 درصد برای PR-EOS حاصل شد. همچنین از مدل های نیم تجربی اصلاح شده به وسیله ضریب های متغیر استفاده شد و خطای 6.9 درصد با استفاده از مدل Chrastil اصلاح شده و حدود 6.2 درصد با استفاده از مدل Mendez اصلاح شده مشاهده شد.

در این پژوهش، تعادل فازی سامانه سه جزیی نفتالین- تولوئن- کربن دی اکسید به وسیله دستگاه تعادلی جامد-مایع-گاز ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. داده های تعادلی این سامانه در دماهای 298.15 K و 308.15 K در بازه فشاری 9.6 تا 75.6 bar اندازه گیری شد. داده های به دست آمده نشان می دهد که با افزایش فشار، حلالیت کربن دی اکسیددر فاز مایع افزایش یافته و حلالیت نفتالین در آن کاهش می یابد. همچنین با افزایش فشار، جزء مولی حلال آلی در فاز مایع کم می شود. داده های حلالیت با استفاده از معادله حالت سواو- ردلیش- کوانگ و با قوانین اختلاط واندروالس 1 و 2 مدل سازی شده و مولفه تنظیم شونده این مدل به همراه خطای آن به دست آمد. مشخص شد که مدل SRK-vdW2 با خطای متوسط 11.75 خطای کمتری نسبت به مدل SRK-vdW1 با خطای متوسط 14.41 دارد. همچنین با رسم نمودار داده های تعادلی و مقایسه آن با نتیجه های به دست آمده از مدل سازی بازه فشاری مناسب جهت رسوب بیش از %90 ماده جامد حل شونده در محلول آلی پیشنهاد شد.

برای مدل سازی حلالیت توسط معادلات حالت، به خواص بحرانی ماده حل شونده نیاز است. برای بسیاری از مواد، خواص بحرانی وجود ندارد. روش متداول استفاده از روش گروه های کمکی است که باعث بالا رفتن میزان خطا در مدل سازی می شود. در این مطالعه برای مدل سازی حلالیت توسط معادلات حالت معادله حالت ساو-ردلیش-کوانگ (SRK) و پنگ-رابینسون (PR) از قوانین اختلاط Huron-Vidal استفاده شد. یک تابع جدید بر حسب دما و فشار برای محاسبه C2 (پارامتر قوانین اختلاط Huron-Vidal) ارائه شد. برای مدل سازی حلالیت توسط مدل های نیمه تجربی، فرم جدیدی از معادلات ارائه شده توسط Mendez و Chrastil مورد استفاده قرار گرفت. مدل سازی حلالیت در حلال فوق بحرانی برای 20 ماده توسط روش های ذکر شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد که در مدل سازی با استفاده از معادلات نیمه تجربی میزان خطا برای مدل های Charstil، Aguilera، Gordillo، Mendez و دو مدل اصلاح شده توسط این گروه به ترتیب 19.89 و 34.89 و 11.71 و 12.07 و 11.17 و 15.70 و در مدل سازی با استفاده از معادلات حالت توسط SRK, PR به ترتیب 14 و 19.85 است.

با استفاده از اندازه گیری های چگالی، برخی خواص حجمی از قبیل: حجم مولی مازاد، حجم مولی جزئی، حجم مولی جزئی در رقت بی نهایت برای سیستم سه جزئی (1و3-دی کلرو – 2-پروپانول + 1-هگزانول + دی اتیل مالونات) و همچنین محلولهای دو جزئی متناظر آن در دماهای 15/313-15/293 کلوین مورد بررسی قرار گرفته اند. جهت برازش داده های حجم مولی مازاد از معادله ی ردلیش – کیستر استفاده شده و با استفاده از پارامترهای به دست آمده از این معادله، حجم های مولی جزئی برای سیستم های مورد نظر محاسبه شدند. مقادیر حجم های مولی مازاد برای سیتم های سه تایی مورد نظر با استفاده از معادلات ناگاتا – تامورا، سیبولکا و سینگ برازش شدند. نتایج نشان داد تمامی مقادیر حجم های مولی مازاد در سیستم های دوتائی و سه تائی مورد مطالعه مثبت بود. بر اساس نتایج به دست آمده، انواع برهم کنش های محتمل موجود در سیستم های مورد مطالعه، مورد بحث قرار گرفتند.

امروزه ساختارهای شبکه ای در سیستم های طبیعی و مهندسی بسیار یافت می شوند، لذا استفاده از روش های کارآمد برای مدل سازی پدیده هایی مانند پخش و جابه جایی یک کمیت اسکالر (مانند دما یا غلظت) در این شبکه ها نمود پیدا می کند. یکی از روش های رایج برای مدل سازی این پدیده ها، مدل سازی عددی است. در این پژوهش با استفاده از روش معادله گرا پدیده یاد شده مدل سازی و بررسی شده است. در این تحقیق، روش اصلی در استفاده از روش معادله گرا، فرمول بندی پدیده پخش در کل شبکه به صورت یک دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی می باشد. درنهایت با اعمال شرایط مرزی مناسب در نقاط اتصال شبکه (با توجه به فیزیک پدیده)، دستگاه یادشده از طریق روش خطوط حل شد. رویکرد مذکور برای حل معادله پخش در سه نوع شبکه مختلف شامل درختی و حلقه ای به کار گرفته و نتایج بررسی شد. در مورد شبکه سوم، نتایج روش معادله گرا با نتایج روش عددی دیگر، که در آن یک معادله در کل شبکه با استفاده از روش تفاضل متناهی گسسته می شود، مورد مقایسه قرار گرفت. شاخص های خطا برای مقایسه مذکور حاکی از آن است که روش ها با یکدیگر همخوانی داشته که این امر بیانگر صحت کاربست روش معادله گرا می باشد. از مزیت های روش معادله گرا می توان به انعطاف پذیری بالای آن در مقایسه با روش های عددی پیشین و همچنین قابلیت آسان اعمال آن در بسته ها و ابزارهای عددی آماده، اشاره کرد.