超臨界CO-,2-體系擴散系數(shù)的實驗研究和分子動力學(xué)模擬.pdf

1、流體的擴散系數(shù)與其許多物性參數(shù)相互關(guān)聯(lián),是科學(xué)研究、工程開發(fā)和過程設(shè)計不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).鑒于超臨界流體分子間相互作用的復(fù)雜性,從理論上進行準(zhǔn)確預(yù)測仍存在較大的難度.同時苛刻的測試條件使得超臨界流體擴散系數(shù)的實驗測定十分困難.采用分子動力學(xué)(MD)模擬方法預(yù)測超臨界流體擴散系數(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值. 考慮到極性溶劑做為夾帶劑在超臨界流體應(yīng)用中的重要性,本文應(yīng)用泰勒分散理論,采用超臨界色譜儀,對超臨界萃取中重要的極性夾帶劑

2、甲醇和乙醇在超臨界二氧化碳中無限稀釋擴散系數(shù)進行了實驗測定,并分析了擴散系數(shù)隨壓力及溫度的變化規(guī)律.實驗數(shù)據(jù)表明,在臨界壓力點附近,擴散系數(shù)對壓力高度敏感.本文的MD模擬選用COMPASS力場,應(yīng)用周期性邊界條件,平衡動力學(xué)過程及分析動力學(xué)過程分別采用NPT及NVE系綜.恒溫采用Andersen算法,恒壓采用Parrinello-Rahman方法,起始速度采用Boltzmann隨機分布.分別從系綜、力場、截斷半徑、步長、時間及模擬分子數(shù)

3、等方面,對超臨界CO<,2>自擴散系數(shù)計算過程及參數(shù)設(shè)置進行了研究及優(yōu)化,并對超臨界CO<,2>的自擴散系數(shù)進行了模擬計算.將本文的計算結(jié)果與文獻(xiàn)報道值比較表明,MD模擬可以準(zhǔn)確計算超臨界CO<,2>的自擴散系數(shù),并可用于分析其隨溫度和壓力的變化規(guī)律.本文還對非極性溶質(zhì)如苯和萘進行了在超臨界CO<,2>中的無限稀釋擴散系數(shù)模擬計算,與文獻(xiàn)值的平均相對偏差在5﹪以內(nèi).為與本文實驗測定值對比,還對常用的極性夾帶劑甲醇和乙醇在超臨界CO<,2