流体汽液相平衡的分子模拟研究

【摘要】：化学工程工作者迫切需要从分子水平来研究流体体系的微观结构、宏观热力学性质及传递性质。计算机分子模拟通过研究体系的微观性质而得到体系的宏观热力学性质,其已渐成为与实验研究及理论研究相媲美的,认识热力学体系物理规律的第三种重要方法。 吉布斯系综蒙特卡罗模拟方法及构型偏倚蒙特卡罗模拟方法实质上都是构象搜索模拟方法。本文采用吉布斯系综蒙特卡罗模拟结合构型偏倚蒙特卡罗模拟方法,较为系统地模拟计算了纯H2O 及二元混合物n-C7H16/ n-C5H12、n-C7H16/ n-C6H14、CO2/ CH3OCH3、CO2/C3H8 及CO2/CH3COCH3 流体体系在一系列温度与压力范围下的汽液相平衡。并采用间接的NVT 蒙特卡罗方法,计算了水在300K下的原子对径向分布函数。 模拟过程中,分别采用Lennard-Jones 势能模型(或Buckingham Exp-6 势能模型)及哥伦布势能函数计算分子间的非电荷近程相互作用势能及电荷间的近程作用势能。并分别采用Theodorou and Suter 论述的长程校正方法及Ewald 加和方法计算分子间非电荷长程作用及电荷长程作用。模拟体系的模型分子结构均采用Configrational-bias 分子增长方法产生。 将一系列的模拟数据与实验数据进行了详细对比,结果表明,两者吻合较好。本文所采用的方法和模拟手段可以用来预测不太复杂二元体系的汽液相平衡,具有一定工业应用前景。同时,本文研究也为进一步深入研究更为复杂分子结构及工业上重要的流体体系的相平衡性质打下了良好的基础。