هدف در این تحقیق بهبود پیش بینی جرم ویژه معیانات گازی در محدوده اشباع توسط معادله حالت پنگ-رابینسون با استفاده از روش انتقال حجم می باشد. بدین منظور یک فاکتور انتقال حجم وابسته به دما جدید برای معادلعه حالت پنگ-رابینسون پیشنهاد شده است. درصد انحراف مطلق متوسط (aapd) را برای بیست و نه ماده خالص که عبارتند از: آلکان های متان تا nc20h42 ، اتیلن، پروپیلن، کربن دی اکسید، کربن مونو اکسید، هیدروژن سولفید، نیتروژن و آمونیاک محاسبه شده است. متوسط مطلق خطای مواد خالص برای معادله حالت پنگ-رابینسون برابر 40/8 می باشد که این مقدار با استفاده از فاکتور انتقال حجم پیشنهادی به مقادیر 11/1 و 29/1 به ترتیب با استفاده از مقادیر بهینه شده و با استفاده معادلات عمومی کاهش یافته است. همچنین محاسبات متوسط مطلق خطا برای 62 مخلوط مختلف اعم از دو جزئی، سه جزئی تا هشت جزئی انجام شده است. متوسط خطای مخلوط ها برای معادله حالت پنگ-رابینسون برابر 26/7 می باشد که این مقدار با استفاده از مدل پیشنهادی به مقادیر 17/1 و 19/1 به ترتیب با استفاده از مقادیر بهینه شده و با استفاده معادلات عمومی کاهش یافته است. همچنین در محاسبات انجام شده برای مخلوط ها، یک قانون اختلاط جدید هم معرفی شده است. کلمات کلیدی: معادله حالت، انتقال حجم، جرم ویژه اشباع مایعات

تزریق گاز دی اکسید کربن به مخازن نفتی به دلیل خصوصیت خاص این گاز و کاهش گازهای گلخانه ای تبدیل به یکی از روش های مناسب در زمینه ازدیاد برداشت (eor) گردیده است، از طرفی تزریق گاز می تواند باعث تشکیل رسوب آسفالتین در مخازن شود که این امر خاصیت تر شوندگی سنگ مخزن را تغییر داده همچنین منافذ موجود در سنگ مخزن را مسدود و در نهایت تولید مخزن را کاهش می دهد. جهت بررسی فرایند رسوب آسفالتین در شرایط نزدیک به شرایط مخزن، یک دستگاه آزمایشگاهی در مرکز ازدیاد برداشت دانشگاه شیراز طراحی و ساخته شد. این دستگاه مجهّز به یک دوربین با کیفیت بالا است که به کاربر امکان دید و عکسبرداری و فیلمبرداری از کلیه مراحل تشکیل و نشست رسوب روی سطح را می دهد. عکس ها توسط نرم افزار آنالیز شده و مقدار رسوب و توزیع اندازه ذرات در شرایط فشاری و دمایی خاص مشخص می شوند. در این تحقیق که بر روی سه نمونه نفتی از مخازن ایران صورت گرفت، نتایج نشان دادند که مقدار رسوب با افزایش فشار، افزایش می یابد، به عنوان مثال میزان رسوب در فشار 140 بار و دمای 90 درجه سانتیگراد، 7/5 برابر میزان رسوب در فشار 30 بار و همین دما بود. نتایج مربوط به تزریق گاز دی اکسید کربن نشان می دهند که با افزایش میزان گاز تزریقی میزان رسوب آسفالتین نیز افزایش می یابد. جهت بررسی تاثیر دما، دماهای 35و 90 درجه سانتیگراد (به عنوان دمای نزدیک به شرایط سر چاهی و ته چاهی) انتخاب و اندازه ذرّات آسفالتین بررسی شد. بر اساس نتایج، با افزایش دما ذرّات تمایل به جذب یکدیگر و تشکیل توده های بزرگتر دارند. آنالیز تصاویر آشکار ساخت که آسفالتین مخازن نفتی متفاوت رفتار کاملا متفاوتی از خود نشان می دهند که مربوط به ساختار مولکولی آنها می باشد. جهت مقایسه اثرات گازهای متان و دی اکسید کربن، گاز متان به سیستم تزریق شد، میزان افزایش رسوب در این حالت نسبت به گاز دی اکسید کربن کمتر بود. سرعت نشست ذرّات بر سطوح شیشه ای و برگشت پذیری فرایند رسوب با تغییر فشاراز مباحث دیگری بودند که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتند.

نتایج در دو حالت ضرایب پیش فرض نرم افزار و ضرایب بهینه شده، با هم مقایسه شده و اثر تصحیح مدل ترمودینامیکی بررسی گردید. با توجه به مقادیر آزمایشگاهی فشار بخار ترکیبات، نتایج در حالت ضرایب بهینه شده، نشان دهنده بهبود در پیش بینی این ترکیبات در محصولات نسبت ضرایب پیش فرض نرم افزار می باشد.

در این تحقیق فرآیند تخلیه ناگهانی گاز از مخازن ذخیره تحت فشار که یک فرآیند پویا برای کاهش ضایعات می باشد مدل سازی و شبیه سازی شده است. ضمن مطالعه جریان خروجی از مخزن برای مدل سازی از جریان بحرانی که یک پدیده دینامیک گازی است استفاده شده، همچنین با فرض رفتار گاز حقیقی معادله حالت پنگ- رابینسون برای تعیین کمیت ها و خواص ترمودینامیکی بکار گرفته شده است. ضمن مطالعه فرآیند داخل مخزن محاسبات انتقال حرارت انجام شده است. در تعیین انتقال حرارت مخزن به گاز برای تعیین گرانروی و ضریب هدایت حرارتی گاز به ترتیب از روش های لوکاس (lucas) و چانگ و همکاران (chung et al.)- استیل و تودوس (stiel & thodos) و برای انتقال حرارت محیط به مخزن از خواص تجربی ترموفیزیکی هوا استفاده شده است. ضمن استفاده از مدول پویای تخلیه ناگهانی hysys، با استفاده از مدل ارائه شده فرآیند تخلیه برای دو آزمایش تجربی شبیه سازی شده است و برای اعتبارسنجی نتایج مدل و نرم افزار با داده های تجربی مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که نرم افزار و مدل در تخمین فشار داخل مخزن موفق بوده اند ولی برای تخمین دماها روش ارائه شده به مراتب دقیق-تر بوده است. همچنین با استفاده از مدل ارائه شده تغییرات دما و فشار و سرعت گاز در روزنه پایین دست مورد تخلیه و تغییرات دبی تخلیه و تغییرات آهنگ انتقال حرارت در مخزن تعیین شده است.

تشکیل میعانات گازی در خطوط لوله و واحدهای فرآیندی گاز طبیعی می تواند به کاهش ظرفیت خط، افزایش افت فشار، آسیب رساندن به تجهیزاتی مانند کمپرسورها و مشکلات صنعتی دیگری منجر شود. برای اجتناب از تشکیل میعانات، دما و فشار گاز باید بالاتر از دما و فشارهای منحنی شبنم آن نگه داشته شود. برای اطلاع از دما و فشارهای منحنی شبنم (رفتار فازی) دو راه وجود دارد: 1- اندازه گیری مستقیم آن، که نیازمند زمان و هزینه است و برای مقاصد طراحی و پیش بینی رفتار گاز نمی تواند کاربرد داشته باشد. 2- پیش بینی دما و فشارهای منحنی شبنم با استفاده از معادلات حالت، که این معادلات در مواردی با خطای قابل توجهی برای پیش بینی منحنی شبنم همراه هستند. همچنین یکی از روشهای انتقال گاز، انتقال در فاز متراکم است که اطلاع داشتن از نمودار فازی لازمه ی آن است. در این مطالعه چالش های اندازه گیری و تخمین دما و فشار نقطه ی شبنم بررسی شده اند و برای بهبود نتایج معادلات حالت در پیش بینی نمودار شبنم گاز طبیعی، به ویژه در فشارهای بالا، یک شکل اصلاح شده برای معادله حالت pr پیشنهاد شده است. مقایسه ی بیش از 670 داده ی تجربی نقطه ی شبنم با نتایج پیش بینی های معادلات حالت گوناگون شامل pr, srk, sw, lrs, gerg, bwrs و معادله ی جدید پیشنهاد شده نشان می دهد که معادله ی جدید منحنی شبنم گاز را با دقت بیشتری نسبت به سایر معادلات حالت ذکر شده پیش بینی می کند.

گاز اسیدی شامل مخلوطی از هیدروژن سولفاید، کربن دی اکساید و درصد کمی از هیدروکربن های سبک و بخار آب می باشد و محصول جانبی واحد شیرین سازی گاز است؛ عمده ترین مشکل گازهای اسیدی، آلاینده بودن آن ها و مشکلات محیط زیستی ناشی از دفع آن ها به اتمسفر است. یک روش مناسب برای برطرف کردن این مشکلات، تزریق گاز اسیدی به مخازن است. اگر در مسیر خطوط انتقال گاز و فرآیند تزریق گاز به مخزن، آب موجود در آن میعان یافته و به صورت مایع در آید، می تواند باعث ایجاد مشکلات زیادی از جمله خوردگی و یا تشکیل هیدرات شود. به همین دلیل در فرآیند تزریق گاز اسیدی به مخزن باید مقدار محتوای آب آن کنترل شود. بنابراین دستیابی به روش مناسب و قابل اطمینان برای پیش بینی و محاسبه محتوای آب گاز اسیدی ضروری است. هدف از این تحقیق، ارائه یک مدل ترمودینامیکی به منظور پیش بینی محتوای آب گازهای اسیدی با استفاده از معادله حالت مکعبی به همراه همبستگی (cubic plus association) است. به همین منظور محاسبات تعادل فازی بخار- مایع و به طور مشخص محاسبات تبخیر آنی (فلش) برای مخلوط های دو جزئی و چند جزئی در گستره دمای و فشاری مختلف انجام شده است. نتایج به دست آمده، حاکی از آن است که میانگین خطای محاسبه کسر مولی آب در فازهای بخار و مایع در حال تعادل از طریق معادله حالت cpa در مخلوط های دو جزئی کمتر از 10 درصد و در مخلوط های چند جزئی کمتر از 4 درصد می باشد، همچنین مقدار دقت این معادله حالت در حدود 10 برابر معادله حالت srk، می باشد.

در مشابه سازی فرآیندهای مختلف صنایع شیمیائی پیش بینی خواص ترمودینامیکی مو موجود در فرآیند از اهمیت ویژه ای برخوردار است . معادلات حالت از جمله ابزاره هستند که میتوانند در این مورد بکار گرفته بشوند. در کار تحقیقاتی حاضر توانایی های معادله حالت pfgc-mes در تعیین خواص ترمودینامیکی مبردها و مخلوط آنها با هیدروکربنهای سبک مورد بررسی قرار گرفته است . جمعا 42 ماده خالص و 21 مخلوط دو جزئی مورد مطالعه قرارگرفته است . جهت دستیا به حداکثر دقت ممکن، پارامترهای خاصی در این معادله حالت بهینه شده اند که د گروه زیر را شامل میشود :(e)2(,e)1(,e)0(,s,b -1 برای هر ماده خالص)(aij -2 ضریب اثر متقابل بین مولکولهای مختلف) براساس نتایج حاصل از قسمت بهینه سازی پارامترها، یک برنامه کامپیوتری pfr (بمنظور پیش بینی خواص ترمودینامیکی مبردها نوشته شده است . با توجه به نتایج حاصل از مقایسه مقادیر پیش بینی شده و مقادیر تجربی میتوان نتیجه گیری کرد که معادله حالت pfgc-mes ابزاری قابل اطمینان و دقیق برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی میباشد . جهت افزایش دقت محاسبات موارد زیر پیشنهاد میگردد: -1 برای بهینه سازی ضریب اثر متقابل بهتر است که شرایط نقطه شبنم و جوش را نیز درنظر گرفت .- 2 قوانین مخلوط سازی) mixing rules(را با نمونه ای از نوع درجه دوم جایگزین کرد(. در کار حاضر این قوانین از نوع خطی میباشند)- 3 شرایط تعادلی در مخلوط های چند جزئی نیز باید بررسی شود .

کار اخیر، بررسی نتایج حاصل از کاربرد قوانین اختلاط مختلف همراه با معادلات حالت درجه سوم در پیش بینی مقادیر خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دو جزئی فاز مایع و مقایسه این نتایج با مقادیر تجربی این خواص است . بدین منظور سه معادله حالت درجه سوم mpr, pr, srk انتخاب گردید. سپس روابط محاسبه خواص اضافی انتالپی، انرژی آزاد گیبس و حجم، توسط این معادلات حالت و با بکارگیری قوانین اختلاط مختلف تهیه شد. قوانین اختلاط استفاده شده در کار اخیر هفت عدد هستند که شش عدد آن منتج از ترمودینامیک آماری است و قانون اختلاط هفتم، قانون اختلاط vdw است که معمولا همراه با معادلات حالت درجه سوم برای محاسبات مخلوطها مورد استفاده قرار می گیرد، برای مقایسه نتایج مورد استفاده قرار می گیرد. نام قوانین اختلاط عبارتند از: تئوری یک سیالی (rma, vdw, hse) و تئوری چند سیالی (rma, vdw, hse) و قانون اختلاط تجربی واندروالس محاسبات در دو مرحله انجام گردید. در مرحله اول محاسبات بدون در نظر گرفتن ضریب برهم کنش دو جزئی انجام شد و نتایج به صورت جدول و نمودار تهیه گردید. در مرحله دوم، محاسبات با در نظر گرفتن ضریب برهم کنش دو جزئی انجام گردید و نتایج به صورت جدول و نمودار تهیه گردید. مشاهدات نشان دهنده این مطلب بود که علیرغم پیچیدگی قوانین اختلاطی که با مکانیک آماری بدست آمده اند، معادلات حالت بکار برده شده، همراه با قوانین اختلاط واندروالس نتایج را بهتر پیش بینی می کنند.