محاسبه کشش سطحی مواد خالص با استفاده از روش های مختلف و مقایسه نتایج حاصل جهت انتخاب بهترین مدل

مطالعه تجربی و تئوری خصوصیات سطح مثل کشش سطحی در زمینه های علمی متفاوت توجه چشمگیری داشته است. کشش سطحی یکی از ویژگیهای جالب ترمودینامیکی است که کاربردهای زیادی در مهندسی فرایند، انتقال انرژی، فرایندهای جداسازی، جذب سطحی، تقطیر، غشاهای بیولوژیکی و به ویژه در صنعت نفت دارد. در صنعت استخراج، نفت از لوله های موئینه به سمت بالا حرکت می کند و این گونه جریان شدیداً به تأثیرات کشش سطحی وابسته می باشد.کشش سطحی در سیستمهای کوچک مانند محیط های متخلخل نقش مهمی ایفا می کند.همچنین این پارامتر در میعان و تشکیل قطرات نقش دارد. کشش سطحی یکی از این خواص ترمودینامیکی بوده که در پروسه های مختلف صنعتی کاربردی است. با توجه به کلیدی بودن این پدیده در پخش، امولسیون ها و جذب مایعات روی سطح جامد، جذب گازها روی سطح مایع متدهای مختلف برای محاسبه تئوری کشش سطحی موجود می باشد و همواره در حال تکامل است. با توجه به این واقعیات، ارائه مدل هائی که بر اساس مفهوم فیزیکی و شیمیایی کشش سطحی است، با استفاده از حداقل اطلاعات در مورد اجزاء مخلوط حائز اهمیت فراوان می باشد. همچنین ایجاد رابطه میان کشش سطحی با دیگر خواص مواد ارائه مدل های تجربی و نیمه تجربی و کاملاً تئوری مورد توجه است. در این تحقیق، هدف محاسبه کشش سطحی مواد خالص، به روش های مختلف و مقایسه نتایج با مقادیر تجربی آنها جهت بدست آوردن مناسب ترین روش است.که جهت تحقق این امر روشهای زیر مورد بررسی قرار گرفته: 1. مدل macleod-sugden 2. مدل brock-bird 3. مدل pitzer 4. مدل sastri-rao 5. مدل miqueu 6. مدل scaled particle theory 7. مدل developed scaled particle theory یکی از ساده ترین و در عین حال بهترین مدل های ارائه شده مدل macleod در سال1923 می باشد. این مدل تجربی بوده و بر اساس رابطه ای است که میان کشش سطحی یک مایع در حال تعادل با بخارش و تفاوت چگالی آنها می باشد. مدلmacleod-sugden روشی تجربی بوده و به همین دلیل نسبت به سایر روش ها در محاسبه کشش سطحی، به مقادیر تجربی نزدیک تر است. قانون حالات متناظر[corresponding states] اساس بسیاری از مدل های محاسبه کشش سطحی قرار گرفته است. brock & birdدر سال 1955مدلی را برای محاسبه کشش سطحی ارائه دادند. pitzer و همکاران نیز روابطی برای تعیین کشش سطحی بر اساس دما و فشار بحرانی و ضریب بی مرکزی ارائه دادند. sastri-raoو miqueu و همکارانش رابطه هایی را برای تعیین کشش سطحی مواد خالص ارائه دادند. سه روش brock-bird، miqueu وپیتزر، هر سه نتایج غیر قابل قبولی برای الکل ها، اسیدها و فنول ها دارند ولی مدل sastri-rao در محاسبه کشش سطحی نسبت به سه روش قبل موفق تر است. در سال های اخیر تئوری های بسیاری برای بررسی رفتار سیالات مطرح شده اند به عنوان مثال می توان به تئوری توزیع شعاع ، تئوری percus- yevick ، تئوری حجم آزاد ، تئوری شبه شبکه،و تئوری ساختار اشاره کرد. یکی از این تئوری ها که بر پایه مدل کره سخت استوار است "scaled particle theory" نامیده می شود. اولین مقاله در مورد spt در سال 1959 انتشار یافت. در آن مقاله شرایط دقیقی که از وابستگی کشش سطحی به انحنا حکایت داشت نیز داده شده بود که نشان می داد که خواص ماکروسکویی کشش سطحی می تواند براحتی از ابعاد مولکولی برون یابی شوند. مقالات بعدی، spt را برای سیستم های دو بعدی نیز محاسبه کردند. و بالاخره اینکه این موفقیت ها در زمینه تئوری ، محققین را به تعمیم دادن تئوری spt برای سیالات واقعی تشویق کرد. از تئوری spt بدست آمده توسط reiss و پارامتر انرژی "lennard – jones" درمعرفی یک بیان جدید از spt در محاسبه کشش سطحی مواد خالص و در نزدیکی دمای بحرانی استفاده شده است ، که این بیان جدید تحت عنوان spt توسعه یافته (developed scaled particle theory) معرفی می شود . با توجه به این واقعیت که کشش سطحی یک سیال واقعی از مجموع نیروهای دافعه و جاذبه بین مولکولها بدست می آید، این نتیجه حاصل می شود که کشش سطحی محاسبه شده به روش spt توسعه یافته در مقایسه با مدل spt مطرح شده توسط reiss به مقادیر تجربی نزدیک تر است.