超臨界CO-,2-體系擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、流體的擴(kuò)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(jì)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(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)仍存在較大的難度.同時(shí)苛刻的測(cè)試條件使得超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定十分困難.采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬方法預(yù)測(cè)超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)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(duì)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(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定,并分析了擴(kuò)散系數(shù)隨壓力及溫度的變化規(guī)律.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在臨界壓力點(diǎn)附近,擴(kuò)散系數(shù)對(duì)壓力高度敏感.本文的MD模擬選用COMPASS力場(chǎng),應(yīng)用周期性邊界條件,平衡動(dòng)力學(xué)過程及分析動(dòng)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(jī)分布.分別從系綜、力場(chǎng)、截?cái)喟霃健⒉介L(zhǎng)、時(shí)間及模擬分子數(shù)

3、等方面,對(duì)超臨界CO<,2>自擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算過程及參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了研究及優(yōu)化,并對(duì)超臨界CO<,2>的自擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算.將本文的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道值比較表明,MD模擬可以準(zhǔn)確計(jì)算超臨界CO<,2>的自擴(kuò)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(duì)非極性溶質(zhì)如苯和萘進(jìn)行了在超臨界CO<,2>中的無限稀釋擴(kuò)散系數(shù)模擬計(jì)算,與文獻(xiàn)值的平均相對(duì)偏差在5﹪以內(nèi).為與本文實(shí)驗(yàn)測(cè)定值對(duì)比,還對(duì)常用的極性夾帶劑甲醇和乙醇在超臨界CO<,2