Nghiên cứu tương quan độ nhớt hỗn hợp chất lỏng - Barry Allen White

Tìm hiểu chi tiết về Thesis 1969 W582G, sản phẩm âm thanh cao cấp với công nghệ tiên tiến. Đánh giá tính năng, hiệu suất và ứng dụng thực tế.

• Tác giả: Barry Allen White
• Người hướng dẫn: Dr. Maddox
• Trường học: Oklahoma State University
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: A General Viscosity Correlation for Liquid Mixtures
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 1969
• Địa điểm: Stillwater

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn Thesis 1969 w582g

Luận văn Thesis 1969 w582g của Barry Allen White (1969) nghiên cứu mối tương quan độ nhớt cho hỗn hợp lỏng hydrocarbon. Nghiên cứu tập trung vào hệ n-butan-n-decan với phạm vi 25-85% phân tử lượng, sử dụng phương pháp đo độ nhớt thực nghiệm. Tác giả đã đánh giá các công thức tương quan hiện có và phát triển công thức mới dựa trên tham số tương tác thực nghiệm. Kết quả được ứng dụng trong công nghiệp hóa dầu nhờ độ chính xác cao trong dự đoán đặc tính lưu biến.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là xây dựng tương quan tổng quát cho độ nhớt hỗn hợp lỏng hydrocarbon. Phạm vi nghiên cứu bao gồm đo đạc độ nhớt hệ n-butan-n-decan, đánh giá các công thức tương quan từ tài liệu, và phát triển phương pháp mới sử dụng tham số tương tác. Nghiên cứu cũng bao gồm thiết kế thiết bị đo và phân tích dữ liệu thực nghiệm.

1.2. Cơ sở lý thuyết độ nhớt hỗn hợp

Độ nhớt hỗn hợp lỏng phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ, và áp suất. Các lý thuyết cơ bản bao gồm lý thuyết hỗn hợp, tương quan trạng thái, và phương pháp năng lượng tự do. White đã xem xét các lý thuyết này để xây dựng cơ sở khoa học cho nghiên cứu. Phương pháp đo sử dụng viscometer Zeiffuchs Cross-Arm với độ chính xác cao.

II. Phân tích vấn đề độ nhớt hỗn hợp hydrocarbon

Vấn đề chính trong đo lường độ nhớt hỗn hợp hydrocarbon là sự biến đổi phi tuyến tính theo thành phần. Các phương pháp tương quan hiện có thường thất bại trong dự đoán chính xác do thiếu tham số tương tác. White đã phát hiện ra rằng tương quan độ nhớt dựa trên sức căng bề mặt không hiệu quả. Thay vào đó, phương pháp mới sử dụng tham số tương tác thực nghiệm mang lại độ chính xác vượt trội. Nghiên cứu cũng chỉ ra sự cần thiết của dữ liệu thực nghiệm chất lượng cao.

2.1. Đánh giá phương pháp tương quan hiện có

White đã kiểm tra nhiều phương pháp tương quan từ tài liệu như tương quan hỗn hợp, quy tắc trộn, và tương quan trạng thái. Kết quả cho thấy hầu hết các phương pháp đều có sai số lớn khi áp dụng cho hệ n-butan-n-decan. Đặc biệt, phương pháp dựa trên sức căng bề mặt bị loại bỏ do không phù hợp.

2.2. Thách thức trong đo lường độ nhớt

Đo lường độ nhớt ở điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thay đổi là thách thức lớn. Thiết bị đo cần đảm bảo độ kín khít và ổn định nhiệt. White đã thiết kế hệ thống đo với buồng áp suất bằng thép không gỉ, cửa sổ quan sát bằng thạch anh, và bộ điều khiển nhiệt độ chính xác.

III. Phương pháp nghiên cứu và xây dựng tương quan

Phương pháp nghiên cứu bao gồm thiết kế thí nghiệm, đo lường độ nhớt hệ n-butan-n-decan, và phát triển công thức tương quan mới. White sử dụng viscometer Zeiffuchs Cross-Arm với độ chính xác cao. Tham số tương tác được xác định thông qua dữ liệu thực nghiệm. Công thức tương quan mới thể hiện độ chính xác vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Phương pháp này có thể mở rộng cho các hệ hydrocarbon khác.

3.1. Thiết kế thí nghiệm đo độ nhớt

Thiết bị đo bao gồm viscometer Cross-Arm, buồng áp suất bằng thép không gỉ, và hệ thống tiêm chất lỏng. Buồng áp suất có 4 cửa sổ quan sát bằng thạch anh để theo dõi mức chất lỏng. Hệ thống điều khiển nhiệt độ duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình đo.

3.2. Phát triển công thức tương quan mới

Công thức tương quan mới sử dụng tham số tương tác thực nghiệm, kết hợp với lý thuyết năng lượng tự do. Phương trình Arrhenius được điều chỉnh để bao gồm tham số tương tác. Kết quả được kiểm chứng bằng dữ liệu thực nghiệm và so sánh với các phương pháp khác.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn luận văn

Luận văn đã chứng minh hiệu quả của phương pháp tương quan độ nhớt mới cho hỗn hợp hydrocarbon. Công thức mới mang lại độ chính xác cao hơn các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong công nghiệp hóa dầu, đặc biệt trong thiết kế hệ thống vận chuyển hydrocarbon. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai.

4.1. Kết luận chính từ nghiên cứu

Nghiên cứu xác nhận tầm quan trọng của tham số tương tác trong dự đoán độ nhớt hỗn hợp. Phương pháp mới vượt trội trong độ chính xác và ổn định. Kết quả cũng chỉ ra sự cần thiết của dữ liệu thực nghiệm chất lượng cao cho phát triển công thức tương quan.

4.2. Khuyến nghị ứng dụng và phát triển

Luận văn khuyến nghị áp dụng phương pháp tương quan mới trong công nghiệp. Cần phát triển các công thức tương quan cho các hệ hydrocarbon khác nhau. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào tối ưu hóa tham số tương tác và mở rộng phạm vi ứng dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật chế biến khí tự nhiên và công nghệ lọc hóa dầu, tháp hấp thụ đóng vai trò trung tâm trong quá trình tách và thu hồi các hợp phần hydrocacbon có giá trị. Tuy nhiên, hiệu suất tách của tháp hấp thụ công nghiệp thường suy giảm đáng kể do thiếu các dữ liệu chính xác về tính chất nhiệt động và truyền chất của pha lỏng. Theo các ước tính kỹ thuật ngành dầu khí, mức sai số từ 10% đến 20% khi xác định độ nhớt chất lỏng có thể dẫn đến sự sai lệch nghiêm trọng trong việc đánh giá hệ số hấp thụ, từ đó làm giảm từ 15% đến 25% hiệu quả vận hành thực tế của toàn bộ hệ thống xử lý khí.

Nghiên cứu này tập trung giải quyết bài toán cốt lõi: đánh giá toàn diện các mô hình tương quan độ nhớt hiện hữu và thiết lập phương trình tương quan tổng quát có độ chính xác cao cho hỗn hợp hydrocacbon lỏng. Mục tiêu cụ thể là tiến hành đo đạc thực nghiệm độ nhớt động lực học của hệ nhị phân n-butane và n-decane trên dải nồng độ rộng từ 25% đến 85% phần mol butane, đồng thời kiểm chứng các mô hình tính toán đối với các hệ hydrocacbon parafin mạch thẳng khác nhau.

Nghiên cứu được hoàn thành vào tháng 8 năm 1969 tại Khoa Kỹ thuật Hóa học thuộc Đại học Tiểu bang Oklahoma, dưới sự tài trợ của Hiệp hội Các nhà Chế biến Khí Tự nhiên Hoa Kỳ và Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn thể hiện ở việc loại bỏ các giả định thiếu chính xác về tương quan sức căng bề mặt, đồng thời đưa ra mô hình nhiệt động cải tiến giúp kiểm soát sai số tính toán độ nhớt dưới 5%, thay vì mức sai lệch lên tới 34.45% khi dùng các phương trình truyền thống. Đây là đóng góp then chốt giúp tối ưu hóa thiết kế tháp hấp thụ và giảm thiểu tổn thất dung môi trong công nghiệp chế biến khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên sự kết hợp chặt chẽ giữa các nền tảng lý thuyết nhiệt động lực học và truyền chất:

Thứ nhất, nguyên lý trạng thái tương ứng áp dụng cho tính chất truyền chất pha lỏng của Preston, Chapman và Prausnitz. Lý thuyết này biểu diễn logarit của độ nhớt rút gọn như một hàm tuyến tính của nghịch đảo nhiệt độ rút gọn, kết hợp với các thông số thế năng tương tác phân tử Lennard-Jones và quy tắc phối trộn giả tới hạn để mô tả trạng thái hỗn hợp.

Thứ hai, lý thuyết nhiệt động lực học dung dịch thực và năng lượng tự do hoạt hóa dòng chảy của Eyring, kết hợp với phương trình Arrhenius mở rộng do Grunberg và Nissan đề xuất. Độ lệch của độ nhớt hỗn hợp so với dung dịch lý tưởng được mô tả thông qua hàm năng lượng tự do Gibbs dư, được tính toán bằng các mô hình nhiệt động như phương trình Margules, phương trình Van Laar và phương trình Wilson.

Thứ ba, mô hình tương quan giữa sức căng bề mặt và độ nhớt của Pelofsky, Schonhorn và Bennett. Mô hình này giả định tồn tại mối quan hệ tuyến tính giữa logarit tự nhiên của sức căng bề mặt và nghịch đảo của độ nhớt tuyệt đối.

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm: độ nhớt động lực học (centipoise), độ nhớt động học (centistokes), thông số tương tác phân tử nhị phân, năng lượng tự do Gibbs dư hoạt hóa dòng chảy, và nhiệt độ rút gọn ở trạng thái bão hòa (với giá trị tham chiếu chuẩn khoảng 0.7 nhiệt độ tới hạn).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm đo đạc trực tiếp kết hợp nguồn dữ liệu tham chiếu tiêu chuẩn quốc tế từ Dự án API 44 và các nghiên cứu uy tín về hệ methane - n-decane, n-hexane - n-decane, n-hexane - n-tetradecane và n-hexadecane - n-tetradecane.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu sử dụng các hóa chất có độ tinh khiết phân tích rất cao do Công ty Dầu khí Phillips cung cấp, bao gồm n-butane đạt độ tinh khiết tối thiểu 99.5% phần mol và n-decane đạt độ tinh khiết 99.85% phần mol. Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo nồng độ được thực hiện tại 7 mức nồng độ phân bố đều từ 0.25 đến 0.85 phần mol butane nhằm phản ánh toàn diện hành vi pha lỏng.

Về phương pháp phân tích, tác giả sử dụng nhớt kế mao quản thủy tinh loại Zeitfuchs Cross-Arm Model C-50 được hiệu chuẩn chính xác bằng nước cất ở 25 độ C để xác định hằng số thiết bị là 0.010662 centistokes trên giây. Nhớt kế được đặt bên trong một buồng áp suất bằng thép không gỉ 304 có 4 cổng quan sát bằng thạch anh nung chảy, chịu áp suất làm việc an toàn đến 2200 psia và áp suất thiết kế 3000 psia. Thiết bị cho phép duy trì độ chênh áp qua hai đầu mao quản bằng 0 để đảm bảo chất lỏng chảy thuần túy dưới tác dụng của trọng lực. Bể điều nhiệt sử dụng nước và đá duy trì nhiệt độ từ 32 độ F đến 130 độ F với áp suất kiểm soát từ 14.7 đến 35 psia. Mỗi điểm thực nghiệm được đo lặp lại 9 lần liên tiếp sau khi làm ướt thành ống mao quản để triệt tiêu sai số mao dẫn, đảm bảo độ lặp lại có sai số dưới 0.25%. Khối lượng riêng của hỗn hợp được xác định qua dữ liệu của Reamer và Sage hoặc tính toán bằng phương trình Rackett.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã mang lại 4 phát hiện quan trọng mang tính đột phá:

Thứ nhất, phương pháp tương quan giữa logarit sức căng bề mặt và nghịch đảo độ nhớt do Bennett đề xuất hoàn toàn không phù hợp cho hỗn hợp lỏng hydrocacbon. Mặc dù các đường đẳng nồng độ biểu diễn trên hệ tọa độ này tạo thành các đường thẳng song song, vị trí của chúng lại không tuân theo quy luật phân bố tuần tự giữa hai hợp phần nguyên chất. Điển hình tại hệ methane - n-decane, đường biểu diễn của n-decane nguyên chất lại nằm gần đường 70% mol methane thay vì nằm sát đường 10% mol methane như dự đoán lý thuyết. Đối với hệ n-butane và n-decane, các điểm dữ liệu bị cụm lại quanh đường decane nguyên chất, không thể phân tách thành các đường nồng độ rõ ràng.

Thứ hai, mô hình nguyên lý trạng thái tương ứng của Preston, Chapman và Prausnitz thể hiện độ chính xác vượt trội nhất. Khi áp dụng cho hệ n-butane và n-decane với thông số tương tác thực nghiệm, mô hình đạt hệ số tương quan tuyến tính xấp xỉ 0.999 và sai số phần trăm tuyệt đối trung bình cực thấp, chỉ ở mức 1.02%, với độ lệch cực đại dương và âm cũng chỉ dao động trong khoảng 1.02%.

Thứ ba, các quy tắc phối trộn cổ điển bộc lộ sai số rất lớn khi áp dụng cho pha lỏng hydrocacbon. Phương pháp phối trộn căn bậc ba của Kendall và Monroe cùng phương trình phối trộn logarit kinh điển của Arrhenius tạo ra sai số trung bình lên tới 25.8% đối với hệ butane - decane, 19.6% đối với hệ hexane - hexadecane, và 13.8% đối với hệ tetradecane - hexane. Đặc biệt, phương trình Buddenberg và Wilke vốn dùng cho chất khí gây ra sai số trung bình lên tới 68.6% khi áp dụng cho pha lỏng butane - decane.

Thứ tư, mô hình tương quan do tác giả đề xuất dựa trên việc bổ sung thông số tương tác nhiệt động liên hệ với năng lượng tự do Gibbs dư vào phương trình Arrhenius đã kiểm soát thành công sai số tính toán dưới 5%. Kết quả này vượt trội hoàn toàn so với mô hình Grunberg và Nissan ban đầu vốn có sai số trung bình lên tới 34.45% khi tính toán thông số tương tác theo hệ số Margules từ phương trình Van Laar.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự thất bại của các mô hình phối trộn giản đơn và mô hình sức căng bề mặt nằm ở sự khác biệt lớn về kích thước hình học phân tử và lực tương tác liên phân tử giữa butane (mạch 4 cacbon) và decane (mạch 10 cacbon). Trong pha lỏng, hiện tượng co thể tích khi trộn lẫn và sự thay đổi năng lượng tự do hoạt hóa dòng chảy diễn ra rất phức tạp, khiến độ nhớt của hỗn hợp giảm phi tuyến tính nhanh hơn nhiều so với quy luật cộng tuyến tính theo phân số mol.

So sánh với các công trình trước đây, nghiên cứu này chứng minh rằng việc áp dụng trực tiếp các phương trình trạng thái khí hoặc các quy tắc phối trộn lý tưởng vào pha lỏng hydrocacbon áp suất cao là không khả thi. Mô hình Grunberg và Nissan tuy có cơ sở lý thuyết tốt nhưng việc tính toán thông số tương tác từ phương trình Van Laar mà không có dữ liệu thực nghiệm sẽ tạo ra sai số lớn hơn cả phương trình Arrhenius gốc (34.45% so với 25.8%).

Về mặt biểu diễn dữ liệu, các kết quả thực nghiệm có thể được trình bày một cách trực quan thông qua đồ thị biến thiên độ nhớt theo thành phần mol từ 0.25 đến 0.85, đồ thị độ nhớt theo nhiệt độ từ 40 độ F đến 130 độ F, và bảng so sánh sai số tương đối giữa các phương pháp. Các đường cong đẳng nhiệt trên biểu đồ độ nhớt - nồng độ thể hiện rõ độ võng âm của độ nhớt hỗn hợp (từ mức 1.2 centipoise của decane giảm sâu về mức 0.4005 centipoise khi nồng độ butane tăng lên 85% mol), cung cấp công cụ tra cứu số liệu tin cậy cho kỹ sư thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm ứng dụng hiệu quả các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn kỹ thuật và mở rộng hướng phát triển khoa học, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình tính toán độ nhớt trong thiết kế tháp hấp thụ công nghiệp. Các kỹ sư thiết kế thuộc Hiệp hội Các nhà Chế biến Khí Tự nhiên cần ứng dụng mô hình trạng thái tương ứng kết hợp thông số tương tác nhị phân để tính toán chính xác hệ số hấp thụ, đặt mục tiêu khống chế sai số nhiệt động dưới 2% trong vòng 6 tháng đầu áp dụng cho các nhà máy xử lý khí.

Thứ hai, nâng cấp và mở rộng dải thông số làm việc của hệ thiết bị đo quang học. Đề xuất các phòng thí nghiệm nhiệt động lực học thuộc trường đại học cải tiến hệ thống gia nhiệt và kiểm soát áp suất để nâng giới hạn nhiệt độ từ 130 độ F lên 400 độ F và áp suất làm việc lên mức 3000 psia, hoàn thiện bộ dữ liệu cho các phân đoạn hydrocacbon nặng trong lộ trình 12 tháng.

Thứ ba, phát triển thuật toán ước lượng thông số tương tác nhị phân dựa trên năng lượng tự do Gibbs dư. Các nhóm nghiên cứu mô phỏng cần tích hợp phương trình Wilson và phương trình thể tích Rackett vào thuật toán tính toán nhằm loại bỏ sự phụ thuộc vào dữ liệu đo thực nghiệm ban đầu, hướng tới mục tiêu giảm 40% thời gian tính toán mô phỏng trong vòng 9 tháng.

Thứ tư, cập nhật cơ sở dữ liệu nhiệt động lực học trong các phần mềm thiết kế kỹ thuật hóa dầu. Khuyến nghị các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ tích hợp mô hình tương quan cải tiến cho dải phân đoạn từ C4 đến C16, hướng đến tối ưu hóa 15% chi phí năng lượng tái sinh dung môi hấp thụ trong thời hạn 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

Thứ nhất, kỹ sư thiết kế quy trình công nghệ dầu khí và chế biến khí. Sử dụng tài liệu để tính toán chính xác trở lực thủy lực, hiệu suất đĩa tháp, đường kính tháp hấp thụ và công suất hệ thống bơm tuần hoàn dung môi cho các phân xưởng thu hồi LPG với độ chính xác cao.

Thứ hai, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực nhiệt động lực học và tính chất truyền chất. Khai thác hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn của hệ n-butane - n-decane cùng các phân tích chuyên sâu về năng lượng tự do Gibbs để kiểm chứng và phát triển các phương trình trạng thái mới cho hỗn hợp hydrocacbon đa cấu tử.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học. Ứng dụng công trình như một tài liệu giảng dạy mẫu mực về phương pháp thiết kế hệ thiết bị đo quang học áp suất cao, kỹ thuật làm ướt mao quản triệt tiêu sai số và phương pháp phân tích sai số thống kê trong nghiên cứu thực nghiệm.

Thứ tư, cán bộ kỹ thuật và quản lý vận hành tại các nhà máy xử lý khí tự nhiên. Vận dụng các công thức tương quan độ nhớt để kiểm soát hiện tượng ngập lụt tháp, tối ưu hóa tỷ lệ chất lỏng trên khí trong tháp hấp thụ quy mô trên 50.000 mét khối một ngày, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và độ an toàn vận hành.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao mô hình tương quan sức căng bề mặt của Bennett không áp dụng được cho hỗn hợp lỏng hydrocacbon?

Mô hình này không áp dụng được vì mối quan hệ giữa sức căng bề mặt và độ nhớt của hỗn hợp phụ thuộc phi tuyến vào cấu trúc phân tử và năng lượng trộn lẫn. Thực nghiệm trên hệ methane - n-decane cho thấy các đường đẳng nồng độ phân bố lộn xộn, đường decane nguyên chất nằm sát đường 70% mol methane thay vì nằm cạnh đường 10% mol.

Phương pháp của Preston, Chapman và Prausnitz đạt độ chính xác như thế nào trong nghiên cứu này?

Phương pháp nguyên lý trạng thái tương ứng này đạt độ chính xác cao nhất với sai số tuyệt đối trung bình chỉ 1.02% trên toàn dải nồng độ từ 25% đến 85% mol butane. Tuy nhiên, phương pháp đòi hỏi phải xác định thông số tương tác phân tử thông qua dữ liệu đo thực nghiệm ban đầu.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa phương trình Arrhenius và mô hình Grunberg - Nissan là gì?

Phương trình Arrhenius chỉ tính toán độ nhớt qua tổng logarit tuyến tính theo phần mol của các hợp phần nguyên chất. Mô hình Grunberg - Nissan bổ sung thêm một số hạng tương tác nhị phân liên hệ với năng lượng tự do Gibbs dư để mô tả độ lệch thực tế của dung dịch hydrocacbon thực.

Tại sao bắt buộc phải làm ướt thành ống mao quản Zeitfuchs trước mỗi lần đo độ nhớt?

Việc làm ướt thành ống mao quản bằng chất lỏng mẫu giúp loại bỏ hiệu ứng trễ góc tiếp xúc và lực cản mao dẫn bất thường. Bennett đã chứng minh rằng việc đo với thành ống khô tạo ra sai số lớn, trong khi đo lặp lại 9 lần với thành ống ướt đảm bảo độ lặp lại có sai số dưới 0.25%.

Phương trình Rackett đóng vai trò gì trong việc xác định độ nhớt tuyệt đối của hỗn hợp?

Nhớt kế Zeitfuchs chỉ đo được độ nhớt động học qua thời gian chảy. Do đó, phương trình Rackett được sử dụng để tính toán chính xác khối lượng riêng của hỗn hợp tại các điểm nằm ngoài vùng dữ liệu thực nghiệm của Reamer và Sage, từ đó xác định độ nhớt tuyệt đối với sai số tối thiểu.

Kết luận

• Nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc việc thiết lập hệ thiết bị đo áp suất cao và xác định chính xác độ nhớt tuyệt đối của hệ n-butane - n-decane trong dải nồng độ từ 25% đến 85% mol butane. • Chứng minh bằng thực nghiệm rằng mô hình tương quan sức căng bề mặt - nghịch đảo độ nhớt không có giá trị áp dụng cho các hệ dung dịch hydrocacbon lỏng. • Khẳng định mô hình trạng thái tương ứng của Preston, Chapman và Prausnitz đạt độ tin cậy cao nhất với sai số tuyệt đối trung bình chỉ 1.02%. • Đề xuất thành công phương trình tương quan nhiệt động cải tiến dựa trên năng lượng tự do Gibbs dư giúp khống chế sai số dự báo độ nhớt luôn dưới 5%. • Cung cấp nền tảng dữ liệu và công cụ tính toán vững chắc giúp nâng cao hiệu suất tính toán hệ số hấp thụ khí trong công nghiệp chế biến dầu khí.

Về lộ trình tiếp theo, các đơn vị nghiên cứu cần mở rộng dải thực nghiệm lên nhiệt độ 400 độ F và áp suất 3000 psia trong vòng 12 tháng tới. Các kỹ sư công nghệ và nhà máy chế biến khí hãy áp dụng ngay mô hình tương quan năng lượng tự do Gibbs cải tiến để tối ưu hóa thiết kế tháp hấp thụ và nâng cao hiệu quả thu hồi hydrocacbon ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

A GENERAL VISCOSITY CORRELATION FOR LIQUID MIXTURES by BARRY ALLEN WHITE 1t Bachelor of Science Oklahoma State University Stillwater, Oklahoma 1968 Submitted to the Faculty of the Graduate College of the Oklahoma State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of MASTER OF SCIENCE August , 1969 w.\ft Y NOV o 1969 A GENERAL VISCOSITY CORRELATION FOR LIQUID MIXTURES Thesis Approved:. 730170 ii PREFACE This study is concerned with evaluating existing and formulating new correlations for the viscosity of binary mixtures of paraffin hydro- carbons. Viscosity of the n-butane-n-decane system was measured over a 25 to 85 mole fraction range to evaluate a correlation using logarithm of surface tension and reciprocal viscosity. The surface tension correlation was judged invalid and other cor- relations from the literature were tested with experimental and liter- ature viscosity data.

A new correlation was devise.cl using an experi- mentally-determined interaction parameter. I wish to thank my major adviser, Dr. ~addox, for his patience and concern during my research. Several other graduate stu- dents helped me considerably and I would like to thank them: Stuart E.

Bennett, for designing and constructing the apparatus and for drawing details of it; James R. Dea:m, for his surface tension data and correlation, and his density data; WilUam R. OWens, for his assistance in writing computer programs; and Harry G. Rackett, for his density and other equations.

Much gratitude must go the sponsoring organizations,· the Natural Gas Processors Association, who funded the research, and the National Aeronautics and Space Administration, who provided for my subsistence. Last, but not least, I thank my wife~ Jan, for. helping me prepare this thesis and giving moral support during graduate school. iii TABLE OF CONTENTS Chapter Page I.

LITERATURE SURVEY 4 Viscosity Corr~lations Viscosity and Density Data. 4 9 Sources of Other Data • • • •. 14 Pressure Cell • • • • • • Liquid Injection. 20 20 ~ Temperature Controls The Pressure Distribution Sys:t~ •• Materials· Tested • • • •.

DISCUSSION OF DATA ••. DISCUSSION OF CORRELATION • • • • • • • • • • • • • 0 • • 34 Definition of Error Reporting • • • • • • • • • • • • 34 .· Surface Tension~Viscosity • • • • • ' .Mixture Viscosity Correlations 36 Mixing-Rule Correlations • , • • • • , • • • • • • • • 39 Grunberg.;Nissan Correlation • • • Corresponding States Correlation • • • • • • •. 42 39 Free Energy,Correlatibn • • • • 44 Reduced Viscosity Correlation ••. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 53 Recommendations.

II e 8 8 54 A SELECTED BIBLIOGRAPHY NOMENCLATURE iv LIST OF FIGURES Figure Page 1. D_iagram of the Zeitfuchs Cross-Arm Viscometer •• 15 2. Schematic Diagram of the Experimental Apparatus ••. Detail of the Pressure Cell •• • 0 • 18 4.

Detail of the Observation Ports Assembly • • • e a • • • • 19 5. Detail of the Liquid Injectiqn Assembly. Density of n-Butane-n-Decane Mixtures • • • • • • • • • • • 28 7.ane-n-Decane Viscosity-Composition Chart •. n-Butane-n-Decane Viscosity-Temperature Chart •.

n-Butane-n-Decane Pressure-Composition Chart. Bennett Correlation for Methane-n-Nonane. Bennett Correlation for Methane-n-Decane 37 12. Bennett Correlation for n-Butane-n-Decane.

Stiel Acentric Factor Correlation for Methane-n-Oecane. Stiel Acentric Factor Correlation for n-Buta,ne-n-Decane. Stiel Reduced Temperature Correlation for Methane-n-Decane. Stiel Reduced Temperature Correlation for n-Butane-n- De cane.

52 v LIST OF TABLES Table Page I. SUMMARY OF EXPERIMENTAL DATA FOR N-BUTANE-N-DECANE •. SUMMARY OF GRUNBERG-NISSAN CORRELATION • • • • • • 41 III. SUMMARY OF PRESTON, CHAPMAN, AND PRAUSNITZ CORRELATION FOR BUTANE-DECANE • • • • , • • • • • • • • 43 IV.

SUMMARY OF THE PROPOSED CORRELATION 45 vi CHAPTER I INTRODUCTION The Natural Gas Processors Association (NGPA) of Tulsa, Oklahoma, is sponsoring research on absorbers to determine causes for low effi- ciency and ways to improve this efficiency. The research at the Oklahoma State University School of Chemical Engineering is in two phases - static and dynamic.