优秀研究生学位论文题录展示介孔材料内反应平衡的分子模拟及天然气CH〈,4〉/CO〈,2〉体系分离的实验和模型化专　业: 化学工程关键词: 化学平衡 状态方程理论 分子模拟 介孔材料 天然气 吸附分离分类号: TB383　
TQ018形　态: 共 150 页　约 98,250 个字　约 4.7 M内容阅　读: 内容摘要本论文由两个相对独立的部分，即介孔材料内复杂体系的化学反应平衡和活性碳微球a-MCMBs上二氧化碳与甲烷的吸附分离组成。在第一部分，本文利用反应蒙特卡罗方法ReactiveCanonicalensembleMonteCarlo，RCMC方法研究了介孔材料内的化学反应平衡，以加深对纳米级限制条件下化学平衡的理解。活性碳微球a-MCMBs是一种非常有前景的甲烷吸附存储材料。所以，在第二部分，本文采用‘实验表征――状态方程理论分析――分子模拟技术’等多种研究手段相结合的方法，研究了a-MCMBs上二氧化碳与甲烷的吸附分离，为吸附剂的开发和新材料的设计提供了有价值的理论依据。全文的主要内容和创新点如下：针对在多相催化、吸附分离领域得到广泛应用的MCM-4l和层柱孔这两种介孔材料，本文采用RCMC方法模拟了其孔内氨合成反应的化学平衡。模拟发现，1由于限制效应的存在，孔相通常比与之平衡的主体相的密度要大。根据LeChatelier原理，对于总摩尔数减少的氨合成反应，密度的增加会导致反应产量的增加。因而，两种孔内的氨平衡摩尔分率均比主体相中的高。2对层柱材料与狭缝孔的结构差异进行了分析，解释了1.70nm孔宽的层柱材料内的氨产量要比1.50nm的狭缝孔大的异常现象。3在低温573K、小孔径对于MCM-41为1.5nm和小孔宽对于层柱孔为1.02nm、高压600bar、高N：H进料摩尔比4:120.3333的条件下操作，可以获得较高的孔内氨平衡转化率。然而，只有在低压100bar下操作才能使孔内氨产量的增加更为有效。采用RCMC方法对狭缝孔中水煤气变换和甲烷蒸汽重整的反应平衡分别进行了模拟计算。鉴于孔内这些化学反应平衡试验数据的缺乏，本文提出了一个预测孔内化学平衡组成的方法，即将经典热力学与RCMC两种方法计算的主体相平衡组成进行一致性比较，以此来验证RCMC模拟孔内平衡组成的准确性，并采用RCMC方法进一步预测了压力、温度、孔宽以及进料气中H2O/CO或H2O/CH4摩尔比等因素对孔内平衡组成的影响。用英国HIDEN公司生产的IGA-003高精度重力吸附仪测量了常温298.15K下纯甲烷、二氧化碳以及两者摩尔比为85:15根据中国琼东南海盆地天然气主要组成配比的二元混合物在a-MCMBs上的吸附等温线。引入了通用性较好的Zhou、Gasem和RobinsonZGR状态方程来描述a-MCMBs上纯气体和混合气体的吸附行为，并通过吸附量计算值与实验值之间的拟合，关联出了纯组分和混合物吸附的模型参数。提出了一个从某一进料气组成和温度下的混合气总吸附量计算单个组分吸附量的方法，并得到了严格的检验。该方法能够用来确定不同天然气组成下的吸附分离条件。通过上述方法，预测了常温298.15K和工业制冷温度258.15K下二氧化碳对甲烷的吸附选择性。用IGA-003吸附仪测量了77K下液氮在该材料上的吸附等温线。结合巨正则系综蒙特卡罗模拟和统计积分方法，得到了该样品的孔宽分布。用恒压Gibbs系综分子模拟方法模拟了常温298.15K下纯甲烷与二氧化碳在a-MCMBs上的吸附等温线，并根据已知的孔宽分布计算出了纯组分的吸附量。实验与计算之间较好的吻合，表明孔宽分布有效地表征了a-MCMBs的几何非均匀性。在不降低计算准确度的前提下，提出了在298.15K下可以直接采用平均孔宽替代孔宽分布计算纯组分吸附量的方法，从而节省了大量的计算耗时。并采用平均孔宽进一步预测了高压条件下纯甲烷与二氧化碳的吸附存储能力。为了提高纯甲烷和二氧化碳的吸附存储能力，在298.15K下对a-MCMBs材料的孔结构进行了优化计算，模拟出了两者吸附存储的最佳孔宽、相应的操作压力以及可达到的最大超额吸附量。预测了孔宽对常温298.15K下气体混合物甲烷与二氧化碳摩尔比为85:15中甲烷、二氧化碳分吸附量以及二氧化碳的吸附选择性的影响。推荐了低、中、高压范围内最佳的吸附分离孔宽以及相应地操作压力，为实际工艺操作提供了理论基础。本文研究表明，a-MCMBs不仅是一种优秀的甲烷存储吸附剂，也是一种移除天然气中杂质二氧化碳的有良好应用前景的材料..……全文目录文摘英文文摘第一章 纳米催化及化学反应平衡的分子模拟1.1引言1.2纳米催化1.2.1纳米催化的特点1.2.2纳米催化材料1.2.3孔模型1.3恒压Gibbs系综分子模拟方法1.3.1恒压Gibbs系综分子模拟方法的起源1.3.2恒压Gibbs系综分子模拟方法的原理1.4较早模拟化学反应的蒙特卡罗方法1.4.1修正的巨正则方法及半巨系综方法1.4.2 Shaw的NatomspT系综方法1.5反应蒙特卡罗方法1.5.1反应蒙特卡罗方法的简介1.5.2反应蒙特卡罗方法的原理1.5.3反应蒙特卡罗方法的研究现状1.6模拟化学反应的分子模拟所面临的挑战参考文献第二章 MCM-41和层柱材料中氨合成反应平衡的分子模拟2.1引言2.2反应体系和势能模型2.2.1流体分子NH3、N2和H2的作用势能模型2.2.2 MCM-41圆柱孔势能模型2.2.3层柱孔势能模型2.3反应蒙特卡罗方法模拟细节2.4配分函数的计算2.5结果分析与讨论2.5.1不同孔内化学平衡的比较以及温度对化学平衡的影响2.5.2孔尺寸对化学平衡的影响2.5.3压力对化学平衡的影响2.5.4初始N2的摩尔分率或N：H摩尔比对化学平衡的影响2.5.5 MCM-41孔壁厚对化学平衡的影响2.5.6层柱材料孔隙率对化学平衡的影响2.6本章结论参考文献第三章 狭缝孔内水煤气变换反应平衡的蒙特卡罗分子模拟3.1引言3.2势能模型3.3反应蒙特卡罗方法模拟细节3.4配分函数的计算3.5结果分析与讨论3.5.1热力学预测3.5.2 RCMC模拟与热力学预测的结果比较3.5.3压力的影响3.5.4温度的影响3.5.5孔宽的影响3.5.6进料气中H2O/CO摩尔比的影响3.6本章结论参考文献第四章 狭缝孔内甲烷蒸汽转化反应平衡的蒙特卡罗分子模拟4.1引言4.2势能模型4.3反应蒙特卡罗方法模拟细节4.4配分函数的计算4.5结果分析与讨论4.5.1热力学预测4.5.2 RCMC模拟与热力学预测的结果比较4.5.3压力对化学平衡的影响4.5.4温度对化学平衡的影响4.5.5孔宽对化学平衡的影响4.5.6进料气中H2O/CH4摩尔比的影响4.6本章结论参考文献第五章 a-MCMBs上二氧化碳和甲烷的吸附分离：实验与模型5.1引言5.2实验研究5.2.1 IGA-003仪器5.2.2天然气及实验原料气的组成5.2.3 a-MCMBs的实验表征5.3 CO2/CH4分离的吸附模型5.3.1纯组分吸附的ZGR状态方程5.3.2混合吸附的ZGR状态方程5.3.3由总吸附量确定单个组分的分吸附量5.4结果分析及讨论5.4.1 a-MCMBs上纯甲烷和二氧化碳的吸附等温线5.4.2 CH4/CO2混合物的吸附等温线5.4.3 a-MCMBs上CH4/CO2混合物吸附行为的预测5.5本章结论参考文献第六章 a-MCMBs上二氧化碳和甲烷的吸附分离：分子模拟6.1引言6.2势能模型6.3模拟细节6.4结果分析与讨论6.4.1纯CH4与CO2的吸附存储6.4.2天然气中CH4与CO2的吸附分离6.5本章结论参考文献总结论相似论文,49页,TB383
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> TB383 > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料其他分类:
> TQ018 > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 基础理论 > 数学模型及放大
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扩散系数的计算及体系平衡的判断
我想模拟糖分子在水体系中与金表面的相互作用，采用Discover跑的动力学，扩散系数是许多分子的统计平均值的话，我所构建的模型中只含一个糖分子，想问下这个的模型计算扩散系数合适吗?如何判断体系有没有达到平衡态？我看到许多判断标准，有看动力学时间的，有看MSD对t曲线的，还有看lnMSD对lnt作图看是否成线性的，还有看RMSD是否平行于x轴呈一条直线，想问下如何得到RMSD随时间变化的曲线？我用的是MS 6.0，用的是Forcite模块分析，还有就是如果看是否呈线性的话r值是多少？比如我运行了5ns的动力学，3-4.5ns的呈线性这样是否达到平衡？问题比较多，希望高手指导
请教下弛豫时间如何计算？
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问题比较多，请高手指导！
所需要弛豫时间怎么计算？我看MS教程上举的例子是先用NVT系综平衡，后用NVE系综跑动力学，解释是分析热力学性质最好采用NVE系综，我的体系是下边一层金，上边是水的体系中有糖单元，最上边有一层真空层，采用NPT的话盒子会越来越小，真空层直接消失，水分子也会到金中去，感觉很不合理，我很不理解，就咨询了个师兄，师兄说在密度合理的情况下尽量少用NPT系综，我看了关于模拟的书，包括小木虫上的讨论，对这几个系综还不是很了解，请高手解惑
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