روش‌های محاسباتی در علوم مهندسی

روش‌های محاسباتی در علوم مهندسی

پیش‌بینی چگالی، پارامتر حلالیت و ضریب نفوذ استیک اسید در n-بوتیل استات با استفاده از شبیه-سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی شیمی، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، ایران
چکیده
در این مطالعه از شبیه-سازی دینامیک مولکولی برای پیش‌بینی چگالی، پارامتر حلالیت و ضریب نفوذ مولکولی استیک اسید در n-بوتیل استات استفاده شد. پارامتر حلالیت استیک اسید و n-بوتیل استات با استفاده از چهار میدان نیروی COMPASS، Dreiding، Universal و Cvff، پیش‌بینی و با هم مقایسه شدند. بیشترین دقت برای پیش‌بینی پارامتر حلالیت مولکول‌های استیک اسید و n-بوتیل استات توسط میدان نیروی COMPASS به ترتیب با درصد خطای 92/0 و 43/2 % به دست آمد. برای پیش‌بینی چگالی از 100 مولکول و همچنین مدت زمان ps 100 استفاده شد، با افزایش زمان شبیه‌سازی و همچنین تعداد مولکول‌ها، زمان محاسبات شبیه-سازی به دلیل افزایش برهمکنش‌های بین مولکولی افزایش یافته که تاثیر چندانی بر روی پیش‌بینی چگالی ندارند. همچنین ضریب نفوذ استیک اسید در n-بوتیل استات در محدوده دمایی K 15/303 – 15/293 و فشار اتمسفری با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی پیش‌بینی شد. با افزایش دما، به دلیل افزایش اندازه جعبه، اتم‌ها سریعتر حرکت کرده و سبب افزایش ضریب نفوذ مولکولی می‌شود. در پایان با استفاده از نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی، رفتار آرنیوسی ضریب نفوذ مولکولی را بررسی کرده و نتایج حاصل با معادلات ویلک-چانگ، شایبل و رددی-دوراسیسوا نیز مقایسه گردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Prediction of density, solubility parameter and diffusion coefficient of acetic acid in n-butyl acetate using molecular dynamics simulation

نویسندگان English

Hojatollah Moradi
Hedayat Azizpour
School of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, I.R. Iran
چکیده English

In this study, molecular dynamics simulation was used to predict the density, solubility parameter, and molecular diffusion coefficient of acetic acid in n-butyl acetate. The solubility parameters of acetic acid and n-butyl acetate were predicted and compared using four force fields COMPASS, Dreiding, Universal and Cvff. The highest accuracy for predicting the solubility parameter of acetic acid and n-butyl acetate molecules was obtained by the COMPASS force field with an error percentage of 0.92 and 2.43%, respectively. To predict the density of molecules, 100 molecules with a duration of 100 ps were used. With increasing simulation time and the number of molecules, the simulation calculation time increased due to increased intermolecular interactions and had little effect on the density prediction. Also, the diffusion coefficient of acetic acid in n-butyl acetate in the temperature range of 293.15-30315 K and atmospheric pressure was predicted using molecular dynamics simulations. As the temperature increases, due to the increase in the size of the box, the atoms move faster, causing an increase in the molecular diffusion coefficient. Finally, using the results of molecular dynamics simulation, the Arrhenius behavior of the molecular diffusion coefficient was investigated and the results were compared with the Wilk-Chang, Scheibel, and Reddy-Doraiswamy equations.

کلیدواژه‌ها English

Molecular dynamics simulation'
Solubility parameter'
Molecular diffusion coefficient'
Acetic acid'
'
n-butyl acetate'

  • تاریخ دریافت 18 اسفند 1403
  • تاریخ بازنگری 19 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 20 فروردین 1404
  • تاریخ انتشار 01 شهریور 1403