Статистическая теория ассоциированных жидкостей (SAFT)

12.08.2015

Статистическая теория ассоциированных жидкостей (Statistical Associating Fluid Theory, SAFT) — это модель уравнения состояния, развитая на основе теории возмущений Вертхайма и результатов компьютерного моделирования. Уравнение состояния начинается с набора связанных сфер Леннарда-Джонса (ЛД), которые коалесцируют в цепь. Для чистой жидкости взаимодействие сфер ЛД может быть представлено через пять параметров: два параметра взаимодействия ЛД; размерный параметр (мера длины цепи) и два параметра ассоциации. Для многих рассматриваемых систем (например, углеводородов) параметрами ассоциации пренебрегают. Эти ассоциативные члены могут относиться к водородным связям в жидкостях и к другим специфическим взаимодействиям.
Имеется несколько уравнений состояния SAFT, каждое из которых основано на несколько отличном рассмотрении набора сфер ЛД. Уравнение состояния SAFT представляет остаточную свободную энергии Гельмгольца системы как функцию температуры и плотности системы. Все прочие термодинамические свойства могут быть рассчитаны из этой функции энергии. Остаточная энергия Гельмгольца может быть разбита на три части:
Статистическая теория ассоциированных жидкостей (SAFT)

Сегментальная энергия Гельмгольца является комбинацией опорной жидкости из твердых сфер, которая использует уравнение твердых сфер, предложенное Kapнаном и Старлингом. Дисперсионный член ЛД также включен в сегментальную энергию. Каждая версия SAFT отличается интерпретацией этого члена. Дисперсионный член, как правило, подгоняется к данным моделирования ЛД.
Цепной и ассоциативный члены раскрыты в оригинальной работе; полное описание см. в ссылках работы. Цепной член — это поправка в свободную энергию, которая возникает при коалесценции частиц ЛД с образованием цепной молекулы определенной архитектуры. Однако между линейными и разветвленными цепями различия не возникают; такое различие невозможно распознать.
Чтобы распространить SAFT на жидкости, для параметров ЛД и размерного параметра должны быть введены правила смешения. Ассоциативные члены уникальны для каждого специфического взаимодействия. Ячейки со специфической связью между двумя жидкостями можно легко введены. В дополнение к этим правилам смешения обычно используется параметр бинарного взаимодействия, который служит подгоночным параметром к фактическим данным.
Параметры SAFT имеют ясный физический смысл и позволяют рассчитать параметры уравнения состояния. Знание параметров SAFT дает возможность строительства «псевдокомпонентов». SAFT c правильно выбранными псевдокомпонентами использовалась для предсказания точку помутнения и для моделирования экстракции в сверхкритических жидкостях.
Недостатком формализма SAFT является то, что химические потенциалы крайне усложнены и использовать их непросто. Химические потенциалы SAFTHe обладают функциональной формой ФХ. Хотя SAFT дает очень точные уравнения состояния для отдельных компонентов, этой теории еще предстоит доказать, что эта точность трансформируется в лучшее описание свойств смесей.