Моделирование фазовых равновесий в системе M, N, P / Х, Y H2 O для расчета круговых изогидрических процессов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

Введение

1. Физико-химический анализ водно-солевых систем

1.1 Литературные сведения.

1.1.1 Способы изображения составов многокомпонентных систем

1.1.2 Исследование растворимости в водно-солевых системах

1.1.3 Моделирование фазовых диаграмм.

1.2 Модель изотермы растворимости пятикомпонентной взаимной системы 2 11 3.

2. Растворимость в системе Na+,.NHj, К+ || С Г, Сг20?~ -Н

2.1 Объекты и методы исследования.

2.1.1 Общие характеристики использованных в работе солей

2.1.2 Характеристика методов исследования.

2.2 Система Na+,NHJ || СГ,Сг20?~-Н

2.2.1 Растворимость солей в воде.

2.2.2 Разрезы.

2.2.3 Обобщение результатов.

3. Изогидрические процессы с участием добавочных солей

3.1 Литературные сведения.

3.1.1 Технология производства дихромата калия.

3.1.2 Общие представления.

3.1.3 Кинетические закономерности

3.2 Геометрическая интерпретация изогидрических процессов

3.2.1 Предварительный расчет выхода с помощью модели

3.2.2 Изображение цикла в пятерной взаимной системе М, N x,y,z-h2o.

Выводы

Прогнозирование, расчет и оптимизация процессов получения водорастворимых солей в многокомпонентных водно-солевых системах является сложной задачей. Для изображения диаграмм состояния многокомпонентных водно-солевых систем чаще всего используются многомерные геометрические фигуры. При графических расчетах процессов, протекающих в этих системах, приходится прибегать к различного рода проекциям и разрезам фазовой диаграммы, обладающих рядом недостатков: наложение различных частей диаграммы в случае отсутствия оптимальных проекций; снижение точности при многократных проецированиях; невозможность проведения расчета фазового состава точек на проекциях (разрезах), если ноды исследуемой области лежат вне плоскости чертежа.

Математическая модель фазовой диаграммы системы позволяет устранить указанные трудности, повысить эффективность и точность расчетов, сделать их независимыми от конкретных проекций и разрезов. Применение модели позволяет осуществлять прогнозирование новых и оптимизацию существующих процессов получения водорастворимых солей, эффективнее планировать процесс изучения многокомпонентной системы.

В связи с этим разработка математических моделей фазовых диаграмм многокомпонентных водно-солевых систем приобретает особую актуальность.

Цели работы:

• Разработка основных подходов к прогнозированию, конструированию и оптимизации круговых изогидрических процессов, теоретическому расчету материального баланса на основе модели фазовых диаграмм (изотерм) пятерных взаимных систем 2 || 3.

• Разработка формальной аналитической модели изотерм растворимости многокомпонентных взаимных водно-солевых систем эвтонического типа с возможностью расчета фигур совместной кристаллизации двух, трех и более солей на основе состава точек первичной кристаллизации.

• Изучение растворимости в четырехкомпонентной взаимной водно-солевой системе Na+, NHj || СГ, Сг2С>7-Н20 при 25, 50 и 75° С; расчет

Введение 4 структуры фазовых областей при помощи разработанной модели.

Разработанная в диссертации модель позволяет прогнозировать возможность протекания изогидрических процессов в водно-солевых системах и оптимизировать температурно-концентрационные условия получения солей. Ее использование позволило предложить способ графического представления и проектирования круговых изогидрических процессов с участием добавочных солей на двумерных разрезах концентрационной фигуры пятерной взаимной водно-солевой системы — пирамидального гексаэдроида.

В работе развита методология0 изучения многокомпонентных взаимных водно-солевых систем в области использования моделей фазовых диаграмм для расширения возможностей геометрических методов интерпретации экспериментальных данных.

Впервые изучена растворимость в четырехкомпонентной взаимной водно-солевой системе Na+,NH4 || Cl~, CrgOy"-Н20 при 25, 50 и 75° С изотермическим методом сечений. Экспериментальные результаты подтверждают адекватность разработанной модели.

Выводы 86

• Хлориды натрия, аммония - вода.

• Дихромат, хлорид натрия - вода.

• Дихроматы натрия, аммония - вода.

Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с литературными. б) Впервые изучены изотермы растворимости тройных водно-солевых систем — диагоналей изучаемой четырехкомпонентной системы:

• Дихромат натрия - хлорид аммония - вода.

• Дихромат аммония - хлорид натрия - вода. в) Впервые изучена растворимость в 8 плоских (двумерных) разрезах системы, образованных водной вершиной и прямой на солевом основании системы, параллельной одной из сторон солевого квадрата (при выражении концентрации в массовых процентах).

Полученные данные могут быть включены в соответствующие справочники.

1. Посыпайко В. И., Васина Н. А. О возможностях прогнозирования физико-химических свойств многокомпонентных взаимных солевых систем с применением электронно-вычислительных машин. // Докл. АН СССР, 1974. Т. 215. №3. С. 655-657.

2. Васина Н. А. Физико-химическое исследование многокомпонентных солевых систем с применением математических методов прогнозирования. // Журн. неорган, химии, 1983. Т. 28. № 2. С. 449-455.

3. Васина Н. А., Посыпайко В. И., Грызлова Е. С. Практическое применение матриц взаимных пар солей при изучении реакций обмена в четверных взаимных системах. // Журн. неорган, химии, 1975. Т. 20. № 9. С. 2437-2441.

4. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных солевых систем. М.: «Наука», 1978. 255 с.

5. Ковальчук Б. Е. Основы отображения многокомпонентных водно-солевых систем на концентрационные пространства. // Хим. технология, 1989. № 3. С. 79-85.

6. Перелъман Ф. М. Методы изображения многокомпонентных систем. Системы пятикомпонентные. М.: Изд. АН СССР, 1959. 135 с.

7. Головкин Б. Г. Изображение состава многокомпонентных систем методом «леса». // Журн. неорган, химии, 1987. Т. 32. №7. С. 1688-1693.

8. Перелъман Ф. М. Изображение химических систем с любым числом компонентов. М.: «Наука», 1965. 100 с.

9. Аносов В. П., Озерова М. И., Фиалков Ю. Я. Основы физико-химического анализа. М.: «Наука», 1976. 504 с.

10. Соколовский А. А. Применение рвновесных диграмм растворимости в технологии минеральных солей. М.: «Химия», 1982. 264 с.

11. Горощенко Я. Г. Массоцентрический метод изображения многоком-понтных систем. Киев: Наук, думка, 1982. 264 с.

12. Косяков В. И., Сурков Н. В. Способы обработки и хранения информации о фазовых диаграммах. // Геология и геофизика, 1998. Т. 39. №9. С. 1192-1209.

13. Шихеева Л. В. Использование относительных параметров для характеристики распределения компонентов в четверных взаимных водно-солевых гетерогенных системах. // Журн. неорган, химии, 1981. Т. 26. №5. С.1353-1357.

14. Луцык В. И., Воробьева В. П. Отображение машинной графикой фазовых диаграмм четверных систем в проекциях концентрационного тетраэдра. // Журн. неорган, химии, 1994. Т. 39. №5. С. 850-854.

15. Szalkai, I. Handling multicomponent systems in Rn. I. Theoretical results. // J. Math. Chem., 1999. Vol.25. P. 31-46.

16. Луцык В. И., Воробьева В. П. Отображение машинной графикой фазовых диаграмм четверных систем на двумерных (первичных) сечениях концентрационного тетраэдра. // Журн. неорган, химии, 1995. Т. 40. № 4. С. 652-657.

17. Ахумов Е. ИВасильев Б. В. К вопросу об ислледовании водных растворов при повышенной температуре. // Изв. секц. физ.-хим. анализа, 1936. Т. 9.

18. Киргинцев А. Н., Лукьянов А. В. Безвакуумный прибор для определения давления пара изопиестическим методом. // Журн. физ. химии, 1963. Т. 37. №1. С. 233-235.

19. Киргинцев А. Н., Трушникова Л. Н. Изопиестический метод определения состава твердых фаз в трехкомпонентных системах. // Журн. неорган, химии, 1968. Т. 13. №4. С. 1146.

20. Мерцлин Р. В. О методах нахождения конод для равновесий с жидкими фазами. // Изв. биол. н.-и. ин-тапри Пермск. ун-те, 1937. Т. 11. №1, 2. С. 1.

21. Мерцлин Р. В. Приложение метода сечений к определению состава твердых фаз, слагающих равновесия в трехкомпонентных системах. // Уч. зап. Молотовск. гос. ун-та им. А. М. Горького, 1939. Т. 3. № 4.22