Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование открытых фазовых процессов в четырехкомпонентной водно-солевой системе, содержащей сульфаты магния, никеля и цинка при 25°С

Диссертация: Исследование открытых фазовых процессов в четырехкомпонентной водно-солевой системе, содержащей сульфаты магния, никеля и цинка при 25°С
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последнее время широко используются полуэмпирические методы расчета избыточных термодинамических функций растворов электролитов и диаграмм фазовых равновесий. Однако эти методы до настоящего времени не использовались для расчета открытых фазовых процессов в многокомпонентных водно-солевых системах с непрерывными полями твердых растворов. Научная новизна. Получены данные по фазовым равновесиям… Читать ещё >

Исследование открытых фазовых процессов в четырехкомпонентной водно-солевой системе, содержащей сульфаты магния, никеля и цинка при 25°С (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. Термодинамика открытых фазовых процессов
    • 1. 1. Основные положения теории открытых фазовых процессов
    • 1. 2. Описание процессов открытой кристаллизации в системах с твердыми растворами
  • ГЛАВА 2. Экспериментальные методы
    • 2. 1. Реактивы
    • 2. 2. Методы анализа
    • 2. 3. Исследование растворимости
    • 2. 4. Определение состава твердой фазы в четырехкомпонент-ных водно-солевых системах с непрерывными полями твердых растворов
    • 2. 5. Исследование процессов открытой кристаллизации
    • 2. 6. Определение активности воды (изопиестический метод)
  • ГЛАВА 3. Расчет процессов открытой кристаллизации
    • 3. 1. Нормировка избыточных термодинамических функций
    • 3. 2. Современное состояние методов моделирования растворов электролитов
    • 3. 3. Метод Питцера
    • 3. 4. Метод расчета диаграмм фазовых равновесий многокомпонентных водно-солевых систем с твердыми растворами
    • 3. 5. Метод расчета кривых открытой кристаллизации
  • ГЛАВА 4. Результаты исследования системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S
    • 4. 1. Нахождение параметров моделей жидкой и твердой фаз
    • 4. 2. Экспериментальные и расчетные изотермы растворимости тройных систем, содержащих сульфаты Mg, Ni, Zn
      • 4. 2. 1. Система Mg2+, Ni2+1| S042 — Н
      • 4. 2. 2. Система Mg2+, Zn2+|| S042-- Н
      • 4. 2. 3. Система Ni2+, Zn2+|| S042~-H
    • 4. 3. Фазовые равновесия жидкость — твердый раствор в четы-рехкомпонентной системе Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042-H
    • 4. 4. Кривые открытой кристаллизации в системе Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042"-H
  • ВЫВОДЫ

Актуальность проблемы. При решении ряда научно-технических проблем в области технологии неорганических веществ, минеральных удобрений, гидрогеологии и геохимии важное значение имеют методы расчета не только фазовых диаграмм многокомпонентных систем, но и открытых фазовых процессов. Ранее такие процессы изучались для водно-солевых систем с твердыми фазами постоянного состава. Однако, насколько нам известно, в литературе отсутствуют публикации, посвященные попыткам исследования подобных диаграмм для случая, когда кристаллизующиеся в многокомпонентной водно-солевой системе фазы представляют собой твердые растворы.

В последнее время широко используются полуэмпирические методы расчета избыточных термодинамических функций растворов электролитов и диаграмм фазовых равновесий. Однако эти методы до настоящего времени не использовались для расчета открытых фазовых процессов в многокомпонентных водно-солевых системах с непрерывными полями твердых растворов.

Сказанное выше позволяет считать избранную тему диссертации актуальной как с научной, так и с прикладной точек зрения.

Данная работа была поддержана персональным грантом 2001 года мэрии Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, культуры и искусства. Цель работы. Экспериментальное изучение фазовых равновесий в четверной водно-солевой системе Mg, Ni, Zn || SO4 Н20 с кристаллизацией твердых растворов, а также процессов открытой кристаллизации в данной системе (при 25°С). Выбор объекта исследования был не случаен, поскольку предварительные данные позволяли предположить, что в указанной системе будет существовать непрерывное поле тройных твердых растворов на основе семиводных сульфатов соответствующих металлов.

Научная новизна. Получены данные по фазовым равновесиям жидкость — твердый раствор для системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042~- Н20 и составляющим ее тройным подсистемам, а также изучены процессы изотермо-изобарической открытой кристаллизации (при 25°С) указанной четырехкомпонентной системы.

Разработаны экспериментальные методы исследования растворимости в многокомпонентных водно-солевых системах с непрерывными полями твердых растворов, а также процессов открытого испарения в таких системах.

Предложен и экспериментально проверен метод расчета кривых открытого испарения в системе Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042~-H20. Практическая ценность. Полученные в работе экспериментальные и расчетные данные по открытым фазовым процессам могут быть рекомендованы для выбора оптимальных параметров технологических схем добычи и переработки солей из природных и технологических высокоминерализованных объектов сульфатного типа. На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментального исследования:

1.1. растворимости в четырехкомпонентной водно-солевой системе с непрерывным полем твердых растворов Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042~-H20, а также в составляющих ее тройных подсистемах;

1.2. процессов открытой кристаллизации в указанной четверной системе.

2. Обобщение метода Шрейнемакерса на четырехкомпонентные системы с непрерывными полями твердых растворов.

3. Алгоритм и результаты расчета кривых открытой кристаллизации для системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042″ - Н20.

Апробация работы. Материалы работы были доложены на II и III научно-технических конференциях аспирантов СПбГТИ (ТУ). Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 работы в Журнале Физической Химии и тезисы двух докладов.

1. Термодинамика открытых фазовых процессов.

Выводы.

1. Разработан экспериментальный метод исследования растворимости в многокомпонентных водно-солевых системах с непрерывными полями твердых растворов.

2. Для четырехкомпонентной системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042- - Н20 экспериментально изучена и рассчитана диаграмма растворимости (при 25°С).

3. Для составляющих указанную четверную систему тройных подсистем осуществлен полный цикл исследований фазовых равновесий жидкость — твердый раствор при 25 °C.

4. Разработан и применен для системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042″ - Н20 метод экспериментального определения состава сосуществующих фаз в четверных водно-солевых системах с непрерывными пожми твердых растворов (обобщение метода Шрейнемакерса).

5. Предложена экспериментальная методика для исследования процессов открытой кристаллизации при изотермическом испарении растворителя в многокомпонентных водно-солевых системах с твердыми растворами.

6. Получены экспериментальные кривые открытой кристаллизации при изотермо-изобарическом испарении воды в системе Mg2+, Ni2+, Zn2+||S042″ -H20 (при 25°С).

7. Разработана методика термодинамического расчета кривых открытой кристаллизации для четырехкомпонентных водно-солевых систем с твердыми растворамипроведен расчет кривых открытой кристаллизации для исследуемой системы Mg2+, Ni2+, Zn2+|| S042″ - Н20.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.В. Термодинамика гетерогенных систем. 4.1 и 2. Л.:Изд-во ЛГУ — 1967, — 448 с.
  2. В.Т. Процессы открытого испарения многокомпонентных гомогенных растворов. // ЖФХ 1967.-Т.41, № 11.- С.2865−2872.
  3. В.Т., Серафимов Л. А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.:Наука,-1975.-239 с.
  4. Schreinemakers F.A.H. Dampfdrucke ternarer Gemische.//Z.phys.Chem. 1901.-Bd.36,Heft3-P. 257−289.
  5. B.K., Соколов B.A. Характеристические функции в термодинамике гетерогенных систем. // В сб.:"Вопросы термодинамики гетерогенных систем и теории поверхностных явлений", Л.: Изд-во ЛГУ, Вып.8, — 1988, — С.3−34.
  6. Н.А., Румянцев А. В., Чарыкова М. В. Топологический изоморфизм диаграмм растворимости и плавкости. Экстремумы активности растворителя в многокомпонентных системах. // ЖФХ 1998-Т.72, № 1- С. 39−43.
  7. Н.А., Румянцев А. В., Чарыкова М. В. Топологический изоморфизм диаграмм растворимости и плавкости. Ход кривых двухфазного равновесия. // ЖФХ 1998.- Т.72, № 2.- С.277−280.
  8. А.В., Чарыков Н. А., Пучков Л. В. «Запрещенные» типы диаграмм растворимости тройных водно-солевых систем. // ЖФХ -1998, — Т.72, № 6, — С. 1082−1086.
  9. А.В., Чарыков Н. А. Смещение точки равенства составов сосуществующих фаз при изобарическом изменении температуры. // ЖФХ 1998 — Т.72, № 8 — С.1414−1419.
  10. И.В., Розендорн Э. Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия. М.:Наука, — 1980 527 с.
  11. В.Т., Сторонкин А. В. Локальные закономерности в окрестности многокомпонентного азеотропа. // ЖФХ 1969 — Т.43, № 5-С.1126−1131.
  12. В.К. Термодинамика п-компонентного азеотропа в метрике потенциала Гиббса. // В сб.:"Вопросы термодинамики гетерогенных систем и теории поверхностных явлений", Л.: Изд-во ЛГУ, 1977- Вып. 4 С. 3−24.
  13. Н.А., Румянцев А. В., Шахматкин Б. А. Экстремумы параметров r-фазного равновесия в л-компонентных системах с участием фаз «несвободного состава». // ЖФХ 1999, — Т.73, № 4, — с.750−752.
  14. Н.А., Румянцев А. В., Чарыкова М. В., Проскурина О. В. Изо-термо-изобарические открытые фазовые процессы в многокомпонентных системах. // ЖФХ 2000.- Т. 74, № 6.- с. 1001−1006.
  15. А.К., Пятницкий И. В. Количественный анализ. М.: Высш. Школа,-1968.-496 с.
  16. Г., Флашка Г. Комплексометрическое титрование. М.: Химия, 1970. — 360 с.
  17. И.В., Сухан В. В. Маскирование и демаскирование в аналитической химии. М.: Наука, — 1990.-220 с.
  18. П.П. Титриметрический и гравиметрический анализ в металлургии: Справочник. М.: Металлургия, 1985. — 320 с.
  19. А.В. Термодинамика фазовых равновесий в водно-солевых системах, содержащих твердые растворы: Дис.. канд. хим. наук СПб., 1995. — 187 с.
  20. Schreinemakers F.A.H. Graphische Ableitungen aus den Losungs-Isotermen eines Doppelsalzes und seiner Komponenten und mogliche Formen der Umwandlungskurve. // Z. phys. Chem. 1893. — Bd. ll, Heft 1- S.75−109.
  21. Bousfield W.H. Isopiestic solutions. // Trans. Faraday Soc. 1918. -V.13, parti.-P. 76−109.
  22. Sinclair D.A. A simple method for accurate determination of vapour pressures of solutions. //J. Phys. Chem.- 1933,-V.77,№ 4. -P.495−504.
  23. Rumyantsev A. V. Breakdown of the Rule of «Linearity of Water Isoactiv-ity Lines» in a System Containing Solid Solution. // J. Solution Chem. -1997. V.26, № 1. — P.97−103.
  24. Ф.Я. Техника изопиестического определения давления пара раствора электролита. //В кн.: «Вопросы физической химии растворов электролитов"/ Под ред. Микулина. JL: Химия, 1968. -С.222−238.
  25. Friedman H.L. Thermodynamic excess free functions for electrolyte solutions. // J. Chem. Phys. 1960. — V.32, № 5. — P. 1351−1362.
  26. P., Стоке P. Растворы электролитов: Пер. с англ. -М.: ИЛ, 1963.-646 с.
  27. Debye P., Hiickel Е. Zur Theorie der Elektrolyte. I. Gefrierpunk-terniedrigung und verwandte Erscheinungen // Physic. Z. 1923. -Bd.24, № 9. — S. 185 — 206.
  28. Guntelberg E. Untersuchungen liber Ioneninteraktion. // Z. phys. Chem. 1926. -Bd.123, Heft 3,4. — S.199 — 247.
  29. Guggenheim E.A. The specific thermodynamic properties of aqueous solutions of strong electrolytes. // Phil. Mag. 1935. — V.19, № 127. -P.588 -643.
  30. Brensted J. N. Studies of solubility. IV. The principle of the specific iteractions of ions. //J. Am. Chem. Soc.- 1922-V.44, № 4.-P.877−898.
  31. Lietzke M.H., Stoughton R.W. The calculation of activity coefficients from osmotic coefficient data. // J. Phys. Chem. 1962. — V.66, № 3. -P.508 -509.
  32. Г., Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов.: Пер. с англ. М.: ИЛ, 1952. — 628 с.
  33. Lietzke М.Н., Stoughton R.W. A simple method for the predictions of the osmotic coefficient in aqueous solutions containing more then one electrolyte. //J. Inorg. Chem. 1974. — V.36, № 6. — P. 1315−1317.
  34. Reilly P.J., Wood R.H., Robinson R.A. The prediction of osmotic and activity coefficients in mixed electrolyte solutions. // J. Phys. Chem. -1971. -V.75, № 9.-P. 1305−1315.
  35. Ball F.X., Furst W., Renon H. An NRTL model for representation and prediction of deviation from ideality in electrolyte solutions compared to the models of Chen (1982) and Pitzer (1973). //AIChEJ- 1985. -V.31, № 3. P.392−399.
  36. Chen C.C., Britt H.J., Boston J.F., Evans L.B. Local composition model for excess Gibbs energy of electrolyte systems. Part 1. Single solvent, single completely dissociated electrolyte.//AIChEJ- 1982.-V.28, № 4. -P.588—596.
  37. Gang J., Donohue M. An equation of state for electrolyte solutions. I. Aqueous systems containing strong electrolyte. // Ind. Eng. Chem. Res. -1988. V.27, № 6. — P. 1073−1084.
  38. Liu Y., Green U., Wimby M. A systematic comparison of nine models formed by various combinations of three local-composition expressions for representation of nonideality in electrolyte solutions.//Fluid Phase Equilibria 1989. — V.53.- P.269−277.
  39. Scatchard G. Osmotic and activity coefficients in mixed electrolyte solutions. //J.Am.Chem.Soc.- 1967. V.83, № 12.-P.2636−2642.
  40. Scatchard G. The excess free energy and related properties of solutions containing electrolytes. // J.Am.Chem.Soc- 1968. V.90, № 16-P.3124−3127.
  41. Scatchard G. The excess free energy and related properties of solutions containing electrolytes. // J.Am.Chem.Soc- 1969. V.91, № 12-P.2410−2411.
  42. McKay H.A.C. Thermodynamics of three-component systems.// Nature 1952,-V. 169, № 4298.-P.464−465.
  43. McKay H.A.C., Perring J.K. Calculations of the activity coefficients of mixed aqueous electrolytes from vapour pressures. // Trans. Faraday Soc. 1953, — V.49, part 2. — P. 163−165.
  44. Г. И. Термодинамика смешанных растворов сильных электролитов. // В кн.: Вопросы физической химии растворов электролитов Л.: Химия, 1968. — С.202−221.
  45. Фролов Ю Г., Николаев В. Г., Агеев А. А. Коэффициенты активности в смешанных водных растворах электролитов. // МХТИ им. Д. И. Менделеева. 1973. — ВИНИТИ. -478−74 Деп.
  46. Pitzer K.S. Thermodynamics of Electrolytes. I. Theoretical Basis and General Equations. // J. Phys. Chem. 1973. — У.11, № 2. — P.268−277.
  47. Pitzer K.S., Mayorga G. Thermodynamics of Electrolytes. III. Activity and Osmotic Coefficients for 2−2 Electrolytes. // J. Solution Chem. -1974. V.3, № 7. — P.539−546.
  48. Pitzer K.S., Mayorga G. Thermodynamics of Electrolytes. II. Activity and Osmotic Coefficients for Strong Electrolytes with One or Both Ions Univalent. // J. Phys. Chem. 1973. — V.77, № 19. — P.2300−2308.
  49. Pitzer K.S. Theory: ion interaction approach. // In: Activity Coefficients in Electrolyte Solutions, V. l, Chap.7. / Ed. Pytkowicz R.M. CRC Press, Boca Ration, Florida — 1979. — P. 157−208.
  50. Pitzer K.S., Kim J.J. Thermodynamics of Electrolytes. IV. Activity and Osmotic Coefficients for Mixed Electrolytes. // J. Am. Chem. Soc. -1974. V.96, № 18.-P.5701−5707.
  51. Pitzer K.S. Thermodynamics of Electrolytes. V. Effect High Order Electrostatic Terms. // J. Solution Chem. 1975. — V.4, № 39. — P.249−265.
  52. A.B. Термодинамика расчетов фазовых равновесий в водно-солевых системах. // В сб. «Вопросы термодинамики гетерогенных систем и теории поверхностных явлений», СПб.: Изд-во СПбГУ, Вып. 10, 1996, — С.153−177.
  53. А.В., Шульц М. М. Об изменении химических потенциалов и парциальных давлений компонентов тройных двухфазных систем при изотермо-изобарическом изменении составов. // Вестн. ЛГУ. 1954, № 11.-С. 153−165.
  54. М.М., Сторонкин А. В., Маркова Т. П. Исследование химических потенциалов и коэффициентов активности компонентов бинарных твердых растворов методом третьего компонента. // ЖФХ -1958. -Т.32., № 11. С.2518−2523.
  55. Schmeling P. Radiochemical Measurements of the Activity Coefficients in the Solid Solution SrC03-BaC03 // Svensk Kemisk Tidskrift -1953-Arg.65, № 7-S. 123−135.
  56. А.В. Метод Шмелинга. Ошибки вывода и использования. //ЖОХ- 1995.-Т.65, № 11 .-С. 1766−1772.
  57. А.Н., Литвак A.M., Моисеев К. Д., Чарыков Н.А., Шерстнев
  58. B.В., Яковлев Ю. П. О построении кривых кристаллизации в четы-рехкомпонентных полупроводниковых А3В5 системах InGaAsSb и InGaAsP. // Журн.прикл.химии. 1990.-Т.63, № 5.-С.976−981.
  59. Н.А., Пучков Л. В., Шведов Д. Н., Дибров Л. А., Слободов А. А. Алгоритм расчета равновесных составов и масс фаз в многокомпонентных растворах электролитов. //Геохимия 1992- № 61. C. 901−904.
  60. Н.С. Численные методы. М., Наука, 1973−631с.
  61. Reardon E.J. Ion Interaction Model Applied to Equilibria in the NiS04-H2S04-H20 System. // J. Phys. Chem. 1989. — V.93, № 11 -P.4630−4636.
  62. Rard J.A., Miller D.G. Isopiestic Determination of the Osmotic Coefficients of Aqueous Na2S04, MgS04, and Na2S04-MgS04 at 25 °C. // J. Chem. Eng. Data. 1981. — V.26, № 1. -P.33−38.
  63. B.K., Федоров Ю. А. Применение уравнений Питцера к расчету диаграмм растворимости систем, подчиняющихся правилу Здановского. // Докл. АН СССР. 1983. — Т.273, № 2. — С.393−396.
  64. Dufet Н. Sur la variation des indices de refraction dans des melanges de sels isomorphes. // Compt. Rend. 1878. — V.86. -P.881−884.
  65. Benrath A., Neumann E. Uber Mischkristalle inder Vitriolreihe. V. Mit 5 Abbildungen im Text. // Z. anorg. allgem. Chem. 1939. — Bd.242, Heft 1.-S.70−78.
  66. О.С. Р1вноваги в систем! MgS04-NiS04-H20. Частина I. Ьотерми розчинноси. // Х1м1чний зб1рник Льв1 В. ДУ. 1958. — Т.46, Вип.5. — С.91−106.
  67. Ojkova Т., Balarew Chr., Makarow L. Untersuchung des Systems Ni-kelsulfat-Magnesiumsulfat-Wasser bei 25 °C. // Z. phys. Chem. (Leipzig). 1975. — Bd.256, № 6. — S.890−896.
  68. Christov Chr., Petrenko S., Balarew Chr., Valyashko VI. Calculation of the Gibbs Energy of Mixing in Crystals Using Pitzer’s Model. // J. Solution Chem. 1994. — V.23, № 7 — P.795−812.
  69. Novotny P., Sohnel O. Densities of Binary Aqueous Solutions of 306 Inorganic Substances. //J. Chem. Eng. Data.-1988.-V.33, № 1. -P.49−55.
  70. O.B., Мальцева Э. С., Румянцев A.B., Пучков Л. В. Термодинамическое исследование систем Ni2+, Me2+||S042-H20 (Me=Mg, Zn) при 25 °C. // ЖФХ 2001.-Т.75, № 3.-С.407-^13.
  71. Хр., Добрева П., Ойкова Т. Изследване на системите MgS04-ZnS04-H20, MgS04-CoS04-H20, MgS04-FeS04-H20 при 25.0°С. // Год. ВХТИ Бургас. 1973. -Т.10. -С.523−534.
  72. В.Г., Кость Л. Л. Система (NH4)2S04-MgS04-ZnS04-H20 при 25 °C.//ЖНХ-1967.-Т.12,№ 4.-С.1069−1074.
  73. Т., Баларев Хр., Макаров Л. Л. Термодинамическое исследование систем MgS04-CoS04-H20 и MgS04-ZnS04-H20 при 25°С. // ЖФХ 1976. — Т.50, № 2. — С.347−352.
  74. Kalinkin A.M., Rumyantsev A.V. Termodynamics of Phase Equilibria of the K2S04-Rb2S04-H20 Systems at 25 °C.//J. Solution Chem. 1996.-V.25, № 7. -P.695−709.
  75. Ojkova Т., Makarow L., Balarew Chr., Miloshova M. Thermodynamis-che Untersuchung des Systems Zinksulfat-Nikelsulfat-Wasser bei 25 °C //Z. phys. Chem. (Leipzig). 1974. -Bd.255, № 3. — S.453−463.
  76. A.H., Трушникова JI.H. Термодинамика твердых растворов MCl-MBr. //ЖНХ- 1966. -Т.11, № 10. С.2331−2339.
  77. А.Н. Очерки о термодинамике водно-солевых систем. Новосибирск: Наука, 1976. С. 123−125.
  78. Э., Пик И., Фрид В., Вилим О. Равновесие между жидкостью и паром. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. С.94−97.
  79. О.В., Пучков Л. В., Румянцев А. В. Термодинамическое исследование системы Mg2+, Zn 2+||S042~-H20 при 25°С. // ЖФХ -2001.-Т.75, № 2.-С.218−224.
  80. Rard J.A., Platford R.F. Experimental methods: isopiestic. // Activity Coefficients in Electrolyte Solutions. 2nd ed. / Ed. Pitzer K.S. CRC Press, 1991. — P.208−277.
  81. Л. П. Термодинамическое моделирование открытых фазовых процессов (испарение и кристаллизация) в многокомпонентных водно-солевых системах: Дис.канд. хим. наук -СПб., 1996. -178 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!