Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование, анализ и моделирование процессов сокристаллизации методами термодинамики необратимых процессов и теории информации

Диссертация: Исследование, анализ и моделирование процессов сокристаллизации методами термодинамики необратимых процессов и теории информации
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Вопросы фракционирования компонентов в гетерогенных системах имеют коренное значение для самых разнообразных отраслей науки, а также производственной и аналитической практики. При осуществлении процессов фракционирования приходится сталкиваться с различными родственными между собой задачами. В одних случаях преследуется цель более или менее полного выделения соединений отдельных элементов или… Читать ещё >

Исследование, анализ и моделирование процессов сокристаллизации методами термодинамики необратимых процессов и теории информации (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Сокристаллизация. Основные понятия, задачи, этапы развития
      • 1. 1. 1. Практическое значение кристаллизации
      • 1. 1. 2. Основные направления исследований в области сокристаллизации
      • 1. 1. 3. Понятие сокристализации
      • 1. 1. 4. Анализ процеса сокристаллизации
      • 1. 1. 5. Термодинамика процесса
      • 1. 1. 6. Стадии массовой кристаллизации
      • 1. 1. 7. Распределение кристаллов по размерам в условиях сокристаллизации
    • 1. 2. Количественное описание процесса сокристаллизации
      • 1. 2. 1. Влияние условий кристаллизации на процес захвата примесей
      • 1. 2. 2. Балансовые уравнения сокристаллизации
      • 1. 2. 3. Расчет коэффициентов сокристаллизации
      • 1. 2. 4. Выводы по разделам 1.1. и
    • 1. 3. Кристаллизация иодата лития и гипофосфита натрия
      • 1. 3. 1. Физические и химические свойства иодата лития
      • 1. 3. 2. Способы получения иодата лития
      • 1. 3. 3. Физические и химические свойства гипофосфита натрия
      • 1. 3. 4. Анализ существующих методов получения гипофосфита натрия
      • 1. 3. 5. Выводы по разделу
    • 1. 4. Постановка задачи исследования
  • Глава 2. Термодинамический анализ процессов кристаллизации и сокристаллизации. Законы распределения макро- и микрокомпоенетов при сокристаллизации
    • 2. 1. Термодинамический анализ процессов кристаллизации и сокристаллизации
    • 2. 2. Законы распределения макро- и микрокомпонетов при сокристаллизации
      • 2. 2. 1. Вариант 1. Полное термодинамическое равновесие
      • 2. 2. 2. Вариант 2. Равновесие по примеси
      • 2. 2. 3. Вариант 3. Равновесие по основному веществу
    • 2. 3. Выводы по главе
  • Глава 3. Исследование и математическое моделирование процесса кристаллизации гипофосфита натрия и соосаждения фосфита натрия
    • 3. 1. Экспериментальное исследование процесса кристаллизации гипофосфита натрия и соосаждения фосфита натрия
    • 3. 2. Материальный баланс
    • 3. 3. Методики определения и расчета концентраций веществ во всех фазах
      • 3. 3. 1. Методика определения концентраций веществ, входящих в исходный раствор гипофосфита натрия
      • 3. 3. 2. Методика определения процентного содержания компонентов, входящих в состав оксалата натрия
      • 3. 3. 3. Методика расчета процентного содержания компонентов, входящих в маточный раствор
      • 3. 3. 4. Расчет процентного содержания веществ в готовом продукте
      • 3. 3. 5. Методика определения Р (I)
      • 3. 3. 6. Методика определения Р (III)
    • 3. 4. Исследование влияния рН раствора на содержание примеси
    • 3. 5. Кинетика процесса совместной кристаллизации гипофосфита и фосфита натрия из их водных растворов
    • 3. 6. Создание математической модели
    • 3. 7. Результаты расчета математической модели процесса кристаллизации гипофосфита натрия и соосаждения фосфита натрия
    • 3. 8. Оптимизация процесса кристаллизации гипофосфита натрия
    • 3. 9. Выводы
  • Глава 4. Исследование и математическое моделирование процесса кристаллизации иодата лития и сокристаллизации иодата железа
    • 4. 1. Создание математической модели
    • 4. 2. Технологическая схема производства иодата лития
      • 4. 2. 1. Предварительная очистка исходного раствора
      • 4. 2. 2. Дополнительная очистка исходного раствора
      • 4. 2. 3. Регенерация кристаллов иодата лития
      • 4. 2. 4. Выращивание монокристалла
    • 4. 3. Выводы
  • Глава 5. Создание информационной системы по процессам сокристаллизации
    • 5. 1. Основные правила и законы, заложенные в ИС
    • 5. 2. Структура ИС
    • 5. 3. Практическая реализация ИС
    • 5. 4. Выводы по главе 5

Вопросы фракционирования компонентов в гетерогенных системах имеют коренное значение для самых разнообразных отраслей науки, а также производственной и аналитической практики. При осуществлении процессов фракционирования приходится сталкиваться с различными родственными между собой задачами. В одних случаях преследуется цель более или менее полного выделения соединений отдельных элементов или групп элементов из их смесей при сравнимых исходных концентрациях компонентов. В других случаях речь идет о концентрировании микропримесей путем их извлечения из массы основного вещества. Наконец, большое и все возрастающее значение имеет очистка веществ от загрязняющих примесей.

Разделение и очистка веществ, а также концентрирование микропримесей можно осуществлять разнообразными приемами. Широко распространенными до сих пор способами являются: кристаллизация, осаждение из растворов, дистилляция и ректификация.

Наиболее простым способом очистки веществ в промышленной и препаративной практике является кристаллизация из растворов. Кристаллизацией обычно завершается получение почти всякого чистого и высокочистого вещества, и существенно важно добиться на этой стадии максимального дополнительно эффекта. Наконец, исследования закономерностей сокристаллизации могут служить основой для разработки родственных, но значительно более сложных вопросов соосаждения. Разработка законов сокристаллизации и построение на их основе моделей сокристаллизации дает возможность определить содержание примеси в кристалле и выбрать оптимальный режим очистки от примеси.

Существующий в настоящее время подход к рассмотрению процессов сокристаллизации из примесей основывался на законах, полученных методами равновесной 5 термодинамики. В то же время в работах не рассматривалось, как система подходит к равновесию, что приводило к ошибкам при составлении математических моделей.

По этим причинам в первую очередь внимание было обращено на разработку теоретических основ процессов разделения и очистки веществ путем кристаллизации из растворов, а именно на термодинамическое доказательство основных законов, присущих сокристаллизации, и применимость их для расчетов сокристаллизации для большого ряда веществ при различных условиях проведения процесса.

Для построения математических моделей сокристаллизации необходимо иметь понятие о механизме захвата примеси, а для построения уравнений межфазового массопереноса надо знать движущие силы кристаллизации и сокристаллизации.

Во всех математических моделях для сокристаллизации используется коэффициент распределения микрои макрокомпнентов между фазами. Отсутствие единой справочной информации, невозможность рассчитать коэффициенты распределения через стандартные химические потенциалы веществ, а также появление современных работ по теории сокристаллизации из растворов, в которых получены уравнения для определения коэффициентов распределения компонентов в фазах через растворимости, подводит к необходимости создания информационной системы по сокристаллизации, способной выдать качественную и количественную оценку по процессу сокристаллизации из растворов.

Решение этих задач и определило содержание данной диссертационной работы, выполненной на кафедре кибернетики химико-технологических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Работа поддерживалась грантами: российских фондов (РФФИ 93−03−18 690 (19 931 995г)) — госкомитета РФ по высшему образованию «химическое и нефтехимическое машиностроение» 7.1−14−94/95 (1994;1995г) — международного фонда ПЧТАЗ грант N971−30 770. 6.

Автор выражает благодарности своему научному руководителю д.т.н. проф. Кольцовой Э. М. за огромную поддержку и руководство в процессе выполнения данной диссертации, зав каф КХТП проф. Гордееву Л. С за помощь, оказанную на этапе написания работы, с.н.с. к.т.н Васильевой Л. В. за предоставленный экспериментальный материал и огромную помощь при его обработке. 7.

Гпава 1. Литературный обзор.

5.4. Выводы по главе 5.

На основании вышеизложенного материала можно сделать следующие выводы:

1. Система может дать качественную оценку возможности протекания процесса сокристаллизации в случае изоморфных либо изодиморфных компонентов.

2. Дать справочную информацию о количественных оценках процесса, т. е. выдать определенные опытным путем коэффициенты сокристаллизации, на основании данных заложенных в систему с указанием источника, откуда они получены.

3. Рассчитать равновесные коэффициенты в случае, если они отсутствуют в БД для тех случаев, когда это возможно, либо дать приблизительную величину коэффициентов, когда не хватает данных для точного расчета.

4. На основании равновесных коэффициентов рассчитать практические коэффициенты сокристаллизации для заданных условий процесса, либо выдать уже готовые коэффициенты рассчитанные ранее или определенные лабораторным путем.

Т.е. выполняет все поставленные перед ней задачи.

Заключение

.

1.На основании анализа движущих сил кристаллизации в растворах получены основные соотношения для кристаллизации и сокристаллизации.

2. Выведен закон «½», который успешно работает в случае равновесия только по примеси.

3. Определена область, где возможно применять закон Нернста по микрокомпоненту.

4. Получено представление о механизме роста кристалла гипофосфита натрия и механизме захвата примеси. Выведена математическая модель для процесса кристаллизации гипофосфита и сокристаллизации фосфита натрия. Модель описывает процесс с отсутствием равновесия по примеси за счет окклюзии. Предложен оптимальный темп охлаждения.

5. Получено представление о механизме роста кристалла иодата лития. Разработана математическая модель процесса роста монокристалла иодата лития. Получена зависимость для концентрации микропримеси вблизи кристалла, находящейся в равновесии с микро примесью в кристалле. Модель описывает неоднородность распределения микропримеси в кристалле в силу удаленности движущей силы сокристаллизации от равновесия. Предложен оптимальный режим роста монокристаллов.

6.Получены уравнения для определения коэффициента равновесной сокристаллизации из растворов, выведены ограничения для применения данных правил, произведена проверка соответствия правил эксперименту.

7. На основании всего полученного материала создана информационная система по процессам сокристаллизации, предназначенная для широкого использования во многих областях химии и химической промышленности. Проведена работа по проверке адекватности данных полученных при помощи ИС и экспериментальными методами.

8.Пред ставленные результаты были опубликованы в ряде работ [93−100].

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.Г., Избр. Труды, 1, Изд. АН СССР, М.-Л., 1957.
  2. Doerner H. A. Hoskins W. M., J. Amer. Chem. Soc., 47, 662, 1925.
  3. Hahn О., Chem. Ber., 59, 2014, 1926.
  4. Л. H., Кристаллизация из растворов в химической промышленности. -М.: Химия, 1968.
  5. И. В., Меркулова М. С., Сокристаллизация. М.: Химия, 1975.
  6. . Д., Аллахвердов Г. Р., К вопросу о терминологии в области кристаллизации из растворов в многокомпонентных системах. В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 206.
  7. Балариев X Исследование сокристаллизации из растворов. Автореферат на соискание ст. д.т.н., АН НРБ, София 1985
  8. B.C. Энергетическая кристаллохимия, М., Наука, 1975.
  9. Nyvlt J., Mullin J. W., Kristall und Technik, vol. 9, № 2, 1974, p. 141 155.
  10. Г. Р., Степин Б. Д., Формальная термодинамика сокристаллизации веществ растворов. В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 60.
  11. . Д., Современное состояние термодинамики фазовых равновесий при кристаллизации солей. В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 70.
  12. В. Н., Уфимцев В. Б., Термодинамика растворов и коэффициенты распределения компонентов при кристаллизации. В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 85.120
  13. Г. Р., Степин Б. Д., О возможности вычисления термодинамического коэффициента сокристаллизации В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 66.
  14. . Д. и др., Коэффициенты сокристаллизации, В сб. Массовая кристаллизация. Научные труды, Выпуск I, М.: 1975, с. 190.
  15. А. А., некоторые приложения термодинамики регулярных растворов II. Оценки коэффициентов распределения микропримесей при кристаллизации. -Журнал физической химии, № 8, 1978, с. 1957.
  16. Ив., Факиров Ст., Химия и физика на полимерите.: София, Наука и изкуство, 1982 г.
  17. Мс. Cabe W. L., Smith J. С., Unit operations of chemical engineering, McGrow-Hill Inc., New York, 1967.
  18. Epstein M. A. F., Sowul L., Phase Space Analysis of Limit-Cyclo development in CMSMPR Crystallizers Using Tree-Dimensional Computer Graphics Design, Control and Analysis of Crystallization Processes, AIChE Symposium series, 1980.
  19. Garside J., Industrial Crystallization. Chemical Engineering Science, Vol. 40, № 1, 1985, pp. 3−26.
  20. Bourne J. R., Zabelka M., The Influence of Gradual Classification on Continuous Crystallization. Chemical Engineering Science, Vol. 35, 1980, pp. 533 — 543.
  21. Karpinski P. H., Importance of the Two-Step Crystal Growth Model. Chemical Engineering Science, Vol. 40, № 4, 1985, pp. 641 — 646.
  22. Helt J. E., Larson M. A., Effects of temperature on the Crystallization of Potassium nitrate by Direct Measurement of Supersaturation. AIChE Journal, № 11, 1977.
  23. Karpinski P. H., Crystallization as a Mass Transfer Phenomenon. Chemical Engineering Science, Vol. 35, 1980, pp. 2321 -2324.121
  24. Garside J., Tavare N. S., Non-isothermal Effectiveness Factors for Crystal Growth. -Chemical Engineering Science, Vol. 36, 1981, pp. 863 866.
  25. Nyvlt J., Broul M., System Constants and Its Significance in Industrial Crystallization. -Collection Czechoslov. Chem. Commun, Vol. 44, 1979, pp. 3549 3554.
  26. Rousseau R. W., Woo R., Effects of Operating Variables on Potassium Alum Crystal Size Distribution. Design, Control and Analysis of Crystallization Processes, AIChE Symposium Series, 1980, 27 — 33.
  27. Juzaszek P., Larson M. A., Influence of Fines Dissolving on Crystal Size Distribution in a MSMPR Crystallizer. AIChE Journal, July, 1977.
  28. H. И., Пеклер A. M., Михин E. В., Мелизсов И. В., Кельнер В. Г., Выбор режима охлаждения при изогидрической кристаллизации в аппаратах периодического действии. В сб. Массовая кристаллизация, Научные труды, Выпуск I, 1975,1. 128- 134.
  29. JI. А., Перекупко Т. В., Жаровский И. В., Исследование влияния растворимых минеральных примесей на кинетику кристаллизации солей из растворов. -Журнал прикладной химии, 1975, Хд. 6, с. 923 925.
  30. Г. И. и др., Фракционирование микропримесей в процессах кристаллизации йодата лития из водно-спиртовых и водных растворов. Журнал прикладной химии, 1975, № 1, с. 142 — 145.
  31. J. М., Richardson J. F., Backhurst J. R., Harker J. H., Chemical Engineering, Volume two, Unit operations, Third edition.
  32. Randolph A. D., Larson M. A., AIChE Journal, vol. 8, 1962, p. 639.
  33. Hulburt H. W., Katz S., Chemical Engineering Science, vol. 19, 1964, p. 555.
  34. Barone J. P., Furth W., Loynaz S., Symplifed Derivation of the General Population Balance Equation for a Seeded Continuous Flow Cristalizzer. The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 58, February, 1980, pp. 137 — 138.122
  35. Brecevic L., Garside J., On the Measurement of Crystal Size Distributions in the Micrometer size Range. Chemical Engineering Science, vol. 36, 1981, pp. 867 — 869.
  36. Melicov I. V., Some characteristics of Chemical Crystallization in Water Purification Process. Chemical Engineering Science, vol. 39, № 12, 1984, pp. 1707 — 1713.
  37. Rovang R. D., Randolph A. D., On line partcle Size Analysis in the Fines Loop of a KCI Cristallizer Control and Analysis of Crystallization Processes, AIChE Symposium Series, № 193, Vol. 76, pp. 18 — 25.
  38. Randolph A., Beckman J., Kraljevich Z., Crystal Size Distribution Dynamics in a Classified Crystallizer. AIChE Journal. Joly, 1977.
  39. Toussaint A. G., Donders A. J. M., The Maxing Criterion in Crystallization by Cooling. -Chemical Engineering Science, vol. 29, 1974, pp. 237 245.
  40. A. H., Щуппяк И. А., Михалев M. Ф., Кристаллизация в дисперсных системах, Химия, Ленинград, 1986.
  41. В. В., Дорохов И. Н., Кольцова Э. М., Системный анализ процессов химической технологии. Процессы массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы. М.: Наука, 1983.
  42. Э. М., Системный анализ массовой кристаллизации из растворов (на примере кристаллизации щавелевой кислоты): Дис.. .канд. техн. наук — М., 1978.
  43. Хай Ле Суан., Моделирование и оптимизация процессов массовой кристаллизации из растворов на основе метода пространственного осреднения: Дис.. .канд. техн. наук-М., 1982.
  44. О. М., Себалло В. А., Гольцикер А. Д., Массовая кристаллизация из растворов, Ленинград, Химия, 1984.
  45. I. V., Berliner L. В., Symylation of batch crystallization. Chemical Engineering Science, vol. 36, 1981, pp. 1021 — 1034.123
  46. Svarovsky L., Characterization of Particles Syspended in Liquids, Solid Liquid Separation. — Chemical Engineering Series, Butterworths, 1977.
  47. Pohoreski R., Baldyga J., The Use of a New Model of Micromixing for Determination of Crystal Size in Precipitation. Chemical Engineering Science, vol. 38, 1983, № 1, pp. 79 -83.
  48. Seppa I., Norden H., Paasikoski O., Pilot-plant Investigation of Crystallization. -Kemian Teollissus, 1970, Vol. 27, № 8, pp. 521 532.
  49. К. M., исследование поведения примеси при выращивании кристаллов из растворов. В сб. Массовая кристаллизация, Научные труды, М.: 1975, с. 44.
  50. . Д. и др. В сб. Массовая кристаллизация, Научные труды, М.: 1975.
  51. И. В., Михин Е. В., Пеклер А. М., В сб. Массовая кристаллизация, Научные труды, М.: 1975, с. 144.
  52. Van Waser J. R., Encyclopedia of Chemical Technology, Intercience Publishers, -N, -V, 1953,-vlO-p 488−494.
  53. Mellor J.W., A Comprehevsive Treatise on inorganic and Theoretical Chemistry, London, 1928, -v8, -p879.
  54. Topley В., Raistrick В., Yorpe’s Dictionary of Applied Chemistry, London, 1947, v9 p502−508.
  55. Uhlir Z., Shoole S., Benes J., Chem. Drum. 1958, v8, p291.
  56. Novotny Y., Pelev V., Chem. Drum. 1958, v8, p291.
  57. И.В., Моргунова Э. М., Еабова Е. Л., Ж.П.Х. 1963, N34, с963.
  58. И.В., Моргунова Э. М., Габова Е. Л., Ж.П.Х. 1963, N34, с1873.
  59. Патент 322 981 Швейцарии, 361,1957.
  60. Патент 442 210 Германии, 12i 25/16, 1927.
  61. Патент 43 621 Японии, МКИ С01 В 251 165, 1971.
  62. Патент 1 119 237 ФРГ, 12i 25/16, 1961.
  63. Патент 2 125 587 ФРГ, 12i 25/16, 1971.
  64. Э.М., Авербух Т. Д. Ж.П.Х., 1967, N2, с274.
  65. Авторское свидетельство 53 855 СССР, МКИ С01 В 25/165, 1937.
  66. Патент 360 378 Швейцарии, 12i 25/16, 1962.
  67. Патент 114 558 ФРГ, 12i 25/16, 1963.
  68. Патент 1 029 809 ФРГ, 12I 25/16,1959.
  69. Авторское свидетельство 126 108 СССР, МКИ С01 В 25/165, 1959.
  70. Патент 1 119 237 ФРГ, 12I 25/16, 1961.
  71. Патент 360 377 Швейцарии, 12i 25/16, 1962.
  72. Патент 364 494 Швейцарии, 12i 25/16, 1962.
  73. Патент 623 763 Японии, МКИ С01 В 25/165, 1987.
  74. Авторское свидетельство 1 214 585 СССР, МКИ С01 В 25/165, 1984.
  75. Патент 54 677 ГДР, 12i 25/16, 1967.
  76. Патент 200 663 ФРГ, 121 25/16, 1971.
  77. Патент 137 799 ГДР, МКИ COI В 25/165, 1971.
  78. Патент 233 746 ГДР, МКИ С01 В 25/165, 1986.
  79. Патент 158 321 ГДР, МКИ COI В 25/165, 1983.
  80. Патент 212 496 ГДР, МКИ COIB 25/165, 1984
  81. Патент 281 086 ГДР, МКИ COIB 25/165, 1990
  82. Авторское свидетельство 891 558 СССР, МКИ COIB 25/165, 1980.
  83. Авторское свидетельство 918 269 СССР, МКИ COIB 25/165, 1980.
  84. Авторское свидетельство 1 161 461 СССР, МКИ COIB 25/165, 1982.125
  85. Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978, с.336
  86. В.В., Дорохов И. Н., Кольцова Э. М. Системный анализ процессов химической технологии. Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах химической технологии М.: Наука, 1988, С 367.
  87. С., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.:Наука 1964 с.456
  88. П., Пригожин И., Термодинамическая теория структуры устойчивости и флуктуации. М. Мир 1971 с. 432.
  89. Пригожин И., От существующего к возникающему, М. Наука, 1985 327с.
  90. Э.М., Горрдеев J1.C., Методы синергетики в химии и химической технологии, М. Химия 1999 с. 253.
  91. И.Е., Основы радиохимии, Л., 1969, 647с.
  92. Э. М. Васильева Л.В. Шилов Н. И. К теории сокристаллизации. // Журнал физической химии г. 73 № 12 1999г с 2129—2133
  93. Koltsova Е.М. Shilov N. I Belyaev N. Vasilenko Violetta A. «To the theory of co-crystallization» 13th international Congress of chemical and process engineering Chisa 98 Praha Czech Rep P3.156
  94. N.I. Shilov, E.M. Koltsova, E.Yu. Kortchagin, Information system for the processes of co-crystallization, 14th International Symposium on Industrial Crystallization, 1999, Cambridge, UK, 12−16 September, p.117.
  95. Э.М., Шилов Н. И., Василенко В. А. Алгоритмическое и программное обеспечение для процессов массовой кристаллизации из растворов. //Программные продукты и системы. N1 1997г. Москва с.37
  96. Э.М., Шилов Н. И. Создание базы данных по коэффициентам сокристаллизации // Тез. докл. 8-ой Моск. конф. Молодых ученых и студентов по химии и химической технологии МКХТ-8 Москва 1994 с.52
  97. Э.М., Шилов Н. И. Создание ИС по процессам сокристаллизации // Тез. докл. 9-ой Моск. конф. Молодых ученых и студентов по химии и химической технологии МКХТ-9 Москва 1995 с.
  98. Э.М., Шилов Н. И., Василенко В. А. ИС по процессам кристаллизации // Тез. докл. 11-ой Моск. конф. Молодых ученых и студентов по химии и химической технологии МКХТ-11 Москва 1997 с.
  99. Э.М. Васильева J1.B. Беляев H.A. Шилов Н. И. Математическое моделирование распределения микропримеси в кристалле // Журнал физической химии в печати127
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!