Реферат: Термодинамико-топологический анализ - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Термодинамико-топологический анализ

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 125 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

8 Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Кафедра химии и технологии основного органического синтеза РЕФЕРАТ по курсу: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ Выполнил: студент группы БМ -65Степанов В.Н . Проверил: д. т. н., профессорТимошенко А.В. Москва 2008г. ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Термодинамико-топологический анализ структур диаграмм фазового равновесия 3 2. Закономерности векторного поля нод и скалярного поля равновесных температур. Уравнение их взаимосвязи 4 Вывод 13 Список литературы 14 1. Термодинамико-топологический анализ структур диаграмм фазового равновесия В промышленности основного органического и нефтехимического си н теза для технологий получения различных продуктов характерны крупното н нажность производства, широкий ассортимент получающихся веществ, кот о рые используются в том числе в дальнейших синтезах, высокие требования к качеству получаемых продуктов. Поэтому при разработке технологии бол ь шая роль принадлежит блоку разделения реакционной смеси. В производствах основного органического и нефтехимического синтеза применяются практически все известные методы разделения многокомп о нентных смесей на чистые компоненты или фракции, имеющие товарную ценность. Это обусловлено постоянным расширением номенклатуры проду к тов промышленного органического синтеза, широким диапазоном свойств синтезируемых веществ и повышением требований к их чистоте. Однако о д ним из основных процессов разделения многокомпонентных жидких смесей является ректификация, так как данный процесс отвечает специфике ра с сматриваемой отрасли промышленности. Блок разделения является самым энергоемким. Энергозатраты на ра з деление зависят от технологической схемы разделения, а выбор той или иной схемы определяется физико-химическими и химическими свойствами как отдельных компонентов, так и разделяемых смесей в целом. На различных стадиях разделения смесей любой сложности выделяются фракции, соде р жащие разное число компонентов, которые, в свою очередь, также подверг а ются разделению. В связи с этим возникает необходимость в исследовании физико-химических свойств всех смесей, составляющих первоначальную сложную смесь. Синтез технологической схемы разделения многокомпонентной азе о тропной системы – сложная многоуровневая задача. Первым этапом ее реш е ния является метод термодинамико-топологического анализа (ТТА) структур диаграмм фазового равновесия. Этот метод впервые был предложен Сераф и мовым Л.А. [1] и рассмотрен в [3-6]. ТТА базируется на теоремах о локал ь ных и нелокальных закономерностях структур диаграмм фазового равнов е сия, то есть включает в себя закономерности соотношения неподвижных ст а ционарных точек векторных полей нод и особых точек скалярных полей ра з личных свойств, обусловленных физико-химическими свойствами разделя е мой смеси. При ТТА выявляются все возможные ограничения на те или иные варианты разделения данной смеси. 2. Закономерности векторного поля нод и скалярного поля равновесных температур. Уравнение их взаимосвязи Фазовое равновесие жидкость– пар многокомпонентных смесей можно рассматривать в диаграммах, отражающих зависимости скалярных свойств от вектора состава, и в диаграммах, отражающих закономерности векторного поля нод жидкость– пар. Рассмотрим закономерности векторного поля нод. Представим фазовое равновесие некоторой многокомпонентной смеси в общем виде как функцию отображения множества (т.е. симплекса) сост а вов одной фазы в множество (т.е. симплекс) составов другой фазы : ,(1) где означает, что каждому составу первой фазы , который характ е ризуется набором концентраций компонентов , ставится в соответствие термодинамически равновесный ему состав второй фазы , к о торый характеризуется своим набором концентраций . Данное соответствие обеспечивается для бинарной смеси построением кривой равновесия жидкость– пар. Для многокомпонентной смеси такое п о строение в принципе невозможно. Основой, позволяющей осуществить различные процессы разделения, является то, что в общем случае составы равновесных фаз различаются. Ст е пень этого различия в бинарных смесях определяется степенью удаления кривой фазового равновесия от диагонали в диаграмме . Пример кр и вых фазового равновесия жидкость– пар для бинарных зеотропных и азе о тропных смесей приведен на рис.1. 1 2 3 Рис.1. Кривые фазового равновесия жидкость– пар бинарных зеотро п ных (1) и азеотропных смесей: с минимумом (2) и максимумом (3) темпер а туры кипения. Для многокомпонентных смесей, совместив концентрационный си м плекс одной фазы на концентрационный симплекс другой, соединим равн о весные фазы некоторыми отрезками, указанная степень отличия будет опр е деляться длиной каждого отрезка. Отрезки такого типа называются равн о весными нодами. С учетом того, что энтропия жидкой фазы (1) меньше, чем энтропия паровой фазы (2), будем считать, что вектор ноды будет направлен от состава жидкости к составу пара, и наоборот. Таким образом, нода – это некоторый вектор, получаемый как разность состава фаз: ,(2) Противоположно направленный вектор называется ренодой. (3) Совокупность нод образует в совмещенном концентрационном си м плексе некоторое векторное поле, покрывающее весь симплекс или его часть. Точки, в которых длина вектора ноды равна нулю, а направление его неопределенно, называются неподвижными точками функции отображения или особыми точками диаграммы фазового равновесия. К таким точкам о т носятся, например, в случае фазового равновесия жидкость– пар точки, соо т ветствующие чистым компонентам, и точки, соответствующие бинарным, тройным, четверным и другим азеотропам. В этих точках составы равнове с ных фаз равны друг другу, а для случая азеотропов в соответствии с законом Гиббса– Коновалова наблюдается экстремум температуры (при закрепленном давлении) или давления (при закрепленной температуре) [2]. Различают несколько типов особых точек, каждому из которых соо т ветствует определенный ход дистилляционных линий. Например, для случая трехкомпонентных смесей в случае узловых точек все траектории сходятся в особой точке (устойчивый узел) или выходят из нее (неустойчивый узел). В случае седел – часть траекторий сходятся к особой точке, часть – выходят из нее и часть траекторий имеют в окрестности особой точки гиперболический ход, сначала приближаясь к ней, а потом удаляясь от нее. На рис.2 показан ход дистилляционных линий в окрестностях особых точек различных типов. (а) (б) (в) Рис.2. Особые точки траектории дистилляции в трехкомпонентных системах: (а) – неустойчивый узел; (б) – устойчивый узел; (в) – седло. Фазовое равновесие жидкость– пар многокомпонентных смесей можно рассматривать в диаграммах, отражающих зависимости скалярных свойств от вектора состава. На диаграммах состав– свойство для n -компонентной двухфазной системы любое свойство, выраженное некоторой скалярной в е личиной, не зависящей от времени, индуцирует над концентрационным си м плексом непрерывное стационарное скалярное поле, структура которого у с ложняется с увеличением компонентности системы. Скалярное стационарное поле равновесных температур может быть представлено и в векторном виде с помощью вектора-градиента. Этот вектор всегда направлен в сторону на и большего возрастания поля (в данном случае поля температур) ортогонально к многообразию уровня. Вектор-градиент характеризуется набором частных производных величины свойства (температуры) по концентрациям комп о нентов: (4) Производная этого градиента по времени равна нулю, что отражает стационарность рассматриваемого поля: (5) Использование градиента позволяет представить скалярное поле в виде некоторых линий, в каждой точке которой направление касательной к этой линии задается градиентом, то есть мгновенная скорость продвижения по т а кой линии численно равна градиенту. Мгновенное изменение вектора сост а ва, равное dX , будет также вектором, принадлежащим концентрационному симплексу и коллинеарному градиенту. Следовательно, имеем следующую функциональную зависимость: (6) Или теоретически можно представить себе движение фигуративной точки в поле градиента температуры, при котором в каждой точке траект о рии градиент лежит на касательной прямой к этой траектории. Такое движ е ние описывается системой уравнений вида [6]: (7) Дифференциал температуры в общем виде представляется как скаля р ное произведение градиента температуры на вектор изменения состава одной из фаз. Для жидкой фазы: (8) Согласно уравнению (8), равенство нулю дифференциала равновесной температуры будет реализовываться в двух случаях: 1) Вектор-градиент равновесной температуры равен нулю , то есть равны нулю все частные производные скалярной величины по пер е менным концентрациям компонентов. Этот случай характеризует особую точку температурной поверхности размерности , которая может быть минимумом, максимумом, минимаксом. 2) Векторы и ортогональны друг другу, и их произведение равно нулю. Это условие соответствует движению вдоль изотермоизобарич е ского многообразия, вдоль которого и . Уравнение Ван-дер-Ваальса– Сторонкина [7] – это математическая м о дель, описывающая равновесное распределение всех компонентов между ф а зами и устанавливающая соответствие между параметрами фазового перех о да. Также это уравнение фазового обмена, связывающее фазовые эффекты (объемный, энтропийный, эффект химических потенциалов), которые отр а жают локальное поведение системы при переходе бесконечно малого кол и чества одной фазы в конечное количество другой фазы. В общем виде для двухфазной -компонентной системы уравнение Ван-дер-Ваальса– Сторонкина записывается так [ 7]: (9) Уравнение связи между векторным полем нод и скалярным полем ра в новесных температур [3, 6, 8] позволяет легко анализировать фазовое равн о весие для многокомпонентных смесей. Данное уравнение записывается как система уравнений в частных производных и при имеет следующий вид: (10) Для случая : ,(11) где – изменение энтропии при фазовом дифференциальном пер е ходе бесконечно малого количества смеси из жидкости ( ) в пар ( ); – изменение объема при фазовом дифференциальном переходе бесконечно малого количества смеси из жидкости ( ) в пар ( ); – вторые производные изобарно-изотермического потенциала Гиббса для жидкой ( ) фазы; – концентрации -компонента в жидкой и паровой фазе соответственно. В общем виде уравнения (10) и (11) можно представить так [3, 6, 8]: ,(12) (13) С помощью оператора в уравнениях (1.13) и (1.14) связывают ве к тор-ноду жидкость– пар и градиент температуры (при ) или градиент давления (при ). На рис.3 приведена общая картина расположения векторов, взаимосвязанных уравнением фазового обмена [8]. Как видно, в первом случае векторы ноды и градиента температур н а правлены в разные стороны и образуют между собой тупой угол; во втором – векторы ноды и градиента давлений направлены в одну сторону и образуют между собой острый угол, что объясняет знак "– " в уравнении (10). После действия оператора G вектор ноды изменяет свое направление и модуль и становится вектором . Вектор градиента после умножения на скалярный множитель изменяет свой модуль и также становится равным по величине вектору . (а) (б) Рис.3. Взаимное расположение изотермоизобарического многообразия, векторов ноды жидкость– пар и градиентов температуры (а) и давления (б) в трехкомпонентных системах. Из сравнения уравнений (10) и (11) следует частный вывод. Для нек о торого вектора состава жидкой фазы отнимем одно уравнение от другого. При определенных и получим следующий результат [8]: (14) или: (15) Поскольку и – некоторые скалярные множители, то для з а крепленного состава системы градиенты стационарного поля температур к и пения при и градиенты стационарного поля давлений при колинеарны. Последнее согласуется с физическим смыслом, так как в этом случае точка состава смеси принадлежит определенному изотермоизобарич е скому многообразию, которое является многообразием уровня как для те м пературы, так и для давления. Однако векторы имеют разный знак, и их л и нейная (в точке) комбинация всегда равна нулю: (16) Следовательно, эти два вектора всегда лежат на одной прямой, ортог о нальной многообразию уровня, и имеют противоположное направление. Подробное исследование уравнений (10) и (11) было проведено в [8]. Отмечено, что полученные результаты можно использовать для выявления различных корреляций и тонких закономерностей фазового равновесия жи д кость– пар в многокомпонентных системах, в частности: - для определения взаимосвязи топографического представления ра в новесной температуры кипения смеси и хода -линий, в том числе едини ч ных; - для определения экстремумов температуры (давления) по направл е нию; - для корреляции хода изотермоизобар и коэффициентов распредел е ния компонентов; - для получения некоторых общих выводов относительно различных термодинамических свойств путём исследования полученных уравнений в избыточных функциях. Подробное исследование свойств скалярных полей равновесных те м ператур двухфазных трехкомпонентных систем было проведено в [9-11]. Вывод Таким образом, можно сделать вывод, что исследование особенностей хода векторного поля нод и скалярного поля равновесных температур позв о ляет установить уравнение их взаимосвязи. Анализ уравнения и экспериме н тальные исследования показывают, что в случае идеальной паровой фазы н а блюдается совпадение хода единичных б- многообразий и многообразий у с ловных экстремумов поверхности равновесных температур конденсации. Изучение хода складок на поверхности равновесных температур многоко м понентных смесей играет определяющую роль в процессе экстрактивной ректификации. Уравнение взаимосвязи позволяет существенно оптимизир о вать разработку химико-технологических процессов на этапе качественного анализа, когда выявляются особенности структуры концентрационного пр о странства исходной разделяемой смеси, обуславливающие выбор схемы пр о цесса. Список литературы 1. Серафимов Л.А. Теоретические принципы построения технологич е ских схем ректификации неидеальных многокомпонентных смесей // Авт о реф. докт.д.исс. – М.: МИТХТ. 1968. -44 с. 2. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилл я ции и ректификации. – Л.: Химия. 1975. -239 с. 3. Серафимов Л.А. Термодинамико-топологический анализ и проблемы разделения многокомпонентных полиазеоторопных смесей // Теорет. основы хим. технологии. 1987. Т.21. № 1. сс.74– 85. 4. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учебное пособие для вузов. – М.: Химия. 1992. -452 с. 5. Серафимов Л.А., Тимофеев В.С., Писаренко Ю.А., Солохин А.В. Технология основного органического и нефтехимического синтеза. Совм е щенные процессы. – М.: Химия. 1993. -412 с. 6. Серафимов Л.А. Термодинамико-топологический анализ диаграмм гетерогенного равновесия многокомпонентных смесей // Журн. физ. химии. 2002. Т.76. № 8, сс.1351– 1365. 7. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. В 2 ч.Л.: ЛГУ. 1967. -447 с. 8. Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Исследование модифицированной формы уравнения Ван-дер-Ваальса– Сторонкина // Теорет. основы хим. те х нологии. 1999. Т.33. № 4. сс.341– 349.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Мама с дочкой в магазине:
- Доченька, тебе что-нибудь купить?
- Да!
- Что?
- Пока не знаю, но... два!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru