Моргунова Ольга Евгеньевна. Оптимизация исследования гетерогенных физико-химических систем

Краткое описание

Моргунова Ольга Евгеньевна. Оптимизация исследования гетерогенных физико-химических систем : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04.- Саратов, 2005.- 208 с.: ил. РГБ ОД, 61 05-2/669

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи

МОРГУНОВА Ольга Евгеньевна
ОПТИМИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
02.0. 04 - физическая химия
Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель: засл. деятель науки РФ, профессор, д.х.н. Трунин А.С.,
Самара - 2005
ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения и сокращения
ВВЕДЕНИЕ.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
Сущность комплексной методологии исследования много¬компонентных систем
Взаимосвязь и взаимовлияние развития инструментальных
методов и методологии исследования фазовых диаграмм
Визуально-политермический анализ и метод сечений
Дифференциально-термический анализ и проекционно¬термографический метод проф. A.G. Космынина
Дифференциальная сканирующая калориметрия и; калори¬метрический метод проф. A.G. Космынина
Методы планирования и оптимизации эксперимента при ис¬следовании фазовых диграмм. Моделирование фазовых
комплексов
Метод моделирования характеристик тройных эвтектик по данным об элементах огранения систем низшей мерности
Мартыновой-Сусарева.
Выводы и постановка задачи исследования
ЭЛЕКТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ФАЗОВЫХ ДИА¬ГРАММ
Концепция электронного генератора фазовых диаграмм на
основе метода Мартыновой - Сусарева
Создание баз данных и структура генерации систем
Программа пересчёта концентраций
Описание алгоритма моделирования по Мартыновой - Суса-
і з
2.5. Формирование электронного отчёта. 55
2.6. Запуск программы 56
2.7. Руководство пользователя 57
2.7.1. Интерфейс программы. 57
2.7.2 Рекомендации по установке 63
фг 2.8. Апробация программы на эталонных трёхкомпонентных эв¬тектических системах 63
: 2.8.1. Система К // Cl, S04, W04 64
" 2.8.2. Система Li, Na, Sr//F. 65
2.8.3. Результаты апробации; 67
2.9. Оценка валидности метода компьютерного моделирования.. 69
2.10. Выводы по главе 2 73
3.0. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 75
3.1. Инструментальные методы исследования и классификация
J используемых веществ 75
3.1.1. Визуально — политермический анализ. 76
3.1.2. Аппаратура и методика дифференциального термического
анализа и комплексного ДТА. 79
3.1.3. Рентгенофазовый анализ 82
3.2. Исследование погрешности определения состава и темпера¬туры эвтектики солевых систем. 82
і т
3.3. Моделирование характеристик эвтектик трёхкомпонентных
солевых систем и их экспериментальное подтверждение 84
3.3.1. Система Na//Br,N03)CNS. 85
3.3.2. Система Na // Br, NO3, М0О4 86
3.3.3. Система Na // Br, CNS, СН3СОО 87
3.3.4. Система Cd, Na, Pb // Br 88
3.3.5. Система Na//BO2, Cl, F 90
3.3.6. Система Na // BO2, Cl, SO4 91
Ф1
3.4. Моделирование характеристик эвтектик трёхкомпонентных водно-солевых и органических систем как основы для раз¬работки альтернативных топлив, и их экспериментальное подтверждение.
92
94
95
96
98
99
100
101
102
106
110
110
112
113
115
3.4.1. Система NH4NO3 - KN03 - CO(NH2)2.
З.4.2; Система NH4NO3 - KN03 - NaN03
3.4.3. Система CO(NH2)2~ KNG3 - NaNG3
3:4.4. Система К, NH4//N03-H20.
31.4.5; Система Na, NH4// N03-H20.
3:4.6. Система К, Na // N03-H20.
3.5. Моделирование характеристик эвтектик: стабильных секу¬
щих треугольников четырёхкомпонентных взаимных систем; и их экспериментальное подтверждение.
3.5.1. Моделирование и идентификация древа; фаз четрёхкомпо- нентной взаимной системы Са, Ва // F, Cl, М0О4
3.5.2. Исследование четырёхкомпонентной;взаимной• системы Na, Са, Ва // F, С1.
3.5.3. Моделирование и расчёт эвтектических характеристик ста-бильных секущих треугольников древ фаз ряда четырёхком-понентных взаимных систем.
3.5.3.1. Стабильный секущий треугольник KG1 - CaF2 - BaF2 четы-рёхкомпонентной взаимной системы К, Са, Ва// F, СП
3.5.3.2. Стабильный секущий треугольник NaF - CaF2 - K2W04 че-тырёхкомпонентной взаимной системы Na; К, Са // F, WO4...
3.5.3.3. Стабильный секущий треугольник NaF - КС1 - K2W04 че-тырёхкомпонентной взаимной системы Na, К // F, Cl; WO4....
3.6. Выводы по главе 3
4.0. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭГ В ПРАКТИКЕ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Ф 4.1. Хронометрирование временных и трудовых затрат при ис¬
следовании диаграмм плавкости методом сечений по дан- нымвизуально - политермическим анализа. 117
4.2. Хронометрирование временных и трудовых затрат при ис¬
следовании диаграмм плавкости методом? проекционное - термографическим методом проф. Космынина A.G. по дан¬ным ДТА. 124
4.3. Хронометрирование временных и трудовых затрат при мо¬
делировании характеристик трёхкомпонентных эвтектик ме¬тодом Мартыновой - Сусарева без применения компьютер¬ных технологий 128
4.4. Хронометрирование временных: и трудовых затрат при ис¬
следовании физико - химических; систем с помощью элек¬тронного генератора фазовых диаграмм 130і
4.5. Сравнительный? анализ эффективности применения; различ¬
ных методов ФХА в практике исследования трёхкомпонент¬ных эвтектических физико - химических систем. 132
4.6. Электронный генератор фазовых диаграмм как прототип
справочников и научной литературы по фазовым диаграм¬мам нового поколения. 134
4.7. Области применения электронного генератора фазовых диа¬грамм. 135
4.8. Пути развития идеологии электронного генератора фазовых
диаграмм 136
4.9. Выводы по главе 4. 137
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 139
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 141
Приложения

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Впервые предложена и реализована концепция электронного генерато¬ра фазовых диаграмму позволяющего * автоматизировать процесс моде¬лирования эвтектических характеристик трёхкомпонентных систем.
2. Апробация электронного генератора фазовых диаграмм на 22 эталон¬ных трёхкомпонентных системах показала, что при достаточной точно¬сти вводимых данных об элементах огранения; погрешность моделиро¬вания эвтектик не превышает экспериментальной - в среднем по соста¬вам не более 3 % , по температуре — менее 2 %.
3. С использованием электронного генератора впервые изучен ряд трех¬компонентных солевых эвтектических систем: Na // Br, N03, GNS; Na // Br, NG3,Mo04; Na // Br, CNS, GH3GOp;.Gd, Na,-Pb // Bf; Ш /ГЪХГ2, Gi; F; Na // BO2, Cl, SO4, получены; характеристики? эвтектик стабильных се¬кущих треугольников древ«фаз четырёхкомпонентных взаимных соле¬вых систем Са, Ва // F, С1, Мо04; Na, Са, Ва // F, G1; К," Са, Ва // F, G1;: Na, К, Ga // F, W04; Na, К // F, G1, W04 и осуществлена их эксперимен¬тальная идентификация;
4. Получены эвтектические характеристики систем с ингредиентами раз-рабатываемого альтернативного неуглеродоводородного топлива (со¬вместно с ВостНИИ г Кемерово): NH4NO3 - KN03 - CO(NH2)2, NH4N03 - KN03 - NaN03, GO(NH2)2 - KN03 - NaN03, KN03 - NH4N03 - H20, NaN03 - NH4N03 - H20, KN03 - NaN03 - H20.
5. Применение электронного генератора: фазовых диаграмм в практике исследования? трёхкомпонентных физико - химических систем воз¬можно с проведением единичного подтверждающего эксперимента или без такового, т.к. погрешность моделирования температуры и состава эвтектик по сравнению с данными эксперимента в исследованных сис¬темах составляет менее 2,5 %.
6. Разработанная методика компьютерного моделирования позволила оп¬тимизировать изучение фазовых диаграмм трёхкомпонентных эвтекти¬ческих систем. Время исследования сокращается с нескольких месяцев при использовании традиционных методов до 1,5 - 2 часов с подтвер¬ждающим экспериментом или без проведения эксперимента до не¬скольких минут.
Важным достоинством электронного генератора фазовых диаграмм яв¬ляется широкая область его применения: на солевых, водно - солевых, органических и металлических системах. Это позволяет использовать его при разработке конкурентоспособных на мировом рынке техноло¬гий по созданию новых материалов. Применение электронного генера¬тора фазовых диаграмм даёт возможность перейти к принципиально новому виду электронных справочников с самостоятельной генерацией данных, с использованием его в исследовательской практике и учебном процессе.