درک ترمودینامیک در Solubility صنعتی و پیش بینی

در تولید صنعتی، طراحی فرآیند و کنترل کیفیت، توانایی پیش بینی اینکه آیا یک ماده تحت شرایط معین حل و فصل یا پیش بینی می شود، نه تنها یک تمرین نظری است – یک ضرورت عملی است. ترمودینامیک، مطالعه انرژی و تحولات آن، چارچوب اساسی برای ساخت این پیش بینی ها با دقت کمی فراهم می کند.با تجزیه و تحلیل متغیرهایی مانند فشار، تمرکز، و جلوگیری از فناوری، و بهینه سازی اصول دارویی در مقیاس نفت می تواند از همه چیز را از هر چیزی که با دقت کمی.

اصول ترمودینامیکی بنیادی: Gibbs Free Energy و Equilibrium

در قلب اشراف و بارش، مفهوم انرژی آزاد Gibbs (G) تغییر در انرژی آزاد Gibbs (ΔG) برای یک فرآیند، بیانگر اسپکتیت است:

  • اگر ΔG <؛ 0، فرایند خود به خودی خودانگیخته است (یک مقدار با توجه به جهت حل یا پیش بینی می شود)
  • اگر ΔG = 0 باشد، سیستم در تعادل است
  • اگر ΔG >؛ 0، این فرایند غیرپونت است

برای واکنش انحلال، ما در نظر داریم:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [[۱۰]] [[۳]] [[۳]] [[۳]] [۱۰]] [۱]] [۱۰] [۳] [۱۰]] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [

تغییر انرژی آزاد استاندارد Gibbs برای انحلال ( ΔGdiss با استفاده از محصول ثابت تعادل یا بسیار پایدار K sp مرتبط است:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[۱۰]] [۱۰] [۱۰]] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۳] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[[۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳

در جایی که R ثابت گاز جهانی و T دمای مطلق است، این معادله پل بین داده های ترمودینامیک و پیش بینی های بی نظیر را تشکیل می دهد. محصول فوق العاده به عنوان محصول فعالیت (یا غلظت، تحت مفروضات ایده آل) یون های تشکیل دهنده تعریف می شود، هر کدام به قدرت ضریب توچیومتری آن افزایش یافته است.

در راه حل های صنعتی واقعی، انحراف از رفتار ایده آل به دلیل قدرت بالای آیونیک، پیچیدگی و وابستگی به دما رایج است.برای حفظ دقت، ضریب فعالیت (LU) معرفی می شود، اغلب با استفاده از مدل هایی مانند معادله De خداحافظی-Hückel یا مدل Pitzer محاسبه می شود.

پیش بینی از این، فراتر از ساده ([۱۰] [۱۰]

در حالی که K [10] نقطه شروع خوبی را فراهم می کند، پیش بینی ترمودینامیک از solubility در زمینه های صنعتی باید عوامل متعددی را در نظر بگیرد:

دمای هوا وابسته

معادله ون Hoff محصول فوق العاده را به دمای مرتبط نمی کند:

[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]]]] [[[ویرایش]]]] [[[ویرایش]]]

در جایی که ΔH ° تغییر استاندارد چربی برای انحلال است.برای بسیاری از نمک ها، بنابراینlubility با دما ( انحلال جانبی) افزایش می یابد، اما برخی از نمک ها، مانند سولفات کلسیم، نشان دادن solubility (exmicion)، یک واقعیت حیاتی برای مقیاس پذیری در مبدل های حرارتی.

اثر مشترک Ionic Strength

اضافه کردن یک تعادل یون مشترک با توجه به اصل Le Châtelier، کاهش solubility.به عنوان مثال، در تولید هیدروکربن، کنترل دقیق غلظت های رایج مانع از کریستال سازی زودرس می شود، در عین حال، بر ضریب فعالیت تاثیر می گذارد - قدرت آیونیک بالا می تواند یا افزایش یا کاهش solubility بسته به شارژ یون های درگیر.

pH و پیچیدگی

بسیاری از سولوتیک های صنعتی، اسید های ضعیف، پایگاه ها یا مجتمع های محلول را تشکیل می دهند.به عنوان مثال، فراوانی هیدروکسید های فلزی (به عنوان مثال، Fe (OH) به شدت وابسته به pH است که شامل هیدرولیزیس و تشکیل ثابت پیچیده (به عنوان مثال، استفاده از برنامه های دقیق آب و یا پیش بینی های دقیق برای نور آب و آب) است.

پیش بینی: سوپرساتوراسیون، نوکلاسیون و رشد

در صورتی که یک راه حل به صورت فوق العاده ای اشباع شود، محصول یون از K تجاوز می کند، درجه ابراتوراسیون (S) تعریف می شود:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۲] [۱] [۲]] [۱۰] [۲] [۲] [۲]] [۱۰] [۲] [۲] [۳] [۲] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[۳] [۳] [۳] [۱] [۲] [۳] [۲] [۲] [۳] [۲] [۲] [۳] [۲] [۲] [۲] [۳] [۲] [۳] [۳] [۲] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۲] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۲] [۲] [۲] [۳]

هنگامی که S >؛ 1 راه حل فوق اشباع است. Thermodynamics به ما می گوید که بارش به خودی خود است، اما بستگان تعیین می کنند که چه زمانی و چگونه آن اتفاق می افتد. نیروی محرک برای بارش تفاوت در انرژی آزاد Gibbs بین راه حل فوق اشباع و فاز جامد است.

دانلود موسیقی متن فیلم Heterogenedous Nucleation

نوالاسیون - تولد یک کریستال جدید - نیاز به غلبه بر یک مانع انرژی دارد. انرژی حیاتی Gibbs آزاد برای نوکلئوت (δGcrit ) اغلب به تنش سطح لوله ای از رابط جامد و فوق العاده تخلیه بستگی دارد.

رشد کریستال و Ostwald Rip

هنگامی که شکل هسته، رشد کریستال با ادغام مولکول های گوگرد بر روی سطح، ترمودینامیک همچنین توضیح می دهد که Ostwald Reaching، که در آن کریستال های بزرگتر به دلیل تفاوت در solubility رشد می کنند (اثر کلیوین) این پدیده در کنترل توزیع اندازه ذرات در فرمول های دارویی و کاتالیزور تولید بسیار مهم است.

مدل های ترمودینامیکی، همراه با معادلات تعادل جمعیت، به مهندسان اجازه می دهد تا میزان بارش و ویژگی های کریستالی نهایی را پیش بینی کنند.

کاربردهای صنعتی پیش بینی های ترمودینامیکی / پیش بینی

تولید دارویی

پیش بینی های گوگرد برای فرموله کردن مواد مخدر حیاتی است.بیش از 40٪ از مواد دارویی فعال (APIs) نشان می دهد که بسیار قابل اطمینان است. نمودار فاز ترمودینامیک کمک می کند تا مخلوط های حلال مطلوب، ترکیبات محلول، و شرایط pH برای تست انحلال و برای مخلوط کردن یک پراکندگی جامد را شناسایی کند.

تصفیه آب و فاضلاب

پیش بینی بارش کلسیم (CaCO)، سولفات کلسیم (CaSO [FLTides:3]، و هیدروکسیدهای فلزی به طور مشابه در مقیاس مدیریت و سختی قرار دارند.

صنایع شیمیایی و پتروشیمی

تشکیل مقیاس در مبدل های حرارتی، خط لوله ها و راکتورها هزینه صنعت میلیارد ها در سال است.به عنوان مثال، در تولید انرژی زمین گرمایی، مقیاس سیلیس (SiO ) پیش بینی شده است با استفاده از منحنی های گوگرد که وابسته به دما و pH. مدل های ترمودینامیک کمک می کند تا پنجره ها را برای جلوگیری از ابراتوراسیون مصنوعی، در تولید گاز کارآمد (Furlutcitcitation) استفاده کنند.

پردازش مواد معدنی و هیدرو متالورژیی

تخصیص فلزات از سنگ ها به تقویت کنترل شده متکی است.[۵] برای مثال استخراج طلا با استفاده از سیانید بستگی به حفظ pH و سیانید در یک پنجره ترمودینامیک باریک دارد تا از بارش طلا به عنوان AuCN جلوگیری کند، به طور مشابه، در فرایند Bayer برای تولید یک فاز نور، انعطاف پذیری وابسته به دما از gibb (OH) شیمی [F:۳] واقعیت شبیه سازی آب و یا شبیه سازی مانند HLTS2، استفاده می کند.

صنایع غذایی و نوشیدنی

کنترل بارش کلسیم فسفات در هنگام استریل کردن شیر یا از تار شدن در شراب، کاربردهای عملی است. مدل های ترمودینامیک به تنظیم دما، pH و مواد افزودنی برای جلوگیری از بارش ناخواسته یا ایجاد کریستال مطلوب کمک می کنند (به عنوان مثال، در پالایش شکر).

پیشرفته تر از Thermodynamic Modeling Tools

پیش بینی صنعتی مدرن بر روی بسته های محاسباتی ترمودینامیکی مانند LT: (برای پیش بینی مقیاسی)، سیستم های نرم افزاری (برای یک الکترولیتی ترمودینامیکی]، و MTATAD :5 (برای تجزیه و تحلیل های متعدد) حساسیت گسترده ای از ابزارهای کنترل دما، و تحلیل های ابر کامپوزیت، و سیستم های حرارتی، به طور مستقیم، و سیستم های فرکانسی، و سیستم های استاندارد (F) را به طور مستقیم، اجازه می دهند.

برای سیستم های پیچیده شامل ترکیبات آلی، UNIFAC (UNIQUAC تابع گروه فعالیت Cofits) و NR مدل غیر Random دو-Liquid برای برآورد ضریب فعالیت در مراحل غیر مایع استفاده می شود.

محدودیت ها و ملاحظات عملی

در حالی که ترمودینامیک پایه را فراهم می کند، چندین چالش باقی مانده است:

  • مانع از نظریه : یک راه حل ممکن است بدون بارش فوری اشباع شود.
  • فازهای قابل تنظیم : پلیومات غیر قابل تجزیه یا متاس می تواند مدت طولانی فراتر از حد و حصر ترمودینامیکی خود باقی بماند.
  • [[۱]:۱۰] خریدهای [[۱۰] [۱۰]؛ یون های ردیابی می توانند به طور چشمگیری تغییر میزان solubility and nucleation را تغییر دهند.
  • اثرات فشار (FLT:1) : در فرآیندهای فشار بالا (به عنوان مثال، زمین گرمایی یا هیدرولیک) ، فشرده سازی و انعطاف پذیری وابسته به فشار قابل توجه می شود.

برای غلبه بر این، پیش بینی های ترمودینامیک اغلب با اعتبار سنجی تجربی با استفاده از تکنیک هایی مانند پراکندگی نور پویا، اندازه گیری های پایدار یا طیفوسکوپی حساسیتی Raman جفت می شوند.

نتیجه گیری

ترمودینامیک زبان کمی را برای پیش بینی کیفیت و بارش در یک آرایه گسترده از تنظیمات صنعتی فراهم می کند.با استفاده از اصول انرژی آزاد Gibbs، محصولات فوق العاده و ضریب فعالیت، مهندسان می توانند از مقیاس گران قیمت، بهینه سازی بازده کریستال، و طراحی فرآیندهای جدایی کارآمد، ابزار نرم افزار مدرن این پیش بینی های قابل دسترس را انجام داده اند، اجازه می دهد طراحان فرآیند "در مورد چه چیزی" بهبود می دهد تا به سرعت مدیریت دقیق محصول و نه تنها در مدل های انطباق مولکولی، و پردازش دقیق، و پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، و پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش دقیق، پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش دقیق، به سرعت، و پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش پردازش

[در این باره]: [۱] [۱] [۱]

  • [[ویرایش] [۱] [۱۰]
  • [[ویرایش] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]
  • [[ویرایش] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱]