השימוש בתרמודינמיקה כדי לחזות בסופילות וקידום בהגדרות תעשייתיות

הבנת התרמודינמיקה בסולל תעשייתי וטיפוח

בייצור תעשייתי, עיצוב תהליכים, בקרת איכות, היכולת לחזות אם חומר יתמוסס או precipitate בתנאים נתון הוא לא רק פעילות תיאורטית - זה הכרחי מעשי.thermodynamics, המחקר של אנרגיה וטרנספורמציות שלה, מספק את המסגרת הבסיסית להכנת התחזיות האלה עם דיוק כמותי. על ידי ניתוח משתנים כגון טמפרטורה, לחץ, ריכוז, כוח ionic, מהנדסים ומדענים יכולים לייעל את שלב המשוואות של חומרים אלה כדי להרחיב את הפחתת משקלם של חומרים אלה.

עקרונות תיאולוגיים פונדמנטל: גיבס אנרגיה חופשית ושוויון

בלב של שפע ומשקעים הוא הרעיון של אנרגיה חופשית גיבס (G) השינוי באנרגיה חופשית גיבס ( ⁇ G) לתהליך מכתיב ספונטניות:

בתגובה לפירוק, אנו רואים:

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שינוי האנרגיה הנקי של גיבס ( ⁇ G °FLT:0 דיסFLT:1) קשור קבוע שיווי המשקל, או מוצר רב עוצמה KIRLT:2spearFLT 3: 3, על ידי:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּהַּדָּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (בראשית כ"ד, כ"ד)

כאשר R הוא קבוע הגז האוניברסלי ו-T הטמפרטורה המוחלטת.משוואה זו יוצרת את הגשר בין נתונים תרמודינמיים לבין תחזיות פלוריות.המוצר הסוללתי עצמו מוגדר כמוצר של הפעילויות (או ריכוזים, תחת הנחות אידיאליות) של השדות המנציחים, כל אחד מהם גדל לכוח של coefficient הסטוי שלו.

בפתרונות תעשייתיים אמיתיים, סטייה מהתנהגות אידיאלית נפוצה בשל כוח איטוני גבוה, מורכבות ותלות טמפרטורה. כדי לשמור על דיוק, פעילות coefficients ( ⁇ ) מוצגים, לעתים קרובות מחושבים באמצעות מודלים כגון משוואה דביאי-הוקאל או מודל פיטצר.

חיזוי הסוללות: מעבר ל-KirFLT הפשוט:0spigtureFLT

בעוד KigFLT:0 speurFLT:1 מספק נקודת התחלה טובה, תחזית תרמודינמית של שפע בהקשרים תעשייתיים חייב לקחת בחשבון גורמים מרובים:

טמפרטורה תלות

משוואה ה-Vn't Hoff מתייחסת למוצר הסוללות לטמפרטורה:

(ב) ויקרא י"ד:2 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר ⁇ H ° הוא השינוי הניטרלי הסטנדרטי לפירוק. עבור מלחים רבים, solubility עולה עם טמפרטורה (פירוק endthermic), אבל כמה מלחים, כמו סידן סולפט, להציג תנופה רטרודרגתית (פירוק אקסותרמי), עובדה קריטית לסקאלה בחילופי חום.

אפקט Ion משותף וכוח Ionic

הוספת איזון של שינוי ion משותף על פי העיקרון של לה Châtelier, צמצום solubility. לדוגמה, בייצור של נתרן דוקרבונט, בקרה זהירה של ריכוזים משותפים מונע התגבשות מוקדמת. כוח איטוני, בינתיים, משפיע על אפקטיביות פעילות - כוח Ionic גבוה יותר יכול להגביר או להקטין את הסולילות בהתאם לחיוב של הבלוטות המעורבות.

pH ומורכבות

רבים צמחי סויה תעשייתיים הם חומצות חלשות, בסיסים, או צורה של קומפלקסים כל כךלוליים.לדוגמה, את הסוללה של הידרוקסידים מתכת (למשל, Fe(OH)veFLT:03reaFLT:1) הוא מאוד תלוי pH-תלוי מודלים הידרו-דינמית הכוללים הידרוליטיזה וקבועי היווצרות מורכבים (למשל, שימוש תוכניות כגון PHREEQ או חיזוי חזותי) לטיפול מדויק במים מדויקים.

תחזית קדם-התחילה: Supersaturation, Nucleation וצמיחה

הבשלה מתרחשת כאשר פתרון הופך להיות סופר-מעורר - כלומר, המוצר ion עולה על KcioFLT:0spcioFLT:1.

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד):

כאשר S > 1, הפתרון הוא סופר-מעורר.התרמודינמיקה אומר לנו כי משקעים הם ספונטניים, אבל קינטיקה לקבוע מתי וכיצד זה קורה.כוח המניע למשקעים הוא ההבדל באנרגיה חופשית גיבס בין הפתרון העל-חושי לבין השלב המוצק.

הומוגני לעומת Heterogeneeous Nucleation

[ה]הלידה של גביש חדש – חקירה על פני מכשול אנרגיה.האנרגיה הקריטית של גיבס חופשית לנקייה ( ⁇ GIRFLT:0;0) תלויה במתח פני השטח של ממשק מוצק-משקל וסופרסוס. בהגדרות תעשייתיות, נירקציה מושרה לעתים קרובות על ידי התבוננות או על ידי נוכחות של משטחים זרים (התיקפים), כמו היווצרות של צינורות על גבי משטחים תעשייתיים).

צמיחה קריסטל ו-Ostol Ripizing

ברגע ש-Nuclei טופס, צמיחת גבישית מתקדמת על ידי שילוב של מולקולות solute על פני השטח.thermodynamics גם מסביר אוסטוואלד בשלה, שבו גבישים גדולים גדלים על חשבון קטן יותר בשל הבדלים ב solubility (אפקט Kelvin). תופעה זו חיונית בשליטה על חלוקת גודל חלקיקים בנוסחאות פרמצבטיות וייצור.

מודלים של התרמודינמיקה, בשילוב עם משוואות איזון האוכלוסייה, מאפשרים למהנדסים לחזות את שיעורי המשקעים ואת תכונות קריסטל סופיות.

יישומים תעשייתיים של התרמודינמיקה Solubility / Precipitation

ייצור תרופות

חיזוי Solubility הוא קריטי עבור ניסוח סמים.יותר מ-40% מרכיבים פעילים תרופות (APIs) להציג שפעילה גרועה של חלקיקים קפואים. דיאגרמות שלב הירודינמיקה לעזור לזהות תערובת אופטימליות, פתורות, ותנאים pH לפירוק בדיקות ולעיצוב פיזור מוצק מאוד. לדוגמה, ה-FLT:0Hansen solubility sovallusion FLTs (מבוסס על פולימוריום) הם כל כך מדויק של התמכרות לפולימורלית (דלקת) הם בעלי יכולת שליטה מדויקת).

מים וטיפול במים

(ה) חיזוי משקעים של פחמן פחמן (CaescoFLT:0303303) , סידן sulfate (CaSOFLT:2403FLT 3: 3), ו הידרוקסידים מתכת הוא מרכזי לניהול בקנה מידה וסרחת קשיחות.המודלים של הידרודינמיקה כמו מדד ה-FLT:4Langelier Saturation (LSI) LTF:5 משמשים לחיזוי של שיטות למניעת דיסאורדיום של מינרלים, כמו גם דיסולאודינמיקה, אשר נועדו לפירוק של חומרים מנוגדים, כמו גם על ידי דיסולאודינמיקה (D) דיסולאואידציה הפוכה (I) דיסולאוריד (I) דיסולאוריד (D) דיסולאורידציה של דיסולאורידציה של דיסאורדודה (D) לנטרל דיסולאואידאלית (D) לנטרל דיסולאורידציה של דיסולאמית (D) דיסנדרואידאלית (D) דיסולאוריד (D) דיסולאורידציה של דיסולאוריד (I) דיסולאוריד (I) דיסנדרוריד (D) דיסולא

תעשיות כימיות ופטרוכימיות

היווצרות בקנה מידה בחילופי חום, צינורות, כורים עולה את התעשייה מיליארדים מדי שנה.לדוגמה, בייצור אנרגיה גיאותרמית, דרוג סיליקה (SiOveFLT:02earFLT:1) צפוי באמצעות עקומות פלואופיליות תלויות בטמפרטורה ו- pH.מודלים של התרמודינמיקה עוזרים להגדיר חלונות כדי למנוע העליות.

הידרומטורגיה ומינרלי עיבוד

גילוח של מתכות מ Ores מסתמך על solubility מבוקר.לדוגמה, הפקת הזהב באמצעות cyanide תלויה בשמירה על ריכוזי pH ו cyanide בתוך חלון תרמודינמיקה צר כדי למנוע משקעים של זהב כמו AuCN, בתהליך Bayer לייצור אלומיניום, טמפרטורה תלויה בשפע של גימור (AlOH)FLT:0:3FLTiralurereaples 1:1) כמו שלב תרמודינמיקה (R) שימוש ב-SMRI).

תעשיית המזון והבקר

בקרת משקעים של שטף סידן במהלך sterilization חלב או של tartrates יין הם יישומים מעשיים.מודלים של Thermoדינמית לעזור להתאים טמפרטורה, pH, ותוספים כדי למנוע משקעים לא רצויים או לגרום היווצרות גבישית רצויה (למשל, בחזרת סוכר).

כלי מודלים מתקדמים של התרמודינמיקה

חיזוי תעשייתי מודרני מבוסס על תחזיות חישוביות.חבילות תוכנה כגון FLT:0 (ASTERREFLT:1) (עבור חיזוי דרוג), FLT:2OLI SystemsveFLT 3 (עבור תחזיות אלקטרוליטיות) ו-FLT:4DATAFLT:5 (עבור ריבוי כפליים) משלבת מסד נתונים נרחב של שיטות סטנדרטיות (Fure) ואפקטים של מתודולוגיה (Fure) הוא 10.

עבור מערכות מורכבות הכרוכות בתרכובות אורגניות, (FLT:0)UNIFACIRFLT (UNIQUAC Functional-group Activity Coefficients) ו-FLT:2NRTLIRLT 3 (לא-Random Two-Liquid) מודל משמש כדי להעריך פעילות coefficients בשלבי נזילות לא-אידיאולוגיות.

הגבלות ושיקולים מעשיים

בעוד תרמודינמיקה מספקת את הקרן, כמה אתגרים נותרו:

כדי להתגבר על אלה, תחזיות תרמודינמיקה לעתים קרובות יחד עם אימות ניסיוני באמצעות טכניקות כגון פיזור אור דינמי, מדידות טורדות, או ב-itu Raman spectroscopy.

מסקנה

התרמודינמיקה מספקת את השפה הכמותית הדרושה כדי לחזות פילאבולות ומשקעים במגוון רחב של הגדרות תעשייתיות.על ידי יישום עקרונות של אנרגיה חופשית גיבס, מוצרי סויה, ופעולות אפקטיביות פעילות, מהנדסים יכולים להימנע מקנה יקר, אופטימיזציה של ייחלשות גבישים, ועיצוב תהליכי הפרדה יעילים בתעשייה המודרנית עשה את התחזיות הללו נגישות, ומאפשרים למעצבים לעבדים לחקור "מה-אם" במהירות את האבולוציה של מודלים מתודולוגיים, ואפקטים, לא רק כדי לייעלות יעילה של יעילות ניהולית, אלא יעילות ניהולית, ולא רק על ידי ניהול יעיל של יעילות של יעילות של יעילות ניהולית, אלא גם כן, אלא שיפור יעיל של יעילות של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהולית, היא יעילה, היא יעילה, היא יעילה של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהולית, כל כך, לא יעילה של יעילות ניהולית, היא יעילה, כל כך, כל כך, כלים תוכנה מודרנית, לא יעילה של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל של יעילות ניהול יעיל

(ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: