Критические состояния в многокомпонентных флюидных системах с химическим взаимодействием компонентов: 2021 г. этап 1

Project: Grant fulfilmentGrant stage fulfilment

Project Details

Layman's description

В ходе первого этапа (2021 г.) решался комплекс проблем термодинамической теории критических состояний многокомпонентных гетерогенных систем, включая химические процессы в критических фазах. Получен большой объем экспериментального и теоретического материала, имеющего самостоятельную значимость и образующего дополнительный задел для реализации целей проекта на последующих этапах. Несмотря на фундаментальный характер решаемых проблем, результаты имеют и практическую направленность, например, для характеристики структуры фазовых диаграмм, смещения параметров состояния в ходе фазовых и химических превращений, непосредственно особенностей протекания химических реакций в критических фазах.

Key findings for the stage (summarized)

Анализ современных литературных данных о критических состояниях в многокомпонентных гетерогенных флюидных системах с химическим взаимодействием веществ показывает, что основные экспериментальные работы в данной области принадлежат исполнителям проекта: одновременное рассмотрение критических фаз, фазовых (жидкость-жидкость) и химических равновесий. По результатам предварительного анализа на первом этапе экспериментально исследовались две расслаивающиеся системы с реакциями синтеза-гидролиза амилацетата и бутилацетата и реализацией критических состояний. Полученные данные о составах химически равновесных расслаивающихся растворов в системах уксусная кислота – n-бутиловый спирт – n-бутилацетат – вода и уксусная кислота – n-амиловый спирт – n-амилацетат – вода указывают на существование критических точек равновесия жидкость-жидкость на поверхности химического равновесия (в концентрационном тетраэдре) для обеих систем. Состав химически равновесного критического состояния отвечает точке пересечения критической кривой и поверхности химического равновесия. Одновременно получены данные о тройных подсистемах: равновесие жидкость–жидкость для систем уксусная кислота – n-амилацетат – вода, уксусная кислота – n-амиловый спирт – вода, n-амиловый спирт – n-амилацетат – вода при 293.15 K, 303.15 K, 313.15 K, 323.15 K. Особый интерес представляют данные для химического равновесия в гетерогенной области, то есть для составов, отвечающих одновременному химическому и фазовому равновесиям.
Комплекс теоретических и расчетных результатов включал анализ термодинамических свойств систем с химическим взаимодействием при дополнительных внешних условиях на основе ряда нетривиальных подходов, с привлечением элементов теории процессов управления, аппарата кибернетической физики, контактной геометрии, неравновесной термодинамики, искусственных нейронных сетей, молекулярной динамики. Так были, в частности, получены трансформированные формы матрицы устойчивости, альтернативные модифицированные формы уравнений критической фазы, новые соотношения для изоаффинных многообразий (постоянство химического сродства) и другие соотношения. Для качественно-количественной конкретизации параметров возмущения-релаксации, помимо аппарата неравновесной термодинамики и элементов кибернетической физики («метод скоростного градиента»), проведены первые работы с привлечением метода классической и неэмпирической молекулярной динамики.
В расчетах методом классической молекулярной динамики контролировались радиальные функции распределения как критерий связывания молекул в системе жидкость-жидкость в устойчивую фазу. Квантово-химические расчеты позволили адекватно учесть электростатические взаимодействия, соответственно, межатомные взаимодействия полярных молекул.
С привлечением аппарата контактной геометрии получены новые термодинамические соотношения, которые являются основой новых подходов к анализу систем с дополнительными ограничениями, налагаемыми на интенсивные параметры.

Academic ownership of participants (text description)

А.М.Тойкка, профессор СПбГУ, руководство, теоретическая часть - 20%
Д.В. Громов, доцент СПбГУ, теоретическая часть - 15%
А.А. Самаров, доцент СПбГУ, экспериментальная часть - 10%
М.А. Тойкка, доцент СПбГУ, экспериментальная часть - 15%
А.Д. Голикова, старший преподаватель СПбГУ, экспериментальная часть -5 %
А.А. Садаев, инженер-исследователь СПбГУ, экспериментальная часть - 5%
Г.Х. Мисиков, лаборант-исследователь СПбГУ, экспериментальная часть - 10%
К.А.Золотовский, лаборант-исследователь СПбГУ, теоретическая часть - 5%
А.В. Петров, инженер-исследователь СПбГУ, теоретическая часть - 15%

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

не разрешается
AcronymRSF_RG_2021 - 1
StatusFinished
Effective start/end date26/04/2131/12/21

Fingerprint

Explore the research topics touched on by this project. These labels are generated based on the underlying awards/grants. Together they form a unique fingerprint.