Применение методов неравновесной термодинамики для решения теоретических задач химической технологии: устойчивость многокомпонентных систем, фазовое и мембранное разделение, реакционно-массообменные процессы: 2021 г. этап 3

Project: Grant fulfilmentGrant stage fulfilment

Project Details

Layman's description

Известно, что все реальные процессы имеют неравновесный характер, что определило и направление теоретических и экспериментальных работ проекта. Особенностью проекта являлось применение некоторых математических методов, недостаточно востребованных в физической химии и химической технологии, в частности, элементов теории управления и кибернетической физики.

Key findings for the project

Итоги проекта, в соответствии с заявкой и тематикой, включают комплекс теоретических и экспериментальных результатов, направленных, в первую очередь, на конкретные задачи химической технологии: устойчивость многокомпонентных систем, фазовое и мембранное разделение, реакционно-массообменные процессы. Подходы к решению указанных задач включали методы неравновесной и общей термодинамики, адаптацию методов смежных наук (в частности, теории процессов управления и кибернетической физики) к решению физико-химических задач, молекулярно-динамическое моделирование, экспериментальные исследования систем с неравновесными химическими реакциями. С привлечением экспериментальной базы данных исследована и подтверждена возможность использования феноменологических уравнений неравновесной термодинамики в линейном приближении для описания мембранного разделения бинарных смесей (случай первапорации) и химических реакций (случай реакций этерификации/гидролиза сложного эфира), в первую очередь, для аппроксимации данных. В работах, посвященных исследованию устойчивости, получило дальнейшее развитие одно из основных направлений проекта – адаптация элементов теории управления и кибернетической физики и некоторых других математических результатов к физико-химическим задачам. С применением аппарата контактной геометрии (нечетномерного аналога симплектической геометрии) выведены формы условий устойчивости многокомпонентных систем, в том числе, для строго формального анализа границ устойчивости, параметров неравновесного возмущения/релаксации, изменения термодинамических свойств при смещении состояния (формы принципа Ле Шателье – Брауна). Полученные математические формулировки позволяют проводить общую (для произвольных параметров) оценку устойчивости систем различного физико-химического типа, в частности, проведен детальный анализ систем с химическими реакциями.

Key findings for the stage (summarized)

- Подтверждена возможность использования феноменологических уравнений неравновесной термодинамики в линейном приближении для описания мембранного разделения бинарных смесей (случай первапорации) и химических реакций (случай реакций этерификации/гидролиза сложного эфира).
- С применением аппарата контактной геометрии (нечетномерного аналога симплектической геометрии) выведены формы условий устойчивости многокомпонентных систем, в том числе, для строго формального анализа границ устойчивости, параметров неравновесного возмущения/релаксации, изменения термодинамических свойств при смещении состояния (формы принципа Ле Шателье – Брауна).
- Получен комплекс результатов, связанных с применением и анализом возможностей и направлений использования результатов и методов кибернетической физики, искусственных нейронных сетей и смежных подходов в отношении практических физико-химических задач. В частности, проведен анализ возможностей метода скоростного градиента для описания трансмембранного переноса и химических процессов, машинного обучения для оценки и аппроксимации параметров равновесия жидкость-пар в многокомпонентных системах.
- Исследованы возможности применения метода молекулярной динамики (классический и неэмпирический подход) для независимой качественной оценки кинетических коэффициентов феноменологических уравнений неравновесной термодинамики (случай первапорации, полимерных мембран).
- Получен комплекс экспериментальных данных о фазовых и химических процессах и равновесиях в многокомпонентных системах с химическим взаимодействием компонентов (равновесными и неравновесными химическими реакциями).

Academic ownership of participants (text description)

А.М.Тойкка, профессор СПбГУ, руководство, теоретическая часть - 25%
Д.В. Громов, доцент СПбГУ, теоретическая часть - 10%
А.А. Самаров, доцент СПбГУ, экспериментальная часть - 15%
М.А. Тойкка, доцент СПбГУ, экспериментальная часть - 15%
А.Л. Фрадков, профессор СПбГУ, теоретическая часть -5 %
А.А. Смирнов, аспирант СПбГУ, экспериментальная часть - 5%
Г.Х. Мисиков, студент СПбГУ, экспериментальная часть - 10%
К.А.Золотовский, студент СПбГУ, теоретическая часть - 5%
А.В.Петров, инженер-исследователь СПбГУ, теоретическая часть - 10%

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
AcronymRFBR_a_2019 - 3
StatusFinished
Effective start/end date22/03/2128/12/21

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.