ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
4110
Хроматограмма дизельного топлива летнего с депрессорной присадкой.
ВЫВОДЫ
В результате всего проведенного исследования установлено, что при взаимодействии депрессорной присадки с дизельным топливом летним, в последнем происходит значительное уменьшение парафиновых углеводородов, что является необходимым фактором для использования такого дизельного топлива в зимний период.
Список использованных источников
1. И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. 1999.-596 с.;
2. Криминалистическое исследование нефтепродуктов и горюче- смазочных материалов.М.1987, стр. 83-87;
3. Ал. А. Петров. Углеводороды нефти, М- 1984.-264с.
4. Кулиев А.М. Химия и технология к маслам и топливам. Л.: Химия, 1985.- 312 с.,146- 150с.
5. А.Б. Виппер, А.В. Виленкин, Д.А. Гайснер. Зарубежные масла и присадки. – М.:
Химия, 1981г.-192с., 168-172с.
6. Ю.А Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева, Основы аналитической химии. М.,- 2000 г.-351с.,295-303с.
УДК 661.631.002.3:66.094.22
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОСФАТА МЕТАНОМ, ПРОПАНОМ И БУТАНОМ
Оразай Пернегуль [email protected]
Старший преподаватель кафедры общей и биологической химии Медицинского университета Астана. Астана, Казахстан
Научный руководитель – Ш. Нурсеитов
Большое значение имеет восстановление фосфатов газообразными углеводородами как им из путей получения элементарного фосфора. Ранее проведѐнные термодинамические исследования охватывают и системы с продуктами разложения углеводородов.
По расчету А.И. Климовича восстановлением Са3(РО4)2 метаном в присутствии SiO2 при соотношении CaO:SiO2 = I возможно при сравнительно низкой температуре. Однако в реакцию вступает только углерод, входящий в состав метана, а водород в основном выделяется в виде молекулы H2 [1, с.58].
Большой интерес представляет восстановление природных фосфатов без добавки окиси кремния при высоких температурах, особенно в потоке низкотемпературной плазмы, где можно получить максимальный выход и высокую концентрацию фосфора [2, с.64]. Расчеты С.А. Паппа [3], П.В. Войчака и др. [4] показали, что при этом полное превращение исходных веществ (100%-ный выход фосфора) достигается при температуре не ниже 3000K. В работе [5, с.36] показано, что процесс можно вести при Т ≤ 2500K. Применение же пропана и бутана делает процесс термодинамическим возможным при T ≤ 2000K.
Во всех указанных работах не учитывалось влияние избытка газа-восстановителя, количество его определялось по стехиометрическому соотношению; например, для метана Са3(РО4)2: СН4 = 1 : 5/3 или 1:5
Ниже приведѐн термодинамический расчет процесса восстановления трикальцифосфата метаном, пропаном и бутаном. Поскольку процесс идѐт при высокой температуре, то Сn Н2n+2 диссоциирует на углерод и водород. Эти восстановители и входят в уравнения реакций.
4111
Молекулярное соотношение углерода и водорода в рассматриваемом изолированном объѐме до протекания реакции такое же, как и в молекуле Сn Н2n+2. Однако соотношение коэффициентом при членах С и Н2 в уравнениях, учитывающих избыток газа-восстановителя, иное.
Собственно содержанию окиси кремния в природных фосфатах отношение SiO2 : Ca3(PO4)2 принято равным от 2 до 1. Первое значение принято в нижеприведѐнных уравнениях, для остальных значений даны только результат расчета:
n C + (5- ) 2 CaSi + CaO + nCO+
(5 - n) ; (a)
+ (5- ) 2 CaSi + CaO + nCO+
(5 - n) ; (б)
nC + (5- ) 2 CaSi + CaO + nCO; (в)
Где n – коэффициент избытка газа-восстановителя, показывающий, что в рассматриваемый объѐм вводится молей метана, пропана или бутана. Для получения 1 моль Р2 в реакции должно участвовать суммарное количество С и Н2, равно 5 моль, а после реакции должно выделиться такое же количество СО и Н2О. Молярные соотношения в уравнениях не фиксируются, и для их определения необходимо использовать дополнительное уравнение С + Н2О ↔ СО + Н2 . Его константа равновесия определяется выражением:
K=
В котором Pco , , - парциональные давление газов. Значения константы весьма велики:
K=10 при 2000К. Реакция идет вправо до конца, и, если в объеме паров воды остаточно, а количество углерода ограничено , он будет израсходован полностью. Поэтому число молей С и СО в уравнениях (а), (б), и (в) принято равным числу молей исходного углерода. Для уравнения (а) число молей CO : MGO= МH2O = 5-
MH2 = n –(5- = 5 (n-I), MP2= I, a суммарное число молей газов 5n+I. При давлении в системе I aтм парциональное давление газов:
; ; + ;
Константа равновесия определяется выражением (1)
Подставляя в это уравнение найденные значения парциальных давлений и логарифмируя, получим:
+ n Ln . (2) Аналогично для пропана и бутана:
+ n Ln . (3)
+ n Ln . (4)
Формулы (2), (3) и (4) действительны в области значения от I до 3,0; 2,33; 2,25 соответственно, т.е в области положительных коэффициентов при Н2 и Н2 О и уравнения/ (а), (б) и (в).Результаты расчетов по формулам (2)-(4) приведены в табл. I
Таблица 1
Зависимость Ln K от коэффициента избытка газа-восстановителя
Уравнение n
I,02 I,05 I,I I,2 I,3 I,5
а, а`, а`` 7,56 4,28 I,65 -I,40 -2,90 -5,20
4112
Б 5,34 2,84 0,I4 -2,40 -3,92 -5,87
В 4,99 2,I8 -0,09 -2,54 -3,95 -5,94
Таким образом, с увеличением избытка газа константа равновесия уменьшается. Это естественно, поскольку и температура реагентов уменьшается до величины, при которой восстанавливается I моль Р2 .
Для определения изобрано-изотермическое потенциала Z T использовали уравнение первого приблежения Улиха:
Н0298 -T S0298 (5)
По данным табл. 2, для исходных уравнения вычислили значения H0298 и S0298 (табл.3) Таблица 2
Термодинамические свойства исходных соединений и элементов по данным работ /2,5,9/
Элемент или соединение
Разность значений Элемент или соединение
Разность значений Энтальпии
H0298, (кДж)моль
Энтропии S0298, Дж/(моль.град)
Энтальпии H0298, (кДж)моль
Энтропии S0298 , Дж/(моль.град)
H2 0 130,6 H2O -241,8 188,7
O2 0 205,0 P2O5 -1548 140
G 0 5,74 SiO2 -859,3 42,1
P2 141,2 218,1 CaO -635,1 39,7
GO -110,5 197,4 CaSiO2 -1584 82,0
GO2 -393,5 213,6 Ca3(PO4)2 -4125 240,9
Таблица 3
Разность значений энтальпии H0298, (кДж)моль, и Энтропии S0298 , Дж/(моль.град) урав
нение
велич ина
1,02 1,05 1,1 1,2 1,3 1,5
а H0298 - 1202 1208 1235 1257 1301
S0298 - 0,6209 0,6319 0,6539 0,6766 0,7211
a‖ H0298 - 1292 1298 1325 1347 1391
S0298 - 0,6207 0,6317 0,6537 0,6764 0,7208
б H0298 1260 1268 1282 1311 1339 1395
S0298 0,6792 0,6877 0,7020 0,7307 0,7593 0,8165 Б
б H0298
S0298
1271 0,6899
1279 0,6999
1294 0,7137
1323 0,7433
1352 0,7731
1411 0,8324
Как показано в таблице 3, эндотермические эффекты реакций H0298 возрастают увеличением избытка газа, что связано с участием в реакциях большего количества углерода и меньшего количества водорода. Восстановление фосфатов метаном требует меньше затраты энергии, чем восстановление пропаном или бутаном.
Известно соотношение:
LnK=- (6)
где R=8,31×10-3 - газовая постоянная, кДж/моль. Объединяя уравнения (5) и (6), получим:
T= (7)
Подставляя значение H0298 и S0298 из таблицы 3 и I, найдем зависимости n=ƒ(T). Из них следует, что трикальцийфосфат можно восстановить при 1800 – 2100 К. Более высокий температурный уровень может положительно повлиять только на кинетику процессов.
4113
Зависимость коэффициента избытка восстановителя от температуры:
а, б, в – по уравнениям реакций (а), (б), (в)
а`, a`` - по уравнениям, в которых принято количество SiO2, равное 4/3 и 1 моль соответственно.
По восстановительной способности углеводороды образуют ряд: бутан, пропан, метан. Причем различие равновесной температуры бутана и пропана невелико: 40 – 60 градусов С. Однако эндотермический эффект реакции меньше при восстановлении фосфатов метаном. Повышение избытка газа и содержания SiO2 в фосфатах снижает температурный уровень процессов, но увеличивает эндотермический эффект реакций.
Результаты проведенной работы показывают, что небольшой избыток восстановителя (n=I,I) делает процесс восстановления фотфатов углеводородом термодинамически возможным при умеренных температурах 1820 – 2100 градусов К.
Список использованных источников
1. Климович А.И. Термодинамический расчет реакций восстановления ортофосфата кальция метанов. – «Изд. вузов СССР. Химия и химическая технология», 1958 г, ғ6.
2. Моссэ А.Л., Печковский В.В. Применение низкотемпературной плазмы в технологии неорганических веществ. Минск, «Наука и техника», 1973.
3. Рарр С.А. – «Chem.Eng.Progp», 1963, ғ51.
4. Войчак П.В., Месерле П.П. Термодинамический расчет реакций получения фосфора из фосфорных соединений. – В кн.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. Алма-Ата,
«Наука», 1973.
5. Нурсеитов Ш.Ш., Тихонов В.В. О термодинамике восстановления трикальцийфосфата углеводородами при высоких температурах. – «Тр. ИХН АН КазССР», 1973.
6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 1963 г.
7. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций.
«Химия», 1970г.
8. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 2. М.-Л., АН СССР, 1962.
