Українські рефератиучбові матеріали на українській мові

RefBaza.com.ua пропонує студентам та абітурієнтам найбільшу базу з рефератів! Також ви можете ділитися своїми рефератами для поповнення бази.

Автоматизована система на дослідження кінетики швидких хімічних реакцій

Реферат: Автоматизована система на дослідження кінетики швидких хімічних реакцій

СОДЕРЖАНИЕ

стор.

ЗАПРОВАДЖЕННЯ 3

ГЛАВА 1. ОБРАТНЫЕ ЗАВДАННЯ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ 4

1.1. Класифікація зворотних завдань 4

1.2. Перевірка адекватності і параметрическая ідентифікація 5

1.3. Структурна ідентифікація і планування кінетичного експерименту 7

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ КИНЕТИКИ БЫСТРЫХ РЕАКЦИЙ У РАСТВОРЕ 12

2.1. Класифікація струевых методів 12

2.2. Експериментальна установка ОС-02 15

ГЛАВА 3. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ КИНЕТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 19

3.1. Програмний комплекс ОС-02 19

3.2. Інтерфейс програмного комплексу 19

ВИСНОВКИ 22

ЛІТЕРАТУРА 23

Запровадження

За виконання наукових досліджень про великий обсяг експериментальних вимірів і первинної обробки даних часто є рутинну завдання, яка вирішується питання з використанням стандартних процедур і алгоритмів. Творчі завдання наукового дослідження виявляються лише з наступний етап — осмислення та отриманих експериментальних даних. Тому протягом багато часу докладав зусиль по автоматизації деяких найбільш рутинних процедур у науковому дослідженні.

Найбільших успіхів автоматизація хімічного наукового дослідження досягла у сфері вивчення термодинамічної рівноваги в розчинах. Вже наприкінці 1960-х років було створено автоматичні прилади для виміру рівноважних властивостей гомогенних розчинів і комплекси програм визначення складу і стійкості які виникають в розчині частинок. За підсумками цих досягнень створили величезний банк даних із гомогенним хімічним равновесиям, визначено константи дисоціації, комплексоутворення тощо. для безлічі речовин, у водних розчинах і органічних розчинниках.

Дослідження кінетики гомогенних жидкофазных реакцій також має етапи, легко подающиеся автоматизації. Однак у області у час зроблено порівняно мало. Тож у цій роботі описана автоматизовану систему на дослідження кінетики швидких хімічних реакцій з урахуванням приставки «Остановленная струя-02» (ОС-02) і забезпечення на її роботи.

ГЛАВА 1. ОБРАТНЫЕ ЗАВДАННЯ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

Під прямий завданням хімічної кінетики розуміють завдання перебування концентрацій що у реакції речовин, у будь-який час, з відомих початкових концентрацій, схеми реакції і констант швидкостей окремих стадій. Зворотний завдання хімічної кінетики — відновлення відомою залежності концентрації речовин від часу схеми реакції і констант швидкості. У наступному розділі буде коротко розглянута класифікація зворотних завдань залежно від цілей, завдань, які дослідником.

1.1. Класифікація зворотних завдань

Формальна кінетика гомогенних хімічних реакцій полягає в двох основних постулатах. Відповідно до (кинетическому) закону дії мас швидкість елементарної стадії пропорційна концентрації що у ній реагентів. Коефіцієнт пропорційності і називається константою швидкості. Відповідно до принципу незалежного перебігу окремих стадій швидкість реакції залежить від перебігу в момент у системі інших хімічних реакцій. Отже, знаючи схему реакції, легко записати систему звичайних диференційних рівнянь, яка відображатиме зміна концентрації всіх що у реакції речовин у часі:

dз/dt = f(k, з) (1.1)

де з — вектор концентрацій речовин, k — вектор констант швидкостей окремих стадій, вид функції f визначається схемою реакції. Інтегруючи неї аналітично або чисельно, отримуємо:

з = F(k, з0, t) (1.2)

де з0 — вектор початкових концентрацій речовин.

Користуючись уведеними вище позначками, можна виокремити декілька щаблів у вирішенні зворотної завдання.

Нульова щабель — перевірка адекватності. Тут дається на запитання, чи відповідають експериментально спостережувані криві c(t) розрахованим з допомогою поточної моделі f і констант k.

Перша ступінь — параметрическая ідентифікація. І на цій щаблі перебуває набір констант k, найкраще описує експериментальні криві c(t) у межах даної моделі f. Зрозуміло, що успішне вирішення завдання першому місці можливо, лише на нульову щабель.

Друга щабель — структурна ідентифікація. Вибір моделі f, відповідної справді що відбувається хімічної реакції, який робиться з урахуванням виконання завдання першому місці із інших даних про механізмі даної реакції.

Далі ми коротко розглянемо методи, застосовувані до вирішення цих завдань.

1.2. Перевірка адекватності і параметрическая ідентифікація

Що стосується досить простий схеми реакції, коли можливий отримання функції c(t) вочевидь, перевірка адекватності зводиться до вирахування теоретичних значень функції що за різних значеннях часу й порівнянні його з експериментальними. На жаль, часто системи диференційних рівнянь, описують складні хімічні реакції, неможливо знайти проинтегрированы в аналітичному вигляді, і потім доводиться вдаватися до численным методам інтегрування.

Аби вирішити прямий кінетичної завдання, тобто. у цій механізму, набору констант швидкості k і початкових концентрацій з0 розрахувати значення концентрацій з(t) у будь-якій конкретний час, нами використовувався метод Рунге-Кутта четвертого порядку (програма MODEL) — одне із потужних одношаговых методів, легко обобщающийся на системи рівнянь:

yi+1=yi+()(k1+2k2+2k3+k4), (2.3)

де k1=f(xi,yi),

k2=f(xi+h/2; yi+hk1/2),

k3=f(xi+h/2; yi+hk2/2),

k4=f(xi+h; yi+hk3).

Для отримання рішення з необхідної ступенем точності використовувалося послідовне роздрібнення кроку обчислень й алгоритм послідовного проходу експериментальних точок.

Проте, зазвичай, значення констант швидкостей окремих стадій невідомі, та їх перебування знову доведеться вирішувати оптимизационную завдання:

. (2.4)

Функционал (2.4) належить до найскладніших для оптимізації функцій — про «овражных». Вочевидь, що константи швидкості більш повільних стадій будуть суттєвими перемінними, визначальними розмірність «яру» навколо мінімуму.

З іншого боку, функція f(k, з0, t) сама виходить внаслідок оптимизационной процедури, що робить її значення «дорогими» себто обчислювальних витрат, а значення приватних похідних ¶f/¶ki недоступні в аналітичному вигляді й дуже важкодоступні щоб одержати методом кінцевих разностей.

Тож програми “КІНО”, вирішальної зворотний завдання хімічної кінетики (завдання параметричної ідентифікації), був обраний комбінований метод нульового порядку (КМНП), який вимагає обчислення приватних похідних і описаний в [42]. Його застосування дозволяє вирішувати проблему параметричної ідентифікації, тобто. знаходити константи швидкості окремих стадій многостадийной хімічної реакції.

Для отримання формальних кінетичних рівнянь використовувався метод варіювання концентрації однієї з реагентів при сталості решти параметрів. У цьому обумовлена з полулогарифмического уявлення кінетичною кривою константа швидкості псевдопервого порядку лінійно залежить від варьируемой концентрації. Тангенс кута нахилу цієї прямий відповідає приватному порядку реакції по обраному реагенту. Що стосується, коли вся серія вимірів проводилася як виміру оптичної щільності при одним і тієї ж параметрах АЦП, робити обробку значень UT, оскільки вони прямо пропорційні значенням оптичної щільності, отже, концентрациям реагують речовин, у кожен час.

Константа швидкості реакції визначається після встановлення формального кінетичного рівняння шляхом розподілу ефективних констант швидкості псевдопервого порядку на концентрації інших реагентів у ступенях. У цьому критерієм правильності отриманого результату служить сталість константи швидкістю різних серіях вимірів.


Схожі реферати

Статистика

[1] 2 3 4