Kemiallisten prosessien ja materiaalien mallinnus vapaan energian minimoinnilla. Lisätyt rajoitukset ja työtermit

Risto Pajarre

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Kemiallista tasapainotermodynamiikkaa hyödynnetään lukuisilla sovellusalueilla, kuten pyrolyysi- ja polttoreaktioissa, metallurgiassa, petrokemiassa, paperiteollisuudessa, kehittyneiden epäorgaanisten materiaalien tutkimuksessa, ympäristötieteissä ja biokemiassa. Koska tutkittavat systeemit eivät monesti kuitenkaan ole tasapainossa, on tarve metodeille, joilla monifaasitasapainoratkaisijoiden sovellusaluetta voidaan laajentaa epätasapainosysteemeihin. Samaten pitäisi pystyä käsittelemään tehokkaasti systeemejä, joita ohjaavat muut termodynaamiset parametrit kuin Gibbsin vapaaseen energiaan useimmin yhdistetyt lämpötila, paine ja alkuaine- sekä varaustaseet. Väitöstyössä esitetään laskennallisia metodeja ja niihin liittyvä teoria jota voi-daan käyttää tavanomaisissa Gibbsin energian minimointirutiineissa. Kehitetyt laajennukset mahdollistavat sellaisten systeemien käsittelyn, joihin liittyy erilaisia termodynaamisia työtermejä, joissa on rajoitettuja reaktion etenemisasteita ja joihin kohdistuu muita systeemin koostumukseen vaikuttavia lineaarisia rajoitteita. Työhön liittyvät mallit on toteutettu käyttäen ChemSheet-ohjelmaa, mutta esityksessä on pyritty yleisyyteen ja sovellettavuuteen myös muissa termodynaamisissa ohjelmistoissa, jotka sallivat käyttäjän määritellä systeemiin liittyvän termodynaamisen datan ja sen osaslajien stoikiometrian. Käsiteltäviä esimerkkejä ovat sähkökemiallinen Donnanin tasapaino (sovellusalueena kuituvesisuspensiot), rajapintaenergiat, ulkoisen magneettikentän alaiset systeemit sekä systeemit, joita ohjaavat ajasta riippuvat reaktioiden etenemisasteet. Suurin käytännön arvo on saavutettu malleilla, jotka yhdistävät reaktiokinetiikan osittaiseen tasapainolaskentaan, ja Donnanin tasapainoon perustuvilla ioninvaihtomalleilla. Molempia on sovellettu käytännön kehitys- ja suunnittelutyöhön monikomponentti- ja monifaasisysteemeille. Menetelmää on myös onnistuneesti käytetty nestepintojen pintaenergian mallinnukseen epäideaalisille monikomponenttisysteemeille.
    Julkaisun otsikon käännösKemiallisten prosessien ja materiaalien mallinnus vapaan energian minimoinnilla. Lisätyt rajoitukset ja työtermit
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Laasonen, Kari, Vastuuprofessori
    • Koukkari, Pertti, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-7155-8
    Sähköinen ISBN978-952-60-7154-1
    TilaJulkaistu - 2016
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • termodynaaminen tasapaino
    • Gibbsin vapaa energia
    • pintaenergia
    • Donnanin tasapaino
    • reaktion etenemisaste
    • nanopartikkelit

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Kemiallisten prosessien ja materiaalien mallinnus vapaan energian minimoinnilla. Lisätyt rajoitukset ja työtermit'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä