CC BY
38
, • ) S 9 i U »>«шм и химической тв)ошюгии. Том XXill. 2009. НИ (94)
УДК 541.69/.Й97
С. Л. Максимов, П. А. Гуриков
Российский химик»-технологический университет им, Д.И. Менделеева, Москва, Россия
БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ ВЕЩЕСТВ В СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДАХ
The present work is devoted to create database for storing and classification organic compounds solubility data in supercritical carbon dioxide, which is kept from various literature sources. The database structure simplifies to calculate solubility models.
Настоящая, работа посвящена созданию базы данных для хранения и классификации данных о растворимости органических веществ в сверхкритическом диоксиде углерода, полученных из различных литературных источников. Структура предложенной базы данных позволят упростить построение моделей растворимости,
В наши дни концепция зеленой химии находят все большее применение в практике проведения химических процессов. Для обеспечения экологической безопасности производств сегодня появилась острая потребность снизить применение горючих, токсичных и взрывоопасных веществ в химической технологии. Одним из перспективных направлений этой деятельности является применение сверхкритических флюидов. Флюиды призваны заменить, где это возможно, органические растворители, выступая в качестве растворителей, экстрагентов. сред для сушки [1].
При переходе в сверхкрнтичеекое состояние, вещество качественно меняет свои физические и химические свойства: диэлектрическую проницаемость. коэффициент самодиффузии, растворяющую способность, кислотно-основные свойства [2]. К настоящему времени множество веществ изучено в сверхкритических условиях, однако наибольшее применение находит диоксид углерода ( vcCOj) - нетоксичное, негорючее и дешевое соединение со сравнительно низкими критическими параметрами.
Переходу к широкомасштабному применению scCCh мешает не столько сложность аппаратного оформления процессов, сколько недостаточная ясность в механизмах физических и химических процессов в такой «экзотической» среде. В литературе имеется множество разнообразных, порой разрозненных данных о процессах в vcCOi, однако в теоретических обобщениях имеется определенный дефицит.
Целью настоящей работы является создание базы данных для сбора и анализа экспериментальных данных по растворимости органических веществ в сверхкритическом диоксиде углерода. Спроектированная база данных относится к классу реляционных и состоит из ряда таблиц. Структура базы данных представлена на рисунке 1.
Сущностная таблица «Substances» является ключевой таблицей в настоящей базе данных. Она представляет собой реестр веществ (свсрхкри-тических растворителей и растворяемых веществ). В данной таблице учитываются такие характеристики вешеств как название (Name), структурная
Уся
0 S Я в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 1 (94)
4
формула (Formula), является ли вещество растворителем (IsSolvent) и молекулярная масса (Mass).
С таблицей «Substances» связаны два словаря данных - по свойствам (таблицы «Properties» и «PropDictionary») и по семантическим категориям (таблицы «Categories» и «CatDictionary»), Словарь свойств предназначен для хранения значений физических свойств веществ, таких как температура кипения, температура плавления, температура и давление критической точки для растворителей и т. д. Категорирование веществ выполняется с целью обеспечения удобства дальнейшего построения моделей [3]. Так. имея априорную информацию о категориях, к которым можно отнести вещество, существенно легче построить репрезентативную выборку для построения адекватной математической модели. В качестве примеров категорий можно перечислить несколько видов: антибиотики, бета-блокаторы по воздействию на организм; хиноны, индолы по химическому строению и т.п.
Вторая часть данной реляционной базы данных предназначена для хранения фактических данных по растворимости. Таблица «Units» предназначена для перечисления возможных единиц измерения растворимости, например, молярность. мольная доля, массовая доля и т.п. Таблица «Experi-mentTypes» служит для хранения данных о типе эксперимента: статический с взвешиванием, динамический с хроматографией и др.
IPH Étfttófi COUNTER
U1 PropNâitt» fk»-cr»pt*3íi TEXT [4000} TfXTHCOO)
S1Í- I ,£Ч,<1'!].гП! ! урм
ЬмйЕиаШ COUNTER
ExpTypt DcfccnptKXt TEXT|«¡M| lEXTHOOOl
ЕГЕ Units
PK Un .up COUNTER
U1 Unit ТЕХТ(«<Я»
1 DexcrtptKjri ГЕХГМООО)
SFE .PfûpDlcLoiiaiy
РК.ГК2 PK.FK 1 Sii»ia tssjafi LONG LONG
Valu« LONG
1 j
SEE CfitDKlKfwy
PK FK2 ÇDÎPÛÏ'ÏJP LONG
PK FK1 äliltffi LONG
5Г t Substances
PK lauWO COUNTER
U1 Name Permuta {«Solvent I Owet-nsAon TEXTI40W) LÖNÖBINARY art TEXTlíOOO;
SfE. Categories
PK СаишуЩ LONG
Category t EXTÍ4CD0) Osc/ЧХлш TE>T(A0»"i)
SFE Experiments
PK.F КЗ PK bselïetffi ехие LONG COUNTER
ЯК1 FK2 linrt'ö SublO Descnpliun LÖHS LONO IEXT(4000>
SPC СокАгелй
PKTKt PK.FK3 EsinW LONG LONG
Valu» LONG
SFE_Potr(6
PK POfflüR COUNÎfcR
F кг tumo L ONG
fKt Subtü LONG
Valu« LONG
î«mp«raiure LONG
Pressure LONG
FIO» i LONG
РОПМ ! LONG
FK2 ЕлрТуреЮ LONG
Рис. I. Схема базы данных
Сущностная таблица «ЕхрептсМх» предназначена для учета данных об общих характеристиках эксперимента: растворитель (8иЬЮ), тип измере-
4
С tf 0 X II в ХИМИИ и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 1 {94)
ний ("ЕхрТуреГО), используемые единицы измерения (UnitlD), Для учета экспериментальных точек предназначена таблица «Points», в которой фиксируются данные о принадлежности конкретному эксперименту (ExpID), растворяемому веществу (SubID), значении растворимости (Value), температуре и давлении опыта (Temperature, Pressure) в градусах Кельвина и мегапа-скалях соответственно. Поля Flow (поток) и Period (время пребывания) являются необязательными и служат для хранения дополнительной информации об условиях опыта.
Графический пользовательский интерфейс спроектирован и реализован с целью облегчения основных процессов взаимодействия пользователя с базой данных. Его концептуальная схема отражена на рисунке 2.
°збота с таблицей веществ
]До5авл0ч/,еювого веществе
данных веществе|
[Изменение j о вещее
¿[Удалениезаписи с! веществе |
выбор категории к/' или вещества
свойство 1 свойство 2 свойство 3
Ввод нового типа эксперимента
Ввод нового эксперимента
Рис. 2. Блок-схема работы графического пользовательского интерфейса
Интерфейс состоит из нескольких окон, которые разделены по своему назначению. Первое окно предназначено для работы с данными о веществах, словарями категорий и свойств. Второе - для получения справки (отчета) об уже накопленных данных по свойствам заданного пользователем вещества. Третье окно служит для фиксации данных об экспериментах. В нем пользователь имеет возможность выбрать параметры эксперимента и задать экспериментальные точки.
В заключение настоящей работы отметим, что экспериментальные данные в созданной БД хранятся в сжатой и формализованной форме, позволяющей проводить анализ, классификацию и построение (¿БАК моделей растворимости веществ в $сС02. Математические модели растворимости этого типа связывают структуру вещества, выраженную через дескрипторы, и значения растворимости. Под дескрипторами понимаются величины, ха-
С Л 0 X II В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №1 (94)
растеризующие топологические, геометрические и электронные свойства молекулы растворяемого вещества.
Библиографические ссылки
1. McHugh, М.А. Supercritical fluid extraction: principles and practice - 2nd ed. Newton, MA: Butterworth-Heinemann, 1994. 514 p.
2. Галкин, A.A. Вода в суб- и сверхкритических состояниях - универсальная среда для осуществления химических реакций // Успехи химии. 2005. Т. 1. № 74. С. 24-40.
3. Engelhardt H.L. Prediction of Supercritical Carbon Dioxide Solubility of Organic Compounds from Molecular Structure // J. Chem. Inf. Comput. Sei.. 1997. V. 3. № 37. PP. 478-484.
УДК 519.62:124.1
A. H. Ершова, А. С. Скичко, Э. M. Кольцова
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
СЦЕНАРИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ХАОСА ПРИ НАКОПЛЕНИИ РАСЧЁТНОЙ ОШИБКИ В РАЗНОСТНЫХ ЗАДАЧАХ
Under the calculation of differential equations by calculus of approximations, the error accumulation scenario was investigated. It was shown that under the explicit difference scheme using the estimated error accumulation is in accord with chaos onset scenario via a period-doubling cascade. The differential equation for which the logistic equation is the special case of difference approximation was derived. By means of one it was shown that this scenario is the property of just discrete systems.
Исследован сценарий накопления ошибки при расчёте дифференциальных задач численными методами. Показано, что накопление ошибки при использовании явной разностной схемы происходит в соответствии со сценарием образования хаоса через каскад бифуркаций удвоения периода. Получено дифференциальное уравнение, частным случаем разностного представления которого является логистическое уравнение, и с его помощью показано, что данный сценарий поведения системы - свойство именно дискретных задач.
Один из наиболее популярных сценариев возникновения хаоса - через каскад бифуркаций типа удвоения периода - хорошо демонстрируется на простой дискретной системе, являющейся математической моделью изменения численности популяции [1 ]:
Xj+i = axj(\ - Xj), 0 < х < 1. (1)
Данное уравнение часто называют логистическим. В нём индекс ] является счётчиком моментов времени, в которые проводят замеры, т.е. по сути играет роль времени с шагом дискретизации At = 1.
Ранее авторами работы в ряде расчётов нелинейных дифференциальных задач с использованием явной разностной схемы (явного метода Эйлера) было замечено усложнение поведения системы по аналогичному сце-
