CC BY
23
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Оригинальная статья
УДК 004.942
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА РАСЧЕТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ИНДИВИДУАЛНЫХ ВЕЩЕСТВ, ХИМИЧЕСКИХ РЕАЦИЙ И СЛОЖНОЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЫ
И. А. Рыбенко, П. А. Сеченов
Сибирский государственный индустриальный университет (Россия, 654007, Кемеровская обл. -
Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Аннотация. Представлена программная реализация инструментальной системы расчета термодинамических функций индивидуальных веществ, химических реакций и равновесного состояния сложной многокомпонентной гетерогенной системы. Приведен обзор существующих баз данных и программных продуктов. Рассмотрен алгоритм расчета основных термодинамических функций вещества (удельной теплоемкости, энтальпии, энтропии и приведенной энергии Гиббса для фиксированной температуры и изменения в интервале температур). Создана база данных для 2500 индивидуальных веществ. Разработан блок расчета для определения основных термодинамических параметров. Программно реализован алгоритм расчета изменения термодинамических функций химических реакций на основе закона Гессе. Рассмотрен метод расчета равновесного состояния сложной многокомпонентной гетерогенной системы на основе принципа максимума энтропии, который реализован в третьем модуле инструментальной системы.
Ключевые слова: термодинамические функции, индивидуальное вещество, химическая реакция, сложная многокомпонентная гетерогенная система, термодинамическое равновесие, база данных, алгоритм расчета, инструментальная система
Для цитирования: Рыбенко И.А., Сеченов П.А. Инструментальная система расчета термодинамических функций индивидуальных веществ, химических реакций и сложной многокомпонентной гетерогенной системы // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2022. № 3 (41). С. 18 - 27.
Original article
INSTRUMENTAL CALCULATION SYSTEM THERMODYNAMIC FUNCTIONS OF INDIVIDUAL SUBSTANCES, CHEMICAL REACTIONS AND COMPLEX MULTICOMPONENT HETEROGENEOUS SYSTEM
I. A. Rybenko, P. A. Sechenov
Siberian State Industrial University (42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region - Kuzbass, 654007,
Russian Federation)
Abstract. A software implementation of an instrumental system for calculating the thermodynamic functions of individual substances, chemical reactions and the equal state of a complex multicomponent heterogeneous system is presented. An overview of existing databases and software products is provided. An algorithm for calculating the basic thermodynamic functions of a substance (specific heat capacity, enthalpy, entropy and reduced Gibbs energy for both a fixed temperature and a change in the temperature range) is considered. A database has been created for 2500 individual properties. A calculation block has been developed to determine the basic thermodynamic parameters. An algorithm for calculating changes in the
thermodynamic functions of chemical reactions based on Hesse's law is implemented programmatically. The method of calculating the equilibrium state of a complex multicomponent heterogeneous system based on the principle of maximum entropy, which is implemented in the third module of the instrumental system, is considered.
Keywords, thermodynamic functions, individual substance, chemical reaction, complex multicomponent heterogeneous system, thermodynamic equality, database, calculation algorithm, instrumental system
For citation. Rybenko I.A., Sechenov P.A. Instrumental system for calculating thermodynamic functions of individual substances, chemical reactions and a complex multi-component heterogeneous system. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2022, no. 3 (41), pp. 18 - 27. (In Russ.).
Введение
Термодинамическое моделирование технологических процессов возможно только при использовании современных инструментальных систем. В настоящее время создано уже несколько сотен алгоритмов и программ, предназначенных для расчета равновесного состава химически реагирующих систем. Причины создания такого количества инструментальных программ связаны с существованием множества различных термодинамических систем, имеющих свои конкретные особенности, и соответствующих им большим числом термодинамических моделей. Для определения параметров моделей необходимо располагать достоверными экспериментальными и теоретическими данными.
Передовые научно-исследовательские центры по изучению термодинамических свойств веществ занимаются экспериментальным определением свойств веществ, а также закономерностей, дающих возможность прогнозировать свойства неизученных объектов. К таким центрам относятся термоцентр имени В.П. Глушко РАН (Россия) [1 - 5], национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA (США), национальный институт стандартов и технологий NIST (США) [6], центр исследований в области вычислительной термохимии CRCT (Франция, Канада, Германия), японское общество калориметрии и термического анализа Kagaku Gijutsu-Sha (Япония) и многие другие центры.
Существенной и неотъемлемой частью любого программного комплекса, предназначенного для термодинамического моделирования, является база данных по термодинамическим свойствам индивидуальных веществ
Выделим два наиболее полных справочника (базы данных) по термодинамическим свойствам веществ [1, 2]. В России одним из ведущих является термоцентр им. В.П. Глушко. По термодинамическим свойствам веществ издано восемь томов [3], а также два тома доступны на сайте [4]. Существует электронная версия в виде отсканированных страниц, а также и электрон-
ные базы данных [5], взятые из справочников [3, 4]. К иностранным разработкам следует отнести справочник по термодинамическим и теплофи-зическим свойствам веществ, количество которых составляет более 6000, разработанный национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) [6].
Существуют программы (базы данных термодинамических параметров индивидуальных веществ), которые не обновляются, например NASA CEA [7], написанная на языке Fortran, c последним обновлением от 2003 г., IVTANTHERMO - термоцент имени В.П. Глушко (последнее обновление происходило в 2003 г.). Также существуют платные актуальные программы с демонстрационной версией (FactSage [8, 9], Thermo-Calc [10, 11] и HSC Chemistry [12]).
Несмотря на многообразие программ расчета термодинамического равновесия, большинство из них имеют узкую область применения [13] и могут быть использованы только для конкретного типа задач в определенной области знаний (термодинамическая база данных для сталей с высоким содержанием марганца) [14]. К универсальным программам следует отнести лишь программные комплексы IVTANTHERMO, REAL и ТЕРРА.
Была поставлена задача разработки базы данных и программы расчета термодинамических свойств индивидуальных веществ, химических реакций и сложных многокомпонентных гетерогенных систем с использованием справочников [3, 4]. В качестве среды разработки выбрана Visual Studio 2022, объектно-ориентированный язык программирования С#.
Термодинамические свойства индивидуальных веществ
В первом модуле инструментальной системы осуществляется расчет термодинамических функций индивидуальных веществ. Исходными данными для расчетов являются коэффициенты аппроксимационного уравнения для приведенной энергии Гиббса и температуры фазовых переходов. Для каждого вещества на основе коэффициентов приведенной энергии Гиббса и эн-
тальпии образования рассчитываются остальные термодинамические функции индивидуальных веществ.
Стандартная приведенная энергия Гиббса вычисляется по следубщей формуле:
* (Т) = /+/ 1п х+£+£+
+ /1х + /2х2 + /X3
(1)
где G(T - энергия Гиббса, Дж/(моль^К); Н(0) -энтальпия при температуре 0 К, ДжДмоль-К); Х = Г/10000 - приведенная температура, К; Т -температура, К.
На основе уравнения (1) определяются следующие термодинамические функции (удельная теплоемкость, энтропия и изменение энтальпии):
С р (Т) = а0 + + а1Х + С2Х2 + с3Х3 5 (Т) = ^ + е 1п X + + ^X + я2Х2 + X3
н (Т) -н (0)=к+%+^
Т 0 X2 X
= к0 + ^ + ^ + ^ + к^2 + ^3
(2) (3)
.(4)
Коэффициенты уравнений (2) - (4) рассчитываются на основе уравнения для приведенной энергии Гиббса:
е = /0+/; '0 7'
к0 = /;
к-2 = -2/-2;
Со = ?; е = /;
с-2 = 2/-2; ^ = - /_2; к-1 = - /-1;
с =2 Л; е = 2 /; к1 =
С = 6/2; е2 = 3 /2; к2 = 2 и
Сз = 12/з. ^ = 4/3. кз = 3/3.
На основании приведенных выше теплофи-зических функций определяется энтальпия, изобарно-изотермический потенциал, полные внутрення энергия и энтальпия при произвольной температуре:
где п - количество вещества, моль; Я - универсальная газовая постоянная; ДН°(298) - энтальпия образования вещества при температуре 298 К, Дж/моль.
Расчет вышеперечисленных функций реализован в программном модуле «Термодинамические свойства индивидуальных веществ». База данных программы содержит информацию по термодинамическим параметрам более 2500 веществ. По формуле вещества, вводимого в поле «Имя индивидуального вещества», отображается следующая информация: энтальпия образования вещества и молярная масса, а для выбранного значения температуры рассчитываются удельная теплоемкость, приведенная энергия Гиббса, энтропия и изменение энтальпии. На рис. 1 представлена диаграмма классов взаимодействия. Интерфейс программы приведен на рис. 2.
В программе выделены следующие классы: «Основная форма», «Расчет», «Таблица», «Свойства». В классе «Расчет» реализован алгоритм расчета термодинамических функций вещества (приведенной энергии Гиббса, удельной теплоемкости, энтропии, энтальпии, полной энергии, внутренней энергии, изменения энтальпии, энергии Гиббса и др.). Класс «Основная форма» взаимодействует с формой «Отображения значений коэффициентов приведенной энергии Гиббса», а также с формой «Таблица», в которой отображаются основные термодинамические функции. Также в программе реализован модуль отображения информации в виде графика (рис. 3) и таблицы (рис. 4).
Термодинамические функции химических реакций
В следующем блоке программно-инструментальной системы осуществляется расчет термодинамических функций химических реакций. Расчет основан на законе Гесса. Все параметры определяются как разность между термодинамическими функциями продуктов реакций и исходных веществ с учетом стехиомет-рических коэффициентов.
Изменение удельной теплоемкости химической реакции рассчитывается по следующей формуле:
н (Т) = н (0) + + к-1 + hX + кл2 + кЛ 3Т;
X2 X П 2 ^ (5)
асР1 =Х с;род -X с;;х!
в(Т) = н(0) - *(Т)Т;
и = н (Т) - н (0) - пЯТ;
1{Т) = А,И (298) +Н(Т) -Я(0),
(6)
(7)
(8)
р^ ]
(9)
где ДСР1, ..., ДСРк - изменение теплоемкости химической реакции при постоянном давлении в
Main.cs
Show coef
-Mymin(double val)() -Mymax(double val}() -MyFunc(booI _b)() -listBoxl_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)() -Forml_Load(object sender, EventArgs e)() -tB_Ind_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e)() -tB_temp_KeyDown(objeet sender, KeyEventArgs e)() -b_up_Click(object sender, EventArgs e)() -b_do_Cliek(object sender, EventArgs e)() -b_Graph_Click(object sender, EventArgs e)() -b_minup_C!ick(object sender, EventArgs e)() -b_mind_Click(object sender, EventArgs e)() -b_maxup_CIick(object sender, EventArgs e)() -b_maxd_Click(object sender, EventArgs e)() -b_Show_coef_Click(object sender, EventArgs e)() -b Reaction_Click(objeet sender, EventArgs e){) -nUDIn _ValueChanged(object sender, EventArgs e)() -nUD_Out_ValueChanged(object sender, EventArgs e)() -b_table_Cliek(objeet sender, EventArgs e)()
I
____I
-Func(bool _B)()
-lB_sub_SelcctcdIndcxChanged(object sender, EventArgs e)() -Fshow_coef_Load(object sender, EventArgs e)() -nUD_ValueChanged(objeet sender, EventArgs e)() -tB_inp_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e)()
Table.cs
+_i: int +_s : string +_name : string +inmin : double +inmax : double +_dt: int +myBD : Calc.cs
-Form_Table_Load(object sender, EventArgs e)()
SÈS Calc.cs
+string[] name : string
+double[] mol double
+double[,] fgi : double
+fPriGibbs(int i, double X)() : double +fCp(int i, double X)() : double +fS(int i, double X)0 : double
+fH(int i, double X, double hO, double h_2, double h_l, double hi, double h2, double h3)() : double
+fl(int i, double X){) : double
+fU(int i, double X)() : double
+fdH(tnt i, double X)() : double
+fGibbs(int i, double X)() : double
+choice(string namef, string reaction, int i, double temp)() : double
Рис. 1. UML диаграмма взаимодействия классов Fig. 1. UML diagram of class interaction
интервале температур, кДж/(мольК); к - номер фазового перехода с учетом фазовых переходов всех веществ, участвующих в реакции;
С и
,^прод /^прод ^-гпрод Cpl Cp 2 Cpk
и
ИСХ Cp1
ТИСХ 'p 2
^ИСХ Cpk _
теплоемкости продуктов реакций и исходных веществ со-
ответственно до 1-го, 2-го и после к-го фазовых переходов в интервале температур от 298 К до Т для всех реагирующих веществ, кДж/(мольК); уг-, - стехиометрические коэффициенты.
Т- Energy 0.05
Температура, Г 1?0С|| + - К
Уд. теплоемкость, СГ\Т) [ 57.952 Дж/(Молъ ■ К) Энергия Гиббса, F(T) 93,235 ДжДМоль ■ К)
Энтропия, Энтальпия, АН*>(Г)
141,465 Дж/(Моль -К)
72344,195 Дж/Моль
Список веществ
Справочник по свойствам индивидуальных веществ Реакции График и таблица МахЭ Имя индивидуального вещества: МпО(с) Энтальпия образования ±.^1Р(298) = -385200 Дж/моль Молярная масса ~ 70,937449 г/моль
Pd(c) «
Pd
PdO(c)
PdO
PdF2(c)
PdF2
PdF4
PdF6
PdC12(c)
PdC12
Mn(c)
Мл
МлО(с)
MnO
Mn02(c)
Mn02
Mn203(c)
Mn207(e)
Рис. 2. Интерфейс справочника по термодинамическим свойствам индивидуальных веществ Fig. 2. Interface of the handbook on thermodynamic properties of individual substances
Рис. 3. Графическое отображение термодинамических функций вещества в интервале температур Fig. 3. Graphical representation of thermodynamic functions of a substance in the temperature range
АН°
Изменение энтальпии т, кДж/моль, химической реакции при температуре Т рассчитывается по следующей формуле:
д// //.;•• v: • j AcpldT
(10)
+ДЯфл1 + j AC^dT +ДНф.п2
+ i >/'/'•
где Тф.п1, Тф.п2, Тф.д^ - температуры фазовых переходов, К; ДНф.п1, ДНф.п2, ДНф.пк - изменение энтальпий в результате фазовых переходов,
д ^-опрод Д ^-ОИСХ
кДж/моль; ' 298 и ' - энтальпии об-
разования продуктов и исходных веществ реакции при стандартной температуре, кДж/моль.
Интерфейс модуля для работы с химическими реакциями приведен на рис. 5. Перед расчетом термодинамических параметров обязательно проходит проверка на соответствие количества
моль входных веществ и продуктов реакций [13]. Также для удобства пользователя реализована возможность сохранения в текстовый файл химических реакций. Это позволит в дальнейшем быстро найти и загрузить химическую формулу по ее части, например, по одному из веществ.
Алгоритм для расчета термодинамических функций химических реакций следующий:
1 - создание двух одномерных массивов для исходных веществ и продуктов реакции;
2 - проверка наличия введенных веществ в базе данных;
3 - при успешном выполнении второго пункта, создание двухмерных массивов исходных веществ и продуктов реакции для запоминания значений выбранной термодинамической функции и количества молей веществ;
4 - определение суммы термодинамических функций для исходных веществ и продуктов реакции с учетом количества молей веществ;
Таблица - п
Вещ МпО с) *
T C»p (T) *°(T) S"(T) Н° ¡Г] -Н° ¡0) G"(T) Н°(Т)
к №»/ [K Моль) Дж/(К-Моль! №/ (К Моль) Дж/Моль Дж/(К-Моль) Дж/Моль
258 15 44 178 28 551 58 851 8514 000 -353831 725 -376286, 000
300 00 44 257 25 136 59 12 4 8956 475 -393940 8 53 —37 62 03 52 5
400 00 47 2 81 38 343 72 318 13589 840 -400537 366 -371610, 160
500 00 45 068 46 247 83 074 18413 155 -408323 623 -366786, 80S
600 00 Б0 367 53 160 52 135 23387 54 0 -417056 065 -361812, 460
700 00 51 436 55 301 99 586 28479 018 -426711 02 9 -356720, 982
800 00 52 383 64 825 106 517 33670 700 -437062 821 -351525, 300
500 00 53 258 65 856 113 138 38553 182 -448070 755 -346246, 818
1000 00 54 089 74 472 не 7 52 44320 820 -459671 540 -340875, 180
1100 00 54 891 78 740 123 585 49770 02 4 -471813 915 -335425, 976
1200 00 55 674 82 713 12 8 755 55258 400 -484455 865 -325501, 600
1300 00 56 442 86 432 133 282 60504 250 -457562 2 02 -324255, 710
1400 00 57 201 85 931 13 7 4 53 66586 511 -511103 057 -318613, 489
1500 00 57 552 53 235 141 465 72|344 195 -525052 765 -312855, 805
1600 00 58 657 56 368 145 225 78176 650 -535385 053 -307023, 310
1700 00 59 438 55 348 148 809 84083 499 -554092 385 -301116, 501
leoo 00 60 176 102 192 152 228 90064 233 -569145 510 -295135, 767
1500 00 60 511 104 512 155 501 56118 585 -584533 080 -285081, 411
2000 00 61 644 107 521 158 644 102246 32 0 -600241 345 -282553, 68 0
Рис. 4. Полная таблица основных термодинамических функций индивидуального вещества Fig. 4. Complete table of basic thermodynamic functions of an individual substance
+
Т
T
T-Energy 0.05
Справочник по свойствам индивидуальных веществ Реакции График и таблица Мах8 Введите исходную формулу
Мп(е)+1/202=Мп0(с)
Исходные вещества
► Вещество Мп(с) 02
Количество. Моль 1 1/2
1
Количество исходных веществ 2 ;
Полученные вещества
► Вещество МпО(с)
Количество. Моль 1
Количество продуктов реакций 1
О S
о и о н
С I
О Сг
е> ср
Темература, К 298.15
Т: К Ср, Дж/(моль К) Мп(с)=2б,3 02=29,4 МпО(с)= 44,2 Результат: 3,223
Расчет
Рис. 5. Интерфейс модуля ввода химической реакции Fig. 5. Interface of the chemical reaction input module
5 - определение по закону Гесса заданной термодинамической функции химической реакции как разности между суммой термодинамических функций исходных веществ и продуктов.
Введенная исходная информация проверяется на корректность. Если реакция прошла проверку на правильность, то ее можно сохранить в файле реакций. В программе имеется возможность расчета таких термодинамических функций химических реакций, как энтропия, внутренняя энергия, энтальпия, полная энергия, энергия Гиббса и удельная теплоемкость. На этапе расчета выбранной термодинамической функции сначала происходит проверка наличия отдельных веществ в базе данных, если вещество отсутствует или написано некорректно (например, на русском языке), то программа сообщит об ошибке. Расчет значений выбранной термодинамической функции химической реакции осуществляется как для одной температуры, так и в интервале температур с заданным шагом. Пример расчета представлен на рис. 6.
Равновесное состояние сложной многокомпонентной гетерогенной системы
Для расчета равновесного состояния сложной многокомпонентной гетерогенной системы используется метод термодинамического моделирования, основанный на поиске экстремума термодинамического потенциала (максимума энтропии). Этот метод предоставляет уникальную возможность обобщенного описания любого высокотемпературного состояния с помощью одних только фундаментальных законов термодинамики, независимо от условий и способов достижения равновесия, и требует минималь-
ной информации о самой системе и об ее окружении.
Термодинамическая система рассматривается как совокупность отдельных подсистем (фаз и индивидуальных конденсированных веществ). В результате для сложной системы (рабочего тела) формулируется задача нахождения для заданных термодинамических условий равновесного состава компонентов, при которых термодинамический критерий (энтропия системы), представленная функцией параметров состояния, принимает экстремальное значение. Такая формулировка приводит к сложной оптимизационной задаче, для решения которой разработаны соответствующие методы и программные средства. Метод максимума энтропии позволяет оценить состав системы в условиях равновесия независимо от способов достижения равновесия и выяснить принципиальную возможность получения тех или иных веществ, выделение которых является основным при решении задачи оценки предельного конечного состояния. Метод заключается в определении максимального значения энтропии системы как функции состава и температуры при условии соблюдения закона сохранения массы (Mj = const) и полной внутренней энергии (ип = const).
Термодинамическая система разбивается на более простые составляющие (подсистемы), и суммарная энтропия определяется как сумма энтропий всех подсистем (газовой фазы, конденсированных растворов и компонентов), находящихся в конденсированном состоянии и образующих самостоятельные фазы:
Р N,
^ .=1 , (ii)
Рис. 6. Расчет изменения энтропии химической реакции в интервале температур Fig. 6. Calculation of the entropy change of a chemical reaction in the temperature range
где — полная энтропия системы, Дж/К; £г, £р и 5 — энтропии газовой фазы, р-го конденсированного раствора и /-го конденсированного вещества, образующего самостоятельную фазу, Дж/К; ^тв - количество индивидуальных конденсированных веществ; Р - количество конденсированных растворов.
Энтропия газовой фазы рассчитывается следующим образом:
Для расчета энтропии индивидуальных веществ, представляющих собой самостоятельные фазы, используют соотношение:
«г (
RT
(12)
(14)
.. . я; (Г)
где п/ - число молей /-го вещества; 1 — энтропия /-го вещества, Дж/(мольК).
Для термодинамической системы, содержащей Р растворов, газовую фазу и Ытв конденсированных веществ, энтропия представлена функцией состава и рассчитывается с учетом вкладов всех компонентов системы:
s:
где (Т) - энтропия 7-го компонента газа, Дж/(моль К); п7 - число молей 7-го компонента газа; Я0 - универсальная газовая постоянная, Дж(/мольК); V - объем, м3; N - количество компонентов газовой фазы.
Вклад конденсированных растворов в энтропию системы представлен в виде суммы вкладов отдельных составляющих. Растворы рассматриваются как идеальные:
(13)
г=1
где N - число компонентов раствора; хг -мольная доля г-го компонента раствора; пг -
число молей г-го компонента раствора; г у ' — энтропия чистого г-го компонента раствора, Дж/(мольК).
p=1 r= 1
N< D T P Np
1=1 V
-R0lnxr )nr +£ SJ (T)nj.
j=\
(15)
Таким образом, целевая функция представляет собой зависимость энтропии сложной системы от химического состава и температуры.
Если вещества находятся только в твердом состоянии, то система из линейных уравнений и ограничений решается симплекс-методом. В большинстве случаев в выходных продуктах есть как твердые, так и газообразные вещества. Для решения без ограничений используется метод Лагранжа, который заключается в преобразовании исходных уравнений и ограничений в систему нелинейных уравнений с помощью взя-
Рис. 7. Расчет равновесного состояния в системе Fe - C - O Fig. 7. Calculation of the equilibrium state in the Fe - C - O system
тия первой производной, как по концентрациям полученных веществ, так и по ограничениям.
Решение системы нелинейных уравнений осуществляется итерационным методом Ньюто-на-Рафсона. На каждой итерации осуществляется построение матрицы производных функций, а также нахождение невязок по переменным. Такой переход позволяет свести систему нелинейных уравнений к линейной системе, которая на каждой итерации решается симплекс-методом.
Для составления матрицы Якоби необходимо, чтобы исходная система уравнений имела
вторую производную. Для этого в уравнениях
_ 2
(11) - (15) делается замена п = 2 . Следует отметить, что для нахождения максимального значения энтропии на каждой итерации для каждой
„ = + Агк V
неизвестной переменной: г+1 1 11. Коэффициента приращения к ~ 0,1. При больших значениях этого коэффициента итерационный метод приходит к решению, когда выполняются ограничения и невязка стремится к нулю, а найденные значения количества молей веществ не соответствуют максимуму энтропии. Пример расчета равновесного состояния системы Fe - С - О представлен на рис. 7.
Выводы
Разработана программа расчета термодинамических функций индивидуальных веществ, химических реакций и равновесного состояния сложной многокомпонентной гетерогенной си-
стемы. В программе реализована база данных и модуль расчета термодинамических функций для более 2500 простых веществ и соединений, который позволяет определять следующие функции: удельную теплоемкость, энергию Гиббса, энтропию, энтальпию, внутреннюю и полную энергию, как при заданной температуре, так и на интервале температур с учетом заданного шага по температуре.
С использованием этого модуля реализован блок расчета термодинамических функций химических реакций (удельной теплоемкости, энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, внутренней энергии и полной энергии с использованием базы данных). Реализована проверка баланса количества молей исходных веществ и продуктов реакции.
В программе реализован расчет равновесного состояния сложной многокомпонентной гетерогенной системы на основе принципа максимума энтропии.
Предусмотрена возможность многовариантных расчетов в диапазонах концентраций исходных веществ и термодинамических параметров, определяющих равновесие. В программе имеются удобный интерфейс, а также возможность осуществления многовариантных расчетов и вывод результатов в виде таблицы Excel.
Базу данных и программный продукт можно использовать для термодинамических расчетов в металлургии, нефтепереработке, химической промышленности, переработке отходов и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барахнин В.Б., Молородов Ю.И., Станкус С.В., Федотов А.М. Информационные технологии для задач теплофизических свойств веществ // Информатика и системы управления. 2013. № 4 (38). С. 149-157.
2. Белов Г.В., Еркимбаев А.О., Зицерман В.Ю., Кобзев Г.А., Морозов И.В. Опыт создания теплофизических баз данных с использованием современных информационных технологий (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 4. С. 615-633.
3. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. I. Кн. 1. / В.П. Глушко, Л.В. Гурвич, И.В. Вейц, В.А. Медведев и др. М.: Наука, 1978.
4. База данных Ивтантермо [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http:// www .chem.msu.su/rus/handbook/ivtan/welco me.html (дата обращения 14.06.2022).
5. Электронный справочник «Термодинамические свойства индивидуальных веществ» [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://twt.mpei .ac.ru/TTHB/2/OIVT/ IVTANThermo/Rus/ (дата обращения 14.06.2022).
6. NIST Chemistry WebBook [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://webbook. nist.gov. (дата обращения 14.06.2022).
7. Chemical Equilibrium with Applications [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/ceaweb/ (дата обращения 13.11.2021).
8. FactSage Courses [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.factsage.com/. (дата обращения 14.06.2022).
9. Bale G.W. Bélislea E., Chartranda P. etc FactSage thermochemical software and databases // Cal-phad. 2016. Vol. 55. Part 1. P. 1-19. https://doi.org/10.1016/j-.calphad.2016.05.002
10. Thermo-Calc Software [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: https:// ther-mocalc.com/products/databases/ (дата обращения 14.06.2022).
11. Shi P., Engström A., Höglund L. etc. Thermo-Calc and DICTRA enhancematerials design and processing. In: Materials Science Forum. 2005.P.475-479.
12. HSC Chemistry [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.hsc-chemistry.com/ (дата обращения 14.06.2022).
13. Desterov S.A. Thermodynamic database for multicomponent oxide systems // Chimica Techno Acta. 2018. Vol. 5. No. 1. P. 16-48.
14. Hallstedt B., Khvan A., Lindahl B., Selleby M., Shuhong Liu. PrecHiMn-4-A thermodynamic
database for high-Mn steels // Calphad-computer coupling of phase diagrams and thermochemistry. 2017. Vol. 56. P. 49-57. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.11.006
15. Сеченов П.А., Рыбенко И.А. Программа расчета термодинамических свойств химических реакций // Южно-Сибирский научный вестник. 2022. № 1 (41). С. 60-64.
16. Kondepudi D., Prigogine I. Modern thermodynamics: from heat engines to dissipative structures. Second edition. 2015. 523 p.
REFERENCES
1. Barakhnin V.B., Molorodov Yu.I., Stankus S.V., Fedotov A.M. Information technologies for problems of thermophysical properties of substances. Informatika i sistemy upravleniya. 2013, no. 4 (38), pp. 149-157. (In Russ.).
2. Belov G.V., Erkimbaev A.O., Zitserman V.Yu., Kobzev G.A., Morozov I.V. The experience of creating thermophysical databases using modern information technologies (review). Teplofizika vysokikh temperatur. 2020, vol. 58, no. 4, pp. 615-633. (In Russ.).
3. Glushko V.P., Gurvich L.V., Veits I.V., Medvedev V.A. etc. Thermodynamic properties of individual substances. T.I. Book 1. Moscow: Nauka, 1978. (In Russ.).
4. Ivtantermo database [Electronic resource]. Available at URL: http://www.chem.msu.su/ rus/handbook/ivtan/welcome.html (accessed: 14.06.2022). (In Russ.).
5. Electronic reference book "Thermodynamic properties of individual substances" [Electronic resource]. Available at URL: http://twt.mpei. ac.ru/TTHB/2/OIVT/IVTANThermo/Rus/ (accessed: 14.06.2022). (In Russ.).
6. NIST Chemistry WebBook [Electronic resource]. Available at URL: http://webbook. nist.gov. (accessed: 14.06.2022).
7. Chemical Equilibrium with Applications [Electronic resource]. Available at URL: https://www1.grc.nasa.gov/research-and-engineering/ceaweb/ (accessed: 13.11.2021).
8. FactSage Courses [Electronic resource]. Available at URL: https://www.factsage.com/ (accessed: 14.06.2022).
9. Bale G.W. Belislea E., Chartranda P. etc FactSage thermochemical software and databases. Calphad. 2016, vol. 55, part 1, pp. 1-19. https://doi.org/101016/j.calphad.2016.05.002
10. Thermo-Calc Software [Electronic resource]. Available at URL: https://thermocalc.com/ products/databases/ (accessed: 14.06.2022).
11. Shi P., Engstrom A., Hoglund L. etc. Thermo -Calc and DICTRA enhancematerials design
and processing. In: Materials Science Forum. 2005, pp.475-479.
12. HSC Chemistry [Electronic resource]. Available at URL: https://www.hsc-chemistry.com/ (accessed: 14.06.2022).
13. Desterov S.A. Thermodynamic database for multicomponent oxide systems. Chimica Techno Acta. 2018, vol. 5, no. 1, pp. 16-48.
14. Hallstedt B., Khvan A., Lindahl B., Selleby M., Shuhong Liu. PrecHiMn-4-A thermodynamic database for high-Mn steels. Calphad-computer coupling of phase diagrams and thermochemistry. 2017, vol. 56, pp. 49-57. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.11.006
15. Sechenov P.A., Rybenko I.A. Program for calculating the thermodynamic properties of chemical reactions. Yuzhno-Sibirskii nauchnyi vestnik. 2022, no. 1 (41), pp. 60-64. (In Russ.).
16. Kondepudi D., Prigogine I. Modern thermodynamics: from heat engines to dissipative structures. Second edition. 2015. 523 p.
Сведения об авторах Инна Анатольевна Рыбенко, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой прикладных информационных технологий и программирования, Сибирский государственный индустриальный университет
Павел Александрович Сеченов, к.т.н., доцент кафедры прикладных информационных технологий и программирования, Сибирский государственный индустриальный университет
Information about the authors: Inna A. Rybenko, Dr. Sci., Prof., Head of the Department of Applied Information Technologies and Programming, Siberian State Industrial University
Pavel A. Sechenov, Cand. Sci., Asist. Prof., Head of the Department of Applied Information Technologies and Programming, Siberian State Industrial University
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare that there is no conflict of interest.
Поступила в редакцию 13.07.2022 После доработки 18.07.2022 Принята к публикации 25.07.2022
Received 13.07.2022 Revised 18.07.2022 Accepted 25.07.2022
