4. Химический эксперимент и основные требования к его постановке

Химический эксперимент

– основа проектирования процесса

Поставив задачу реализовать в промышленном масштабе конкретный ХТП – ОРИГИНАЛ –, необходимо прежде всего изучить его на специально созданном для этого устройстве – МОДЕЛИ –, а результаты исследования модели распространить на оригинал.

Процесс создания модели, её исследования и распространение результатов на оригинал называют – МОДЕЛИРОВАНИЕМ.

Требования к моделированию:

- Экономичность – исследование на модели должно быть более экономичным, чем непосредственно исследование оригинала.

- Традуктивность (от лат. – перенесение, перевод) – возможность определения параметров оригинала по результатам исследования модели.

Требования к эксперименту:

1. Эксперимент необходимо ставить так, чтобы полученные данные можно было обобщить, т.е. выводы из опыта распространить на условия, в которых будет проводиться промышленный процесс.

2. Следует изучить влияние изменения тех параметров, которые существенным образом воздействуют на ход процесса, но уменьшить при этом число исследуемых параметров до возможного минимума.

3. План эксперимента должен быть составлен так, чтобы можно было получить нужную информацию, проводя минимально необходимое количество опытов.

4. Результаты опытов следует подвергнуть критической оценке и представить в виде, удобном для их использования при проектировании.

1 И 2 требования → изучает теория подобия

3 Требование → статистические методы планирования эксперимента

4 Требование → математические методы вычисления ошибок эксперимента и составления математического описания

5. Математическая обработка результатов эксперимента

1. Оценка ошибок измерения

2. Представление числовых данных в удобной форме:

А) графической (графики, диаграммы, номограммы);

Б) алгебраической (уравнения зависимости интересующей нас величины от независимых параметров процесса)

Полуэмпирические: Если известно общее уравнение физико-химического закона, по которому протекает процесс, задача сводится к эмпирическому определению численных значений коэффициентов уравнения на основе результатов эксперимента.

Пример: Уравнение Аррениуса

Эмпирические: Если физико-химический закон неизвестен, то подбирается уравнение, которое как можно более точно описывает ход процесса в исследуемом интервале.

Основной численный метод – аппроксимация методом наименьших квадратов.

3. Нахождение значений параметров процесса, отсутствующих в таблицах, полученных в результате эксперимента или находящихся в справочной литературе, методами интерполяции и экстраполяции.

ИНТЕРПОЛЯЦИЯ – поиск значения параметра, находящегося между двумя табличными значениями.

ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ – поиск значения параметра, находящегося за пределами (больше или меньше) табличных значений.

МЕТОДЫ ИНТЕРПОЛЯЦИИ:

- графическая - поиск искомого значения по графику, построенному по табличным данным;

- алгебраическая – интерполяция с помощью многочлена Лагранжа:

6. Единицы физических величин в химии

Физическая величина – характеристика одного из свойств физического объекта (системы, явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины – оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины.

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1 и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

- значение физической величины;

- числовое значение физической величины;

- единица физической величины

Система физических величин – совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин.

Система физических величин состоит из основных и производных физических величин.

Основная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независящей от других величин этой системы.

Основные физические величины:

Величины, характеризующие коренные свойства материального мира:

Величины, представляющие основные разделы физики:

Производная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.