5 Нахождение парциальных давлений паров и температур компонентов

5.1 Расчет давлений двух компонентов

Искать необходимое для протекания основного процесса соотношение давлений компонентов Mg и Se будем при ранее выбранной рабочей температуре синтеза соединения MgSe – Т = 940 К. Так как в области гомогенности мы имеем оба типа электропроводности, а по условию задания нужно получить полупроводник n-типа, то получить нужно именно его.

Так как соотношение давление на линии стехиометрии постоянно и равно двум, то при выборе соотношения давлений для получения соединения n-типа электропроводности должно выполняться условие (19):

(19)

При температуре Т = 940 К имеем следующее соотношение в нашем конкретном случае имеем:

Тогда из условий (20) найдем значения логарифмов соотношения давлений на границах области гомогенности, используя уже рассчитанные ранее значения логарифмов давлений на границах области гомогенности:

(20)

Приведем расчет:

Тогда получим систему уравнений (21), в которой переменными являются парциальные давления паров двух элементов соединения, используя полученное значение соотношения давлений при температуре синтеза и значение логарифма произведения реальных давлений паров из второго пункта курсовой работы:

(21)

Решая систему уравнений (21), получим аналитические выражения для определения значений логарифмов. По ним произведем численный расчет:

Таким образом, мы получили значения давлений паров:

5.2 Расчет рабочих температур двух компонентов

Найдем температуры источников, используя расчеты, проведенные ранее для процессов сублимации двух компонентов. Получим следующие температурные интегральные зависимости (22). Из них численно найдем рабочие температуры:

(22)

С помощью численного расчета получим следующие значения рабочих температур:

5.3 Построение диаграммы распределения температур в реакторе

По полученным значениям температур в зонах сублимации двух реагирующих элементов и в зоне протекания реакции построим график распределения температур внутри реактора. До этого изобразим принципиальную схему реактора на рисунке 7. Само распределение температур изобразим на рисунке 8.

Рисунок 7 – Принципиальная схема используемого реактора, выполненная с использованием ПО КОМПАС 3D

Рисунок 8 – Распределение температур внутри реактора

6 Оценка возможности окисления компонентов

Для оценки возможности окисления магния – компонента А. Расчет термодинамических параметров будем производить в трех температурных интервалах с учетом стехиометрических коэффициентов и справочных данных (приложение А). Для этого запишем уравнение реакции:

Проведем расчет термодинамических параметров при температуре 298 К по формулам (2) – (6). Результаты расчета сведем в таблицу 6. Приведем сам расчет для температуры 298 К:

По формулам (11) – (14) произведем дальнейший расчет. Результаты представим в таблице 6:

Таблица 6 – Расчетные значения термодинамических параметров

298	-748,3000	-108,3500	-716,0117	289,1364
493	-746,1264	-102,7386	-695,4763	169,7596
923	-741,3333	-95,7483	-652,9577	85,1299
931	-773,4302	-115,5803	-665,8250	86,0616
1000	-774,0073	-116,1574	-657,8500	79,1637

Рассмотрим два случая протекания реакции, учитывая главное условие – значение свободной энергии Гиббса. Первый случай – воздух не откачан и значение давления – 0,21 атмосферы, во втором случае воздух полностью откачан – 0,21 · 10^-10 атмосферы. Рассчитаем значения свободной энергии Гиббса для двух случаях по формуле (23):

(23)

Произведем расчет двух значений:

Построим полученную температурную зависимость на рисунке 9. Здесь же отметим уровни натуральных логарифмов двух значений давлений:

Рисунок 9 – Анализ условий окисления магния

Из графика на рисунке 9 можно отметить, что процесс окисления будет протекать при рабочей температуре в обоих случаях. Это же подтверждает наличие двух отрицательных значений энергии Гиббса. Так что даже при максимальной откачке кислорода окисление будет происходить. Однако для уменьшения влияния кислорода на процесс, следует рекомендовать произвести откачку кислорода из реакционной камеры.