控制超临界水中酸碱性和扩散速率的热力学理论研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guojinhong
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超临界水(Supercritical water,SCW)可用于许多化学反应的反应媒介和反应物,其巨大的应用前景受到广泛关注,然而SCW反应器腐蚀问题限制了其在工业上的广泛应用。在超临界状态下,SCW具有极高的反应活性,是许多化合物的良好溶剂,也是一种强氧化剂,由于SCW的强腐蚀性导致SCW反应器的使用寿命明显缩短。到目前为止,影响SCW反应器腐蚀机理仍然不明确。本文主要研究超临界水及超临界水中化合物(HCl、NaCl)的解离及扩散过程,进一步探索影响超临界水反应器的腐蚀因素。本文主要分为两部分:第一部分为通过MD模拟和热力学性能的研究计算水在不同温度和压力下的物理化学性质,包括水的解离常数(pKw)、熵值、焓值、浓度、体积、分子几何结构和粒子的扩散等,了解水的腐蚀性,尤其是超临界区水的腐蚀性;第二部分通过MD模拟和热力学性能的研究计算化合物(HCl、NaCl)在超临界水中的解离和扩散,包括pKa、浓度、体积、分子几何结构和粒子的扩散等,了解化合物在水中的腐蚀性,尤其是在超临界水中的腐蚀性,以确定影响超临界水反应器的腐蚀因素。实验结果表明:在25MPa、50MPa和100MPa下,512个粒子体系的MD模拟数据与试验所得数据相一致,验证512个粒子的模拟体系的正确性。随着压力的升高,纯水的pKw的最大值向高温区移动,且最大值降低,酸性降低,对容器的腐蚀性减小。随着温度的增加,纯水的MSD上升;可知在高压、低温下,水分子和解离离子的扩散系数最低,对容器的腐蚀性较小。HCl和NaCl的pKa随着压力的升高,最大值都向高温区移动,且最大值降低,酸性降低,对容器的腐蚀性减小。HCl和NaCl的扩散速率随温度的升高而升高,随压力的增大变化不大,这与水分子的变化趋势相一致。
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