ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ФАЗОВЫХ И ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ С ХИМИЧЕСКИМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ (заключительный, этап 2)

Проблема обеспечения устойчивого и экологически чистого источника энергии остается одной из главных задач современного мира. В рамках достижения Целей устойчивого развития на 2030 год, утвержденных Генеральной Ассамблеей Организации Объединенных Наций, особое внимание уделяется разработке альтернативных источников энергии. Биодизельное топливо, получаемое из биомассы, является одним из ведущих альтернативных источников энергии и представляет собой перспективный и экологически чистый вид топлива. Несмотря на многочисленные преимущества, производство биодизеля сопряжено с рядом технологических и термодинамических проблем, включая высокую стоимость производства и низкую эффективность процесса. Одной из термодинамических характеристик процесса производства биодизеля является энтальпия смешения, которая оказывает влияние на тепловые потери и энергетическую эффективность процесса. Поэтому получение данных о термохимических параметрах смесей, используемых в производстве биодизеля, является важным для оптимизации процесса и повышения эффективности продукта. Цель данного проекта заключается в исследовании термических эффектов, связанных с фазовыми и химическими процессами в системах, содержащих компоненты биодизельного топлива и его модельные аналоги. Основные задачи проекта включают в себя: Получение экспериментальных данных об избыточных энтальпиях, теплоте химических реакций и химическом равновесии в системах, содержащих компоненты биодизельного топлива и его модельные аналоги (одним из компонентов выступают эфиры карбоновых кислот с меньшим количеством углеродных атомов в отличие отэфиров жирных кислот); анализ теплотворной способности разных процессов в исследуемых с системах для оценки их применимости в процессе синтеза биодизельного топлива; разработка методов анализа и моделирования исследуемых процессов с целью улучшения понимания и оптимизации эффективности производства биодизельного топлива; обобщение полученных результатов и их применение для анализа других физико-химических систем, имеющих аналогичную структуру и состав. В ходе данного проекта мы расширили и уточнили экспериментальные данные о химическом равновесии, теплотах смешения и реакции для модельной системы, включающей эфир карбоновой кислоты - н-бутилацетат. Были получены новые экспериментальные данные об избыточных энтальпиях для четырехкомпонентной системы, содержащей уксусную кислоту, н-бутиловый спирт, н-бутилацетат и воду при температуре 313.15 К, а также данные об энтальпии реакции синтеза н-бутилацетата [1]. На основе полученных экспериментальных данных об избыточных энтальпиях для всей четверной системы (уксусная кислота + н-бутиловый спирт + н-бутилацетат + вода при 313.15 К), включая изученные ранее бинарные смеси, мы построили трехмерную модель зависимости избыточных энтальпий от химически равновесных составов. Все экспериментальные значения были проверены на согласованность с использованием уравнения Редлиха-Кистера, и проведена аппроксимация полученных экспериментальных данных об избыточных энтальпиях с помощью термодинамической модели NRTL Одним из ключевых достижений этапа является получение экспериментальных данных о тепловых эффектах в системах, включающих исходные компоненты биодизельного топлива, такие как растительные масла и одноатомные спирты [2]. Калориметрический анализ, проведенный при температуре 303,15 К, позволил экспериментально определить избыточные энтальпии в псевдобинарных смесях подсолнечного масла с н-пропанолом, н-бутанолом и н- пентанолом. Несмотря на структурные различия в спиртах, значения избыточной молярной энтальпии оказались сопоставимыми, указывая на слабую зависимость избыточной молярной энтальпии от числа атомов углерода в молекуле спирта. Все полученные экспериментальные данные о теплотах смешения в псевдобинарных смесях подсолнечного масла с н-пропанолом, н-бутанолом и н-пентанолом при температуре 303,15 К были аппроксимированы с использованием уравнения Редлиха-Кистера и модели NRTL Оба подхода позволяют коррелировать экспериментальные данные о молярной избыточной энтальпии с высокой точностью. Также были проведены исследования теплот смешения для данных систем при более высокой температуре (353,15 К) с целью оценки тепловых эффектов и сравнения тепловыделения при смешивании при различных температурах. Сравнительный анализ тепловых эффектов при двух разных температурах (313,15 К и 353,15 К) показал, что при повышении температуры тепловые эффекты смешения увеличиваются в среднем на 20%. На этапе 2023- 2024 гг. мы провели исследования, результаты которых были опубликованы в двух научных журналах, включенных в базы данных Web of Science Core Collection и Scopus. Одна из этих статей была опубликована в журнале, входящем в категорию 01. Кроме того, наши результаты были представлены на нескольких научных конференциях с международным участием и результаты исследования опубликованы в СМИ [3]. Полученные в ходе исследований данные играют важную роль в разработке более эффективных процессов производства биодизельного топлива и оптимизации его свойств. Эти результаты дополняют существующее знание о термохимических характеристиках смесей, используемых в производстве биодизеля, и могут стать основой для дальнейших исследований в этой области. [1] https://link.5pringer.eom/article/10.1134/S1070363224140184#articl.e-info [2] https://www.mdpi.eom/1422-0067/25/6/3244 [3] https://spbu.ru/topics/1995