Физико-химическое моделирование в нефтегазовой геохимии. Часть 1. Теория и методология физико-химического моделирования. Бычинский В.А - 52 стр.

UptoLike

Рубрика: 

– 52 –
3.4. ÌÈÍÈÌÈÇÀÖÈß ÝÍÅÐÃÈÈ ÃÈÁÁÑÀ
Áóäåì ðàññìàòðèâàòü çàäà÷ó ìèíèìèçàöèè ñâîáîäíîé ýíåðãèè
Ãèááñà, êîãäà âõîäíûå ýìïèðè÷åñêèå òåðìîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòå-
ðèñòèêè èíäèâèäóàëüíûõ âåùåñòâ ìîãóò èìåòü êàê ñèììåòðè÷íóþ
(òâåðäûå ìèíåðàëüíûå ðàñòâîðû, ðàñïëàâû, ãàçîâàÿ ñìåñü, ðàñòâî-
ðû íåýëåêòðîëèòîâ), òàê è àñèììåòðè÷íóþ ñèñòåìó ñðàâíåíèÿ (âîä-
íûé ðàñòâîð ýëåêòðîëèòîâ). Íåîáõîäèìûå ñâåäåíèÿ î ñèììåòðè÷-
íîé è àñèììåòðè÷íîé ñèñòåìàõ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåíû ó È. Ïðèãî-
æèíà è Ð. Äåôýÿ [78]. Ïðè ýòîì âàæíî çíàòü, ÷òî èñïîëüçóÿ âûïóê-
ëîå ïðîãðàììèðîâàíèå êàê ìàòåìàòè÷åñêîå ñðåäñòâî ðåøåíèÿ çà-
äà÷ õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, ìû äîëæíû îáÿçàòåëüíî ïðèâîäèòü
ýìïèðè÷åñêèå òåðìîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èíäèâèäóàëüíûõ
âåùåñòâ ñ ðàçëè÷íûìè ñèñòåìàìè ñðàâíåíèÿ ê åäèíîìó îòñ÷åòíî-
ìó ñîñòîÿíèþ [40].
Âî âñåì äàëüíåéøåì èçëîæåíèè ñòðîãî âûäåðæèâàåòñÿ ÷åò-
êîå ãèááñîâñêîå ðàçäåëåíèå êîìïîíåíòîâ íà íåçàâèñèìûå è çàâèñè-
ìûå. Âìåñòî äâóõ ñëîâ «çàâèñèìûé êîìïîíåíò» áóäåì èñïîëüçî-
âàòü ñëîâî «êîìïîíåíò». Íî íåçàâèñèìûé êîìïîíåíò âñåãäà «íåçà-
âèñèìûé êîìïîíåíò». Îïðåäåëåíèÿ çàâèñèìûõ è íåçàâèñèìûõ êîì-
ïîíåíòîâ ïðèìåíèòåëüíî ê çàäà÷àì õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ è ïðà-
âèëà èõ âûáîðà ïðèâåäåíû âûøå. Íàïîìíèì òîëüêî, ÷òî ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàþùèå êîìïîíåíòû â ðàçíûõ ôàçàõ
– òåðìîäèíàìè÷åñêè ðàçëè÷íûå êîìïîíåíòû.
Ñòåõèîìåòðè÷åñêèå åäèíèöû ïðåäñòàâëÿþò íàèìåíüøåå ÷èñ-
ëî òåõ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ, èç êîòîðûõ ìîãóò áûòü
ïîëó÷åíû ñîñòàâû âñåõ êîìïîíåíòîâ è ôàç ñèñòåìû ïóòåì èõ ëè-
íåéíîé êîìáèíàöèè ñ ïîëîæèòåëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè. Ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêèìè åäèíèöàìè ìîãóò áûòü ýëåìåíòû, îêèñëû èëè áîëåå
ñëîæíûå ñòåõèîìåòðè÷åñêèå èíãðåäèåíòû.
Ââåäåì ñëåäóþùèå áàçîâûå îáîçíà÷åíèÿ: Ô = {1, 2, ..., n(Ô)}
– ìíîæåñòâî èíäåêñîâ ôàç ìóëüòèñèñòåìû; L – ìíîæåñòâî èíäåê-
ñîâ çàâèñèìûõ êîìïîíåíòîâ; lα – ïîäìíîæåñòâî èíäåêñîâ çàâèñè-
ìûõ êîìïîíåíòîâ â ôàçå α; n(Z) – ÷èñëî ýëåìåíòîâ êîíå÷íîãî ìíî-
æåñòâà Z; x
j
– êîëè÷åñòâî ìîëåé êîìïîíåíòà j â ìóëüòèñèñòåìå; Xα
                             – 52 –
     3.4. ÌÈÍÈÌÈÇÀÖÈß ÝÍÅÐÃÈÈ ÃÈÁÁÑÀ
      Áóäåì ðàññìàòðèâàòü çàäà÷ó ìèíèìèçàöèè ñâîáîäíîé ýíåðãèè
Ãèááñà, êîãäà âõîäíûå ýìïèðè÷åñêèå òåðìîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòå-
ðèñòèêè èíäèâèäóàëüíûõ âåùåñòâ ìîãóò èìåòü êàê ñèììåòðè÷íóþ
(òâåðäûå ìèíåðàëüíûå ðàñòâîðû, ðàñïëàâû, ãàçîâàÿ ñìåñü, ðàñòâî-
ðû íåýëåêòðîëèòîâ), òàê è àñèììåòðè÷íóþ ñèñòåìó ñðàâíåíèÿ (âîä-
íûé ðàñòâîð ýëåêòðîëèòîâ). Íåîáõîäèìûå ñâåäåíèÿ î ñèììåòðè÷-
íîé è àñèììåòðè÷íîé ñèñòåìàõ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåíû ó È. Ïðèãî-
æèíà è Ð. Äåôýÿ [78]. Ïðè ýòîì âàæíî çíàòü, ÷òî èñïîëüçóÿ âûïóê-
ëîå ïðîãðàììèðîâàíèå êàê ìàòåìàòè÷åñêîå ñðåäñòâî ðåøåíèÿ çà-
äà÷ õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, ìû äîëæíû îáÿçàòåëüíî ïðèâîäèòü
ýìïèðè÷åñêèå òåðìîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èíäèâèäóàëüíûõ
âåùåñòâ ñ ðàçëè÷íûìè ñèñòåìàìè ñðàâíåíèÿ ê åäèíîìó îòñ÷åòíî-
ìó ñîñòîÿíèþ [40].
      Âî âñåì äàëüíåéøåì èçëîæåíèè ñòðîãî âûäåðæèâàåòñÿ ÷åò-
êîå ãèááñîâñêîå ðàçäåëåíèå êîìïîíåíòîâ íà íåçàâèñèìûå è çàâèñè-
ìûå. Âìåñòî äâóõ ñëîâ «çàâèñèìûé êîìïîíåíò» áóäåì èñïîëüçî-
âàòü ñëîâî «êîìïîíåíò». Íî íåçàâèñèìûé êîìïîíåíò âñåãäà «íåçà-
âèñèìûé êîìïîíåíò». Îïðåäåëåíèÿ çàâèñèìûõ è íåçàâèñèìûõ êîì-
ïîíåíòîâ ïðèìåíèòåëüíî ê çàäà÷àì õèìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ è ïðà-
âèëà èõ âûáîðà ïðèâåäåíû âûøå. Íàïîìíèì òîëüêî, ÷òî ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêè ïîëíîñòüþ ñîâïàäàþùèå êîìïîíåíòû â ðàçíûõ ôàçàõ
– òåðìîäèíàìè÷åñêè ðàçëè÷íûå êîìïîíåíòû.
      Ñòåõèîìåòðè÷åñêèå åäèíèöû ïðåäñòàâëÿþò íàèìåíüøåå ÷èñ-
ëî òåõ ñòåõèîìåòðè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ, èç êîòîðûõ ìîãóò áûòü
ïîëó÷åíû ñîñòàâû âñåõ êîìïîíåíòîâ è ôàç ñèñòåìû ïóòåì èõ ëè-
íåéíîé êîìáèíàöèè ñ ïîëîæèòåëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè. Ñòåõèî-
ìåòðè÷åñêèìè åäèíèöàìè ìîãóò áûòü ýëåìåíòû, îêèñëû èëè áîëåå
ñëîæíûå ñòåõèîìåòðè÷åñêèå èíãðåäèåíòû.
      Ââåäåì ñëåäóþùèå áàçîâûå îáîçíà÷åíèÿ: Ô = {1, 2, ..., n(Ô)}
– ìíîæåñòâî èíäåêñîâ ôàç ìóëüòèñèñòåìû; L – ìíîæåñòâî èíäåê-
ñîâ çàâèñèìûõ êîìïîíåíòîâ; lα – ïîäìíîæåñòâî èíäåêñîâ çàâèñè-
ìûõ êîìïîíåíòîâ â ôàçå α; n(Z) – ÷èñëî ýëåìåíòîâ êîíå÷íîãî ìíî-
æåñòâà Z; xj – êîëè÷åñòâî ìîëåé êîìïîíåíòà j â ìóëüòèñèñòåìå; Xα