24
Pokec 2007 Ivan Wichterle Ústav chemických procesů AV ČR v.v.i., Praha Fázové rovnováhy v Česku (i ve světě)
Pokec 2007
Ivan Wichterle
Ústav chemických procesů AV ČR v.v.i., Praha
Fázové rovnováhy v Česku(i ve světě)
Pokec 2007
Fázové rovnováhy ve fluidních soustavách
• kapalina – kapalina ... extrakce• kapalina – pára ... destilace• dvě kapalné fáze – pára ... extrakce + destilace
Pokec 2007
Historie
• Konec 19. století – objevují se první fyzikálně-chemická data (akademický přístup)
• Dvacátá léta 20.století – začátek chemicko-inženýrského přístupu k návrhům chemických procesů, a k tomu jsou potřebná dobrá data
• Boom experimentálních stanovení až do 70. let a následná tvorba datových bází
• Osmdesátá léta – rozvoj predikčních metod• Počítače dovolují lenost úpadek experimentování
Pokec 2007
Fázové rovnováhy v Československu
• Po druhé světové válce začíná na VŠCHT přednášet G. Standart „americké“ kursy chemického inženýrství
• Navrhuje mj. zavést i systematičtější výzkum fázových rovnováh
• 1949 – na Ústavu fyzikální chemie VŠCHT vzniká zárodek „pražské termodynamické školy“
Pokec 2007
Fázové rovnováhy v Československu
• zavádějí nové experimentální techniky pro měření VLE• zavádějí metody zpracování dat a jejich současnou
inovaci• vše shrnují v r. 1954 do monografie „Rovnováha
kapalina-pára“, která později (1958) vychází v anglickém překladu jako světově unikátní dílo
Padesátá léta – „otcové zakladatelé“:
Pokec 2007
E. Hála
V. Fried
J. Pick
A. ReiserE. Erdös
1958 – katedra fyzikální chemie
Pokec 2007
E. Hála
V. Fried
J. Pick
A. ReiserE. Erdös
1958 – katedra fyzikální chemieM. RylekJ. Nývlt
Pokec 2007
E. Hála
V. Fried
J. Pick
A. ReiserE. Erdös
1958 – katedra fyzikální chemieM. RylekJ. Nývlt
J. Pouchlý
T. Boublík
Č. Černý I. Vavruch
M. Šišková
První experimenty
V r. 1953 vyšlo v Chemických Listech prvních sedm článků seriálu „Rovnováha kapalina-pára“ o fyzikální chemii
fázových rovnováh
Experimentální měření dat bylo ale vyprovokováno až požadavkem průmyslu:
Butanol + butylmetakrylát + hydroxyisomáselnan butylnatý
Butanol + butylmetakrylát + butylether
Voda + kyselina mléčná + ether
a také
měření tlaků nasycených par čistých látek
Pokec 2007
Experimentální technikaExperimentální technika
Vývoj zcela nových rovnovážných přístrojů
... průkopnický průtočný model (1953)
Pokec 2007
Nová pracoviště
Ústav fyzikální chemie ČSAV ÚTZCHT ÚCHP CHTF SVŠT, Bratislava Resortní výzkumné ústavy:
Výskumný ústav pre petrochémiu, Nováky
VÚCHVU, Záluží
VÚAnCH, Ústí n/L
VÚOS, Pardubice
Pokec 2007
Růst počtu experimentálních prací v čase
1
2
3
4
5
1900 1920 1940 1960 1980 2000
Year
log
NRůst počtu experimentálních prací s časem
log N = 0.0297 * year – 54.78 year <1900, 1975>
N = počet prací
Pokec 2007
Srovnání se světem
Pokec 2007
Srovnání se světem
Svět Československo + ČR
Počet autorů 13000 150
Počet časopisů 650 12
Počet článků 12500 250
Vývoj v návaznosti na separační procesy
Pokec 2007
Co v ÚCHP (dříve ÚTZCHT)
Experimenty:Za >40 let existence termodynamické laboratoře byly naměřeny fázové rovnováhy (kapalina–pára)
a) za normálních tlaků• 200 binárních soustav• 30 ternárních soustav
b) za vysokých tlaků• 20 binárů a ternárů
(Nemluvě o rovnováhách L-L, tlacích nasycených par, měřeních základních a dodatkových fyzikálně-chemických dat)
Vývoj v návaznosti na separační procesy
Pokec 2007
Co v ÚCHP (dříve ÚTZCHT)
Vývoj v návaznosti na separační procesy
Pokec 2007
Vývoj v návaznosti na separační procesy
Až do doby zavádění počítačů v 60. letech používány grafické metody případně jejich modifkace ve spojení s ručními výpočty, např.
McCabe-Thiele (1925)
Lewis-Matheson (1932)
Thiele-Geddes (1933)
Tyto metody vycházejí z grafů experimentálních
dat o rovnováze kapalina-pára
Počítačová éra
Pokec 2007
Počítačová éra
Nástup analytických metod při
• zpracování dat
• projekčních výpočtech separačních jednotek
Příklon k předpovědním metodám
Přesun rukodílných výpočtů do CAPE
Co se stalo s fázovými rovnováhami ?
Pokec 2007
Co se stalo s fázovými rovnováhami ?
Komputerizace umožnila:
podstatně lepší zpracování exp. dat a jejich digitalizaci
dát ruce od experimentů
tvorbu datových bází
využití těchto databází ke zdokonalování předpovědí
(bohužel)
vytváření softwarových balíčků pro výpočet jakýchkoliv údajů pokud možno z ničeho (a za peníze)
To vše navzdory tomu, že
Pokec 2007
To vše navzdory tomu, že
se dobře ví, že data chybí v okamžiku, když se potřebují (a přitom je nelze vypočíst s potřebnou přesností)
termodynamika na papíře a v počítači není všemocná
data při stále extrémnějších podmínkách (např. pro hlubinné vrty) lze předpovídat velmi špatně
slušná data pro superkritické extrakce nelze získat jinak než z experimentu
CHISA a fázové rovnováhy – počet příspěvků
Pokec 2007
CHISA a fázové rovnováhy
Počet příspěvků na mezinárodních kongresech
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1960 1970 1980 1990 2000 2010
rok
po
če
t p
řís
pě
vk
ů
CHISA a fázové rovnováhy – podíl experimentů
Pokec 2007
CHISA a fázové rovnováhy
Podíl experimentálních prací
30
40
50
60
70
80
90
1960 1970 1980 1990 2000 2010
rok
% e
xp
eri
me
ntá
lníc
h p
rac
í
Závěr
Pokec 2007
Závěr
Přechod od korelací k předpovědím
... ale ve svém důsledku to je moc špatné, protože ...
Přechod od experimentů k databázím
... usnadňuje život fyzikálním chemikům
Experimentů není nikdy dost, a to v žádné vědní oblasti
V minulém století nastaly tyto posuny:
... usnadňuje život chemickým inženýrům
Co v budoucnosti ?
Pokec 2007
Co do budoucnosti … ?
Vpád počítačů už nelze zastavit
Co s experimenty ?
... a ani z toho vyplývající pohodlný život, avšak ...
... počítače ještě nejméně padesát let nebudou samy experimentovat a bude tedy nutno spoléhat na
pošetilce, kteří svého koníčka budou provozovat s pomocí (bohatších) mecenášů
přežijí, protože někdy není jiné cesty, a protože ...
…ani sebelepší simulátory prozatím nevystihnou realitu na 100% (ačkoliv budou stále lepší a hojnější)
Vážné varování
Pokec 2007
Poslední varování
Situace je tak vážná, že na závěr musím ještě jednou opakovat
Pohodlné vysedávání u PC zatím
žádná kvalitní data nevyrobilo !
Děkuji za pozornost
