Sign In

Väitös kemiallisten prosessien ja materiaalien mallinnuksesta

14.12.2016

VTT:n erikoistutkija Risto Pajarre väittelee Aalto-yliopistossa 15.12.2016. Väitös liittyy laskennalliseen kemialliseen termodynamiikkaan, jota hyödynnetään lukuisilla kemian ja sen lähitieteiden sovellusalueilla. Väitöstyössä kehitettyä teoriaa ja laskennallisia metodeja on sovellettu laajalti suomalaisessa prosessiteollisuuden kehitystyössä.

Kemiallisen termodynamiikan metodeilla voidaan kuvata mahdolliset prosessit ja lopputilat kemiallisesti reaktiivisissa systeemeissä. Niin sanotun Gibbsin vapaan energian minimointiin perustuvia tietokoneohjelmia on käytetty vuosikymmenien ajan tasapainokoostumusten määrittämiseen erityisesti metallurgian, polttoprosessien ja vesiliuoskemian aloilla. Huomattava määrä työtä on käytetty näiden ohjelmistojen tekemiseksi mahdollisimman tehokkaiksi ja luotettaviksi ja niiden tarvitseman datan mittaamiseksi ja arvioimiseksi.

Energiaminimointiin perustuva menetelmä ei ole kuitenkaan yleisesti soveltunut tapauksiin, jossa prosessia on pitänyt mallintaa reaktioiden etenemisen aikana tai joissa siihen on liittynyt ehtoja, joita ei ole suoraan voitu liitää systeemin ainemäärään, lämpötilaan tai paineeseen.   

Väitöstyössä perinteisten tasapainoratkaisijoiden toiminta-aluetta laajennettiin sisällyttämällä ratkaisuun uusia energiatermejä liittyen mm. pintaenergiaan, membraanitasapainoon ja kuitususpensioiden ioninvaihtoon sekä edelleen ulkoisiin sähkö- ja magneettikenttiin. Samaa tekniikkaa voitiin hyödyntää myös systeemien aikakehityksen mallintamiseen niissä tapahtuvien reaktioiden etenemisasteita seuraten. Laajennukset mahdollistavat uudenlaisten systeemien käsittelyn käyttäen olemassa olevia termodynaamisia ohjelmistoja ja mahdollisimman pitkälti jo tunnettua dataa. 

Työssä kehitettyä teoriaa ja laskennallisia metodeja on sovellettu laajalti suomalaisessa prosessiteollisuuden kehitystyössä, jolloin on erityisesti muodostettu realistisia kemiakuvauksia sellu- ja paperiteollisuudelle sekä reaktiokinetiikan ohjaamiin poltto- ja liuoskemiaprosesseihin. Mallilaajennusten yleinen kemiallis-termodynaaminen perusta on mahdollistanut myös useita materiaalitekniikan laskentasovelluksia kuten metalliseosten rajapinta-energioiden määrittämisen terästeollisuuden tarpeisiin sekä diffuusionopeuden ja partikkelikoon vaikutuksen arvioinnin metallien mikro- ja nanorakenteiden faasimuutoksissa. Teoriaa on myös voitu soveltaa kahdessa toisessa aiemmin tänä vuonna julkaistussa väitöskirjassa.

Väitös verkossa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2016/S141.pdf

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00
Suljettu v. 30 (24.-28.7.2017)

OTA YHTEYTTÄ

PL 1000, 02044 VTT
Puh. vaihde 020 722 111
Avoinna arkisin klo 8.00 - 16.30

ASIAKASPALVELU

info@vtt.fi
Puh. 020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja
12.00 - 15.00
Suljettu v. 30 (24.-28.7.2017)