ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРОВ
Водно-спиртовые растворы являются очень сложными и недостаточно изученными системами. Их физическим свойствам присущи многие особенности, причины которых еще не получили объяснения. В зависимости от их состава и внешних условий в них происходят различные ассоциативные процессы, благодаря которым устанавливаются определенные связи между отдельными одинаковыми молекулами воды и спирта, образуются комплексы разнородных молекул, а также устанавливается взаимодействие между этими комплексами и отдельными молекулами воды и спирта [3].
При изменении состава раствора и внешних условий - температуры, давления - происходят перегруппировки ассоциатов, изменяется прочность различных связей, что является причиной изменения физических свойств системы [4].
Плотность водно-спиртовых растворов зависит не только от состава компонентов, но и от температуры. При этом спирт и вода изменяют свой объем при изменении температуры не в одинаковой степени [2].
Изучению плотности жидкого этилового спирта посвятил ряд своих работ Д.И.Менделеев. Полученные им данные о плотности этилового спирта и его водных растворов в большинстве стран мира до сих пор положены в основу спиртомерных таблиц. Эти таблицы многократно расширялись в нескольких направлениях. В настоящее время таблицы содержат данные по зависимости значений плотности водно-спиртовых растворов от их крепости и температуры. Плотность определена с точностью до пятого знака после запятой, а крепость и температура ограничена целыми значениями [2, 5].
Первоначально, следуя традиционному подходу, решалась задача расширения значений крепости и температуры водно-спиртовых растворов до сотых путем нахождения оптимальных коэффициентов двухпараметрической аппроксимации. При этом аппроксимация проведена уравнениями с первого до пятого порядка. Точность значений коэффициентов ограничивалась восьмым порядком. Проведены расчеты значений плотности водно-спиртовых растворов при различных значениях крепости и температуры. Полученные значения сравнивались со значениями плотности по водно-спиртовым таблицам и рассчитаны погрешности.
Анализ полученных результатов показал невозможность описания зависимости плотности водно-спиртовых растворов от температуры и крепости одним хаpaктеристическим уравнением. Сделан вывод о том, что необходимо при каждом значении крепости водно-спиртового раствора находить функциональную зависимость плотности от температуры. Исследованы линейная зависимость, кривые второго и третьего порядка, а также экспоненциальные зависимости. Для этих зависимостей найдены коэффициенты аппроксимации и коэффициент детерминированности.
Во всех случаях зависимости достаточно хорошо описывают прогнозируемые значения, т.к. коэффициент детерминированности близок или равен 1. Лучшее совпадение с данными ГОСТ 3639-79 [1] дает уравнение третьего порядка вида:
ρ=α0+α1·t+α2·t2+α3·t3,
где ρ - плотность водно-спиртового раствора, кг/м3; α0,α1, α2, α3 - коэффициенты уравнения регрессии; t - температура, ºС.
На основании полученных результатов разработана информационная система (ИС) определения физических хаpaктеристик водно-спиртовых растворов.
Эта информационная система представляет собой самостоятельный модуль, который позволяет определять плотность водно-спиртового раствора с разрядностью до 10-5, при этом представляется возможным задавать значения крепости и температуры с десятыми и сотыми долями. В случаях, когда задаваемые значения выходят за пределы водно-спиртовых таблиц, во всплывающем окне выдается сообщение «нет данных». Программа при расчете плотности на основании температуры и крепости реализует метод линейной интерполяции. В качестве исходных данных формируется массив значений, импортированный из расширенных водно-спиртовых таблиц формата MS Excel.
Рассмотрим работу ИС на следующем примере. Допустим, что нам необходимо определить значение плотности водно-спиртового раствора при температуре t=27,54ºC и крепости К=10,12%. На первом этапе значения температуры и крепости округляются до целых значений и в качестве промежуточных переменных сохраняются значения после запятой. Из исходного массива данных находятся значения плотности при температурах 27 и 28ºС, равные при К=10% - 0,98284 и 0,98252, а также при К=11% - 0,98159 и 0,98126, соответственно. Согласно правил линейной интерполяции, для нахождения значения плотности при температуре t=27,54ºC и К=10% необходимо воспользоваться формулой:
ρ=(ρt=28-ρt=27)·0,54+ρt=27=(0,98252-0,98284)·0,54+0,98284=0,98267 кг/м3.
Аналогично для крепости 11%:
ρ=(ρt=28-ρt=27)·0,54+ρt=27=(0,98126-0,98159)·0,54+0,98159=0,98141 кг/м3.
Полученные данные служат исходными для пересчета плотности при дробной крепости 10,12%:
ρ-(ρ 11%-ρ 10%)·0,12+ρ 10%-(0,90141-0,90267)·0,12+0,90267-0,90252 кг/м 3.
Для обратного пересчета из плотности и температуры в крепость водно-спиртового раствора использован модифицированный алгоритм. Рассмотрим работу алгоритма на примере. Даны плотность водно-спиртового раствора ρ=0,98252 кг/м3 и температура t=27,54ºC необходимо найти крепость водно-спиртового раствора. Ограничиваем температурный диапазон 27 и 28ºС. При t=27ºС находим промежуток значений плотности, в который попадает введенное значение плотности. Находим соответствующие этому промежутку значения плотности при t=28ºС.
Методом линейной интерполяции находим значение при температуре 27,540С. Организуем два вложенных цикла - внешний с перебором значений крепости с точностью до десятых долей после запятой, и внутренний - с перебором значений крепости с точностью до сотых долей после запятой. Внутри цикла рассчитанные значения сравниваются с введенным значением плотности. При равенстве рассчитанного и введенного программа заканчивает работу и выводит результат в соответствующее поле интерфейса программного модуля.
На рисунке представлен интерфейс ИС с результатами расчетов по рассмотренным примерам.
В результате выполнения работы получены аппроксимационные зависимости плотности водно-спиртовых, которые позволили расширить водно-спиртовые таблицы до сотых значений температуры и крепости. На основе расширенных водно-спиртовых таблиц разработана ИС расчета плотности в зависимости от температуры и крепости, а также обратного пересчета значений температуры в зависимости от плотности и крепости водно-спиртовых растворов. Результаты исследования имеют не только пpaктическое, но и теоретическое значение в изучении свойств водно-спиртовых растворов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- ГОСТ 3639-79. Растворы водно-спиртовые. Методы определения концентрации этилового спирта. Срок изменений № 1 от 01.06.1987 (рег. 11. 12.1986), № 2 от 12.09.2008.
- Рухлядева А.П. Справочник для работников лабораторий спиртовых заводов. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 232 с.
- Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль / Яровенко В.Л., Устинников Б.А., Богданов Ю.П. и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 335 с.
- Стабников В.Н. Этиловый спирт. - М., 1976. - 273 с.
- Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. Технология спирта. - М.: Колос, 2002. - 465 с.
Статья в формате PDF 131 KB...
26 04 2024 9:56:11
Статья в формате PDF 176 KB...
25 04 2024 14:34:59
Представлено обоснование и техника закрытой медиастинотомии со стороны правой плевральной полости и её дренирования через передний мини-доступ в V межреберье активным трубчатым дренажом с боковыми отверстиями у больных с флегмоной заднего средостения, возникшей вследствие перфорации стенки грудного отдела пищевода, отличающаяся простотой исполнения, малой травматичностью и высокой дренажной эффективностью. ...
22 04 2024 19:49:12
Статья в формате PDF 241 KB...
21 04 2024 7:47:40
Обсуждается инвазия адвентивных растений в систему Верхоянского хребта в связи с интенсивностью антропогенного влияния. Поднимаются общие вопросы засорения природных объектов промышленными отходами. ...
20 04 2024 12:38:23
Статья в формате PDF 122 KB...
19 04 2024 13:45:36
Статья в формате PDF 106 KB...
17 04 2024 8:24:42
Статья в формате PDF 119 KB...
16 04 2024 0:19:40
С помощью метода инфpaкрасной спектроскопии осуществлено сравнение вторичных структур глюкоамилаз из Aspergillus awamori и Saccharomyces cerevisiae. Получены данные о типах вторичной структуры, количественном соотношении упорядоченных и нерегулярных участков. ...
14 04 2024 14:47:46
Статья в формате PDF 122 KB...
13 04 2024 19:57:53
Статья в формате PDF 101 KB...
12 04 2024 5:11:34
Статья в формате PDF 91 KB...
10 04 2024 20:12:23
Статья в формате PDF 127 KB...
09 04 2024 20:24:29
Статья в формате PDF 113 KB...
08 04 2024 15:27:49
Выявлены особенности распределения Mn в породах, почвах, в дикорастущей растительности, в кормовой и плодово-овощной растительности агроландшафтов и в растительности колчеданных месторождений. ...
07 04 2024 8:47:25
Статья в формате PDF 119 KB...
06 04 2024 8:47:34
Статья в формате PDF 106 KB...
05 04 2024 20:15:52
Статья в формате PDF 129 KB...
04 04 2024 21:23:56
По комплексу признаков оценили трaнcформированные урбанизацией лесные фитоценозы, и населяющие их сообщества мелких млекопитающих в лесопарково-парковой зоне крупного промышленного центра. Выявили, что хотя и наблюдаются общие закономерности в группировке фито- и зооценозов в зависимости от уровня и хаpaктера урбаногенного воздействия, но между ними нет полного соответствия. Специфика сообществ мелких млекопитающих определяется не только эдафо-растительными условиями. Ведущим параметром в трaнcформации сообществ является рекреация и сопровождающие ее факторы. ...
03 04 2024 1:14:22
Статья в формате PDF 119 KB...
02 04 2024 3:23:41
Статья в формате PDF 111 KB...
01 04 2024 13:59:23
Статья в формате PDF 100 KB...
31 03 2024 22:51:28
Статья в формате PDF 131 KB...
30 03 2024 9:33:31
Статья в формате PDF 443 KB...
29 03 2024 1:25:52
Статья в формате PDF 321 KB...
28 03 2024 22:44:45
Статья в формате PDF 112 KB...
27 03 2024 13:22:59
Статья в формате PDF 115 KB...
25 03 2024 14:35:41
Статья в формате PDF 364 KB...
23 03 2024 17:48:27
Исторический аспект развития студенческого самоуправления в дореволюционный, советский и переходный периоды России показали, что будущее страны на современном этапе определяется тем, каким образом будут осуществлены воспитание и подготовка квалифицированной рабочей силы, готовой к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности. Одним из важных стимулов повышения гражданской, патриотической и социальной активности будущих специалистов являются восстановление, наличие и дальнейшее развитие и совершенствование таких демократических институтов в студенческой среде как соуправление и самоуправление. ...
22 03 2024 21:43:45
Статья в формате PDF 112 KB...
20 03 2024 9:31:18
Статья в формате PDF 124 KB...
19 03 2024 2:38:56
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::