Взаимодействие микропримесей воды, кислорода и азота с аммиаком в процессе его глубокой очистки

• Автор: Петухов, Антон Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Область применения высокочистого аммиака

1.2 Генезис примесей и влияние примесного состава аммиака на параметры полупроводниковых структур

1.3 Физико-химические методы глубокой очистки аммиака

ГЛАВА 2. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АММИАК-ВОДА

2.1 Расчет структурных параметров системы аммиак-вода

2.2 Расчет основных параметров системы аммиак-вода

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АММИАК - ВОДА МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

3.1 Расчет колебательных параметров ассоциатов аммиака с водой

3.2 Экспериментальное ИК-спектроскопические изучение кластерообразования молекул аммиака и воды в твердой матрице КВг
ГЛАВА 4 ДИСТИЛЛЯДИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ АММИАКА ОТ ПОСТОЯННЫХ ГАЗОВ
4.1 Дистилляционные процессы очистки аммиака от постоянных газов в динамических условиях
4.2 Дистилляционные процессы очистки аммиака от постоянных газов в статических условиях
ВЫВОДЫ:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Высокочистый аммиак применяется в различных высокотехнологичных секторах экономики. Он является одним из исходных веществ для получения структур на основе соединений типа (А1,ОаДп)Ы, которые используются для производства высокоэффективных источников света - светодиодов.
Традиционно для глубокой очистки аммиака применяются двухфазные методы разделения (дистилляционные и кристаллизационные), где разделительный эффект реализуется за счет перераспределения примесей между фазами очищаемого вещества.
Применение только вышеперечисленных физико-химических методов для глубокой очистки аммиака не всегда обеспечивает необходимую степень его очистки от широкого круга примесей. Увеличение эффективности очистки аммиака до необходимой степени чистоты может быть реализовано только при использовании нескольких физико-химических методов, путем реализации, так называемых «гибридных» методов очистки, в которых интенсификация происходит путем мультипликации разделительных эффектов отдельных методов.
Поэтому изучение влияния специфического взаимодействия аммиака с микропримесями в процессе дистилляционной очистки аммиака от постоянных газов и низкотемпературной фильтрации аммиака от примеси воды является важной и актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является определение характера взаимодействия аммиака с микропримесями и учет влияния этого взаимодействия на процесс очистки в области низкой концентрации примеси.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- определение физико-химических, энергетических и колебательных характеристик ассоциатов аммиака и воды различного состава с помощью квантово-химических методов расчета;

- экспериментальное определение ассоциатов аммиака и воды различного состава на поверхности частиц матрицы КВг методом Фурье ИК-спектроскопии;
- экспериментальное и теоретическое определение концентрационной зависимости коэффициентов разделения для перегонки в системах аммиак -кислород, аммиак - азот в статических и динамических условиях.
Научная новизна работы. Определены физико-химические, энергетические и колебательные характеристики ассоциатов аммиака с водой (N1-13-Н20, 2МНз’Н20, №-1з-2Н20) с помощью квантово-химического комплекса Гауссиан-03 методом ВЗЬУР/6-31+С(с1), что позволило определить наиболее вероятные типы ассоциатов аммиака с водой.
Определено взаимодействие аммиака с водой в матрице КВг методом Фурье ИК-спектроскопии. При сравнении с квантово-химическими расчетами установлен наиболее устойчивый тип ассоциата аммиака с водой.
Впервые исследовано фазовое равновесие и определена концентрационная зависимость коэффициента разделения для систем аммиак - кислород и аммиак — азот в статических и динамических условиях. Определена концентрационная зависимость коэффициента разделения для микропримесей азота и кислорода. Установлено, что коэффициент активности возрастает с увеличением концентрации микропримеси, что можно объяснить образованием ассоциатов аммиака с микропримесыо в жидкой и газовой фазе.
Впервые рассчитан и смоделирован процесс дистилляции при малых скоростях перегонки для системы аммиак - микропримесь. Показано, что предложенную нами модель, можно использовать для расчёта коэффициента разделения при малых скоростях перегонки.
Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют улучшить эффективность очистки аммиака от лимитирующих примесей гибридным методом, включающим метод дистилляции и низкотемпературной фильтрации, за счет учета влияния специфического взаимодействия аммиака с микропримесями.

1 2 3 4 5
R(0(9)-I-I(8)) 0.9950 1.0039 0.9804 1.0
R(O(9)-H(10)) 0.9680 0.9718 0.9704 0.9
R(0(6)-H(5)) 0.9840 0.9919 0.9872 0.9
R(0(6)-H(7)) 0.9670 0.9725 0
R(N(1)-H(8)) 1.8550 1.8286 1.9429 1.7
R(H(4)—0(6)) 2.1840 2.0697 2.2267 2.3
R(0(9)-H(5)) 1.8540 1.7974 1.9229 1.7
A(H(3)-N( 1 )-H(4)) 107.94 112.35 107
A(H(3 )-N( 1 )-H(2)) 107.45 111.23 106
A(H(4)-N( 1 )-H(2)) 107.98 112.06 107
A(H(8)-O(9)-H(10)) 106.81 112.08 106
A(H(5)-0(6)-H(7)) 106.55 110.64 106
R(N(1)-H(2)) 1.0280 1.0266 1.0263 1.0
R(N(1)-H(3)) 1.0180 1.0184 1.0206 1.0
R(N(1)-H(4)) 1.0180 1.0184 1.0206 1.0
R(H(5)-0(6)) 0.9920 0.9904 0.9855 0.9
R(H(7)-0(6)) 0.9670 0.9700 0.9699 0.9
R(N(9)-H(8)) 1.0230 1.0226 1.0234 1.0
R(N(9)-H(9)) 1.0180 1.0186 1.0209 0.9
2NH3-H20 R(N(9)-H(10)) 1.0180 1.0186 1.0209 1.0
R(N(1) ••• H(5)) 1.8670 1.9080 1.9504 1.8
R(H(2) ••• (9)) 2.1630 2.1903 2.2319 1.8
R(0(6) - H(8)) 2.1340 2.1301 2.1667 2.0
A(H(3)-N( 1 )-H(4)) 108.19 107.19 106
A(H(3)-N( 1 )-H(2)) 107.44 108.05 107
A(H(4)-N(1 )-H(2)) 108.19 108.05 107
A(H(5)-0(6)-H(7)) 107.13 107.07 106