一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法和装置，根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例；根据水分子、阴离子和阳离子的初始比例，利用分子动力学法构建无机盐溶液模拟单元初始构型；对模拟单元初始构型进行几何优化，得到能量最小化的无机盐溶液模拟单元；选择系综，对能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算，使能量最小化的无机盐溶液模拟单元的能量和密度达到平衡状态；选取无机盐溶液模拟单元中能量和密度达到平衡状态后的数据，根据数据分析温度、压力、无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律。本发明专利技术的目的在于在宏观上缓解盐沉积问题并揭示超临界水条件下无机盐的微观成核结晶过程。盐的微观成核结晶过程。盐的微观成核结晶过程。

【技术实现步骤摘要】
一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法和装置


[0001]本专利技术属于微纳尺度分子模拟
，具体涉及一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法和装置。

技术介绍

[0002]近些年，“贫油少气”的能源特征促使煤化工行业快速发展。在经济发展中占据重要地位、发挥关键作用的一个产业就是化工产业，煤化工企业发展趋势十分显著。但值得注意的是，煤化工企业的正常运转需要排放大量废水，容易对环境造成严重影响。在处理煤化工废水时，因有难降解的有机物存在，且借助生物处理后的废水中仍然会有一些不能降解的有机物，此类有机物不能保障废水出水COD或色度等与标准要求相符。而超临界水(T
c
>374.3℃，P
c
>22.12MPa)作为一种特殊的物质，在生产多样化的今天不断凸显了其特殊性。超临界水具有一些独特的性质，例如低氢键量、小介电常数、高扩散系数和低粘度。这些特性使有机物和气体(例如O2、N2和CO2)能与超临界水完全混溶。超临界水氧化技术利用这一特性，将有机物彻底氧化分解为CO2、H2O、N2和少量的无机盐，无二次污染，已经发展成为降解有机废物的有效废水处理技术。
[0003]虽然超临界水氧化技术已经取得了很大进步，但其在应用过程中仍存在很多问题，需进一步深入研究反应机理。其中，水的极性在超临界条件下急剧降低，削弱了无机盐的电离能力，导致其溶解度大大降低。大量无机盐成分沉积并形成固相，产生各种严重的负面影响，如盐沉积、堵塞和腐蚀等，进而导致传热恶化。盐沉积严重阻碍着超临界水氧化技术广泛应用。研究人员通过设计反应器或添加反应物来解决盐沉积问题，但都只能从宏观上缓解盐沉积问题，很难揭示超临界水条件下的微观成核结晶过程。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法和装置，其目的在于在宏观上缓解盐沉积问题并揭示超临界水条件下无机盐的微观成核结晶过程。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，包括：
[0007]根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例；
[0008]根据所述水分子、阴离子和阳离子的初始比例，利用分子动力学法构建无机盐溶液模拟单元初始构型；
[0009]对所述模拟单元初始构型进行几何优化，得到能量最小化的无机盐溶液模拟单元；
[0010]选择系综，对所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算，使所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元的能量和密度达到平衡状态；
[0011]选取无机盐溶液模拟单元中能量和密度达到平衡状态后的数据，根据所述数据分析温度、压力、无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律。
[0012]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述系综包括等温等压系综、正则系综和微正则系综；
[0013]当无机盐溶液从初始条件达到设定条件时，选择等温等压系综；
[0014]当所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行平衡计算时，选择正则系综；
[0015]当计算无机盐溶液的扩散系数时，选择微正则系综。
[0016]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述对所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算时，包括：
[0017]根据目标工况设置无机盐溶液模拟单元的压力、温度和模拟时间。
[0018]在第一方面的一种可能的实现方式中，根据所述数据分析温度和压力对无机盐沉积过程的影响规律，包括：
[0019]分析不同温度和压力条件下无机盐溶液的径向分布函数和氢键网络参数，得到温度和压力对无机盐溶液微观结构的影响规律。
[0020]在第一方面的一种可能的实现方式中，根据所述数据分析无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律，包括：
[0021]分析不同无机盐种类和浓度条件下无机盐溶液的径向分布函数和氢键网络参数，得到无机盐种类和浓度对无机盐溶液微观结构的影响规律；
[0022]根据所述无机盐种类和浓度对无机盐溶液微观结构的影响规律，分析无机盐之间的相互作用。
[0023]在第一方面的一种可能的实现方式中，根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例之前，还包括：
[0024]确定无机盐的种类和浓度。
[0025]在第一方面的一种可能的实现方式中，所述确定无机盐的种类和浓度，包括：
[0026]利用ICP测试方法测定得到无机盐的种类和浓度。
[0027]根据本专利技术的第二方面，提供一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析装置，包括：
[0028]初始比例确定模块，用于根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例；
[0029]初始构型构建模块，用于根据所述水分子、阴离子和阳离子的初始比例，利用分子动力学法构建无机盐溶液模拟单元初始构型；
[0030]优化模块，用于对所述模拟单元初始构型进行几何优化，得到能量最小化的无机盐溶液模拟单元；
[0031]迭代计算模块，用于选择系综，对所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算，使所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元的能量和密度达到平衡状态；
[0032]分析模块，用于选取无机盐溶液模拟单元中能量和密度达到平衡状态后的数据，根据所述数据分析温度、压力、无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律。
[0033]根据本专利技术的第三方面，提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述
的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法的步骤。
[0034]根据本专利技术的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法的步骤。
[0035]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0036]本专利技术提供的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例，并利用分子动力学法构建无机盐溶液模拟单元初始构型，利用分子动力学模拟获取无机盐在结晶沉积过程中团簇微观结构转变的重要信息，探讨温度、压力、无机盐的种类和浓度对沉积过程的影响规律，分析无机盐之间的相互作用，克服超临界水氧化反应过程中的盐沉积和堵塞问题，促进其工业化应用，有助于探索超临界水中单组分和多组分无机盐系统的结晶和沉积机理，阐明超临界水中无机盐成核、生长特性，为调控超临界条件下无机盐沉积过程提供理论依据，有效解决了在宏观上缓解盐沉积问题，揭示了超临界水条件下无机盐的微观成核结晶过程。
[0037]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，其特征在于，包括：根据无机盐的种类和浓度，确定水分子、阴离子和阳离子的初始比例；根据所述水分子、阴离子和阳离子的初始比例，利用分子动力学法构建无机盐溶液模拟单元初始构型；对所述模拟单元初始构型进行几何优化，得到能量最小化的无机盐溶液模拟单元；选择系综，对所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算，使所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元的能量和密度达到平衡状态；选取无机盐溶液模拟单元中能量和密度达到平衡状态后的数据，根据所述数据分析温度、压力、无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律。2.根据权利要求1所述的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，其特征在于，所述系综包括等温等压系综、正则系综和微正则系综；当无机盐溶液从初始条件达到设定条件时，选择等温等压系综；当所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行平衡计算时，选择正则系综；当计算无机盐溶液的扩散系数时，选择微正则系综。3.根据权利要求1所述的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，其特征在于，所述对所述能量最小化的无机盐溶液模拟单元进行迭代计算时，包括：根据目标工况设置无机盐溶液模拟单元的压力、温度和模拟时间。4.根据权利要求1所述的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，其特征在于，根据所述数据分析温度和压力对无机盐沉积过程的影响规律，包括：分析不同温度和压力条件下无机盐溶液的径向分布函数和氢键网络参数，得到温度和压力对无机盐溶液微观结构的影响规律。5.根据权利要求1所述的一种微观层面上无机盐沉积调控模拟分析方法，其特征在于，根据所述数据分析无机盐的种类和浓度对无机盐沉积过程的影响规律，包括：分析不同无机盐种类和浓度条件下无机盐溶液的径向分布函数和氢键网络参数，得到无机盐种类和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东海，杨万鹏，冯鹏，何冰，王瑜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：