Thermodynamic Modelling of Aqueous Sulfuric Acid

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorTaskinen, Pekka, Prof., Aalto University, Department of Materials Science and Engineering, Finland
dc.contributor.authorSippola, Hannu
dc.contributor.departmentMateriaalitekniikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Materials Science and Engineeringen
dc.contributor.labMetallurgical Thermodynamics and Modellingen
dc.contributor.labMetallurgisten prosessien termodynamiikka ja mallinnusfi
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Chemical Technologyen
dc.contributor.supervisorTaskinen, Pekka, Prof., Aalto University, Department of Materials Science and Engineering, Finland
dc.date.accessioned2015-04-10T06:41:43Z
dc.date.available2015-04-10T06:41:43Z
dc.date.dateaccepted2015-03-18
dc.date.defence2015-04-15
dc.date.issued2015
dc.description.abstractAqueous sulfuric acid is an important chemical not only for the industry but also with respect to the environment. A need for a simple thermodynamic model is obvious. The purpose of this thesis was to create a thermodynamic model for aqueous sulfuric acid with a reasonable number of parameters. A key factor in modelling aqueous sulfuric acid is the correct value for the second dissociation constant, K2. In this thesis it was discovered that several equations describing K2, can model aqueous sulfuric acid equally well. The reason for this was identified as the equilibrium between sulfate (SO4[2-]) and bisulfate (HSO4[-]) ions which creates an internal redundancy in the thermodynamic description. Thus, the equation for K2 must be included in the assessment of aqueous sulfuric acid. The thermodynamic properties of aqueous sulfuric acid were modelled with the Pitzer equation. Both the second dissociation constant K2 for sulfuric acid and Pitzer parameters were fitted simultaneously. After variation of the experimental data used and the temperature dependencies of the Pitzer parameters, it was found that only four Pitzer parameters with eight fitted terms are required to cover the thermodynamic properties of aqueous sulfuric acid over a temperature range of 0–170°C. The obtained thermodynamic properties are in good agreement with literature values as well as with other Pitzer based and more complex thermodynamic models for aqueous sulfuric acid. The recent version of Pitzer equation, NPL Pitzer, was also tested. It was found to be capable of predicting activity and osmotic coefficient using only five parameters up to 80w% solution over a wide temperature range.en
dc.description.abstractRikkihappo on merkittävä kemikaali sekä teollisuuden että ympäristön suojelun kannalta, joten tarve yksinkertaiselle termodynaamiselle mallille on ilmeinen. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli luoda rikkihapon vesiliuokselle termodynaaminen malli, jossa käytettävien malliparametrien lukumäärä on kohtuullinen. Merkittävä seikka rikkihapon vesiliuoksen mallintamisessa on toisen dissosioitumisvakion, K2, arvo. Tässä väitöskirjassa havaittiin, että rikkihapon vesiliuos voidaan mallittaa yhtä hyvin usealla eri dissosioitumisvakion yhtälöllä. Syyksi paljastui bisulfaatti- (HSO4[-]) ja sulfaatti- (SO4[2–]) ionien välinen tasapaino, joka lisää termodynaamiseen kuvaukseen sisäisen riippuvuuden. Dissosioitumisvakion yhtälö on siksi otettava mukaan parametrien sovitukseen. Rikkihapon vesiliuos mallinnettiin Pitzerin yhtälön avulla. Sekä K2 -yhtälö että Pitzerin parametrit sovitettiin yhtä aikaa. Vaihtelemalla sovitukseen mukaan otettuja kokeellisia tuloksia ja parametrien lämpötilariippuvuutta havaittiin, että rikkihapon vesiliuoksen termo-dynaamiseen kuvaukseen lämpötila-alueella 0–170°C tarvitaan vain neljä Pitzerin parametria, joissa on yhteensä kahdeksan sovitettavaa termiä. Mallilla lasketut termodynaamiset ominaisuudet ovat sopusoinnussa sekä kirjallisuudesta löytyneiden että muilla moni-mutkaisemmilla Pitzer malleilla laskettujen arvojen kanssa. Lisäksi tutkittiin äskettäin kehitetyn NPL Pitzer yhtälön soveltuvuutta ja havaittiin, että sen avulla voidaan kuvata sekä aktiivisuuskerroin että osmoottinen kerroin laajalla lämpötila-alueella vain viidellä parametrilla aina 80p% rikkihappoon asti.fi
dc.format.extent88 + app. 75
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-6151-1 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-6150-4 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15610
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-6151-1
dc.language.isoenen
dc.opnDinsdale, Alan T., Associate Prof., Russian University for Science and Technology (MISiS), Russia
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Hannu Sippola, Critical evaluation of the 2nd dissociation constants for aqueous sulfuric acid, Thermochimica Acta, 532(2012), 65–77. doi: 10.1016/j.tca.2011.04.030
dc.relation.haspart[Publication 2]: Hannu Sippola, Critical Evaluation of the Second Dissociation Constants for Aqueous Sulfuric Acid over a Wide Temperature Range, Journal of Chemical and Engineering Data, 58(2013), 3009−3032. doi: 10.1021/je4004614
dc.relation.haspart[Publication 3]: Hannu Sippola, Thermodynamic modelling of concentrated sulfuric acid solutions, Calphad, 38(2012), 168–176. doi: 10.1016/j.calphad.2012.06.008
dc.relation.haspart[Publication 4]: Hannu Sippola and Pekka A. Taskinen, Thermodynamic Properties of Aqueous Sulfuric Acid, Journal of Chemical and Engineering Data, 59(2014), 2389−2407. doi: 10.1021/je4011147
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries44/2015
dc.revWagner, Thomas, Prof., University of Helsinki, Finland
dc.revPartanen, Jaakko, Associate Prof., Lappeenranta University of Technology, Finland
dc.subject.keywordthermodynamic propertiesen
dc.subject.keywordPitzer modelen
dc.subject.keywordactivity coefficienten
dc.subject.keywordosmotic coefficienten
dc.subject.keywordelectrochemical cellen
dc.subject.keywordtermodynaamiset ominaisuudetfi
dc.subject.keywordPitzerin yhtälöfi
dc.subject.keywordaktiivisuuskerroinfi
dc.subject.keywordosmoottinen kerroinfi
dc.subject.keywordsähkökemiallinen kennofi
dc.subject.otherChemistryen
dc.titleThermodynamic Modelling of Aqueous Sulfuric Aciden
dc.titleRikkihappo-vesiliuoksen termodynaaminen mallinnusfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.archiveyes
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64564
local.aalto.formfolder2015_04_09_klo_14_40
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526061511.pdf
Size:
813.63 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description: