Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Эксергия определяет потенциальную пригодность энергии для технического использования, поэтому эксергетический анализ является перспективным методом оценки степени термодинамического совершенства химико-технологических процессов и аппаратов и может служить теоретической базой для разработки энергосберегающих технологий. Для выполнения эксергетических расчетов необходимы численные значения химических эксергий соединений входящих в состав топ-лив и химически перерабатываемых фракций нефти. Имеющиеся базы данных химических эксергий углеводородов и О, N, S-содержащих компонентов нефти ограничены. Их расширение возможно на основе чрезвычайно дорогостоящих измерений или расчетных процедур, аналогичных применяемым в химической термодинамике. Актуальность настоящей работы состоит в обосновании принципов массовых расчетов химических эксергий компонентов нефти, базирующихся на классической теории строения молекул и новых представлениях о параметрах стандартной окружающей среды. Полученные базы данных позволят использовать эксергетические методы научного обоснования наиболее рациональных способов химической переработки фракций нефти.
Связь работы с научными программами
Работа выполнена на кафедре физической химии и Лаборатории термодинамики органических веществ НИИ физико-химических проблем Белгосуниверситета в соответствии с планом научно-исследовательских работ по темам: "Термодинамическое обоснование параметров стандартной окружающей среды, создание базы данных стандартных химических эксергий органических веществ и программ для расчета эксергий органического сырья, промышленных стоков и газообразных выбросов" (Белорусский Республиканский Фонд Фундаментальных Исследований, договор Ф95-088) и "Исследование термодинамических свойств модельных смесей углеводородов для расчета химических эксергий нефтяных фракций" (Белорусский Республиканский Фонд Фундаментальных Исследований, договор Х97М-074). В качестве премии в конкурсе ISF "Научные основы ресурсосбережения" получен грант В 96-17-2710-4 за проект "Создание базы данных и методов расчета химических эксергий органических веществ для термодинамического обоснования энерго и ресурсосберегающих технологий промышленного органического синтеза".
Цель и задачи исследования ч
Целью настоящей работы является создание комплекса расчетных методов для получения надежных значений химической эксергий С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ в широком интервале температур в различных агрегатных состояниях и смесей на их осно-
ве для органического и нефтехимического промышленного синтеза. В диссертационной работе ставились следующие задачи:
-
Обоснование принципов выбора параметров стандартной термохимической модели окружающей среды для расчета стандартных химических эксергий С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ.
-
Разработка методов расчета стандартных химических эксергий С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ в различных агрегатных состояниях в широком интервале температур.
-
Создание справочной базы данных по стандартным химическим эксергиям С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ, существенно более полной, чем известные к настоящему времени.
-
Разработка теоретических методов прогнозирования стандартных химических эксергий основных классов углеводородов нефти: ал-канов, циклоалканов, алкилбензолов в широком интервале температур.
-
Разработка методик расчета химических эксергий смесей С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ на основе известного состава и для сложных смесей неизвестного состава.
-
Разработка методик расчета химических эксергий жидких топ-лив, содержащих С, Н, О, N, S элементы.
Научная новизна и значимость полученных результатов В диссертационной работе впервые предложена стандартная термохимическая модель окружающей среды для расчета химических эксергий С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ и разработана методика их расчетов в широком интервале температур в различных агрегатных состояниях, базирующаяся на экспериментальных термодинамических данных. Создана справочная база по стандартным химическим эксергиям С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ. Разработаны аддитивные процедуры расчета эксергий жидких и газообразных алканов и алкилпроизводных циклопентана, циклогекса-на и бензола в широком интервале температур и предложена новая методика аддитивных расчетов свойств веществ в конденсированном состоянии. Измерена низкотемпературная теплоемкость модельной де-сятикомпонентной смеси углеводородов и предложена альтернативная методика расчета химической эксергий смесей и топлив. Получено корреляционное соотношение для расчета эксергий жидких топлив, содержащих С, Н, О, N, S элементы.
Практическая значимость полученных результатов Практическая ценность данной работы заключается в создании справочных таблиц по химическим эксергиям С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ и повышении точности расчетов химических эксергий с использованием стандартной термохимической модели окружающей среды. Предложенные методики расчетов, аддитивные процедуры и корреляционные соотношения для эксергий топ-
лив позволяют проводить полный комплекс расчетов химических эксергий как индивидуальных органических веществ, так и смесей для нужд эксергетического анализа процессов промышленного органического и нефтехимического синтеза.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Стандартная термохимическая модель окружающей среды и методика расчета стандартных химических эксергий С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ в различных агрегатных состояниях.
-
Справочная база данных по стандартным химическим эксерги-ям С, Н, О, N, S-содержащих органических веществ.
-
Заместительные аддитивные схемы для расчета стандартных химических эксергий жидких и газообразных алканов, алкилпроиз-водных циклопентана, циклогексана и бензола и методика аддитивных расчетов эксергий указанных соединений в широком интервале температур.
-
Результаты экспериментальных исследований низкотемпературной теплоемкости модельной смеси углеводородов и методика расчета химической эксергий смесей на основе полученных данных.
-
Корреляционное соотношение для расчета эксергий жидких топлив, содержащих С, Н, О, N, S элементы.
Личный вклад соискателя
-
Составлены схемы расчета химических эксергий. Созданы программы расчета химических эксергий на основе баз данных TRC и получены численные значения химических эксергий.
-
Определены численные значения аддитивных констант для расчета химических эксергий углеводородов нефти.
-
Обоснован метод расчета аддитивных констант полиноминального типа для баз данных с переменными условиями фазовой реализации веществ.
-
Разработаны методы расчетов химических эксергий смесей и топлив.
Доля автора в наиболее важных публикациях по теме диссертации [1-3] 40%, в работе [4] - 60%.
Апробация результатов диссертации
Материалы диссертации докладывались на XIV Международной конференции ИЮПАК по химической термодинамике (Япония, 1996); Научной конференции ученых химического факультета и НИИ ФХП БГУ, посвященной 75-летию Белгосуниверситета (Минск, 1996); Итальянско-российской конференции по калориметрии IRCAW 99 (Москва, 1999).
Опубликованность результатов
Основные результаты диссертации изложены в шести работах, включающих три статьи в научных журналах, одну статью в сборнике трудов НИИ ФХП и тезисы двух докладов в сборниках материалов
научных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 8 рисунков и состоит из введения, общей характеристики работы, шести глав, заключения, списка использованных источников (44 наименования) и трех приложений.
