Анализ структур фазовых диаграмм расслаивающихся систем как основа создания схем разделения Криштоп, Евгения Андреевна

Введение к работе

Актуальность проблемы

Возможность ректификационного разделения многокомпонентных смесей определяется совокупностью физико-химических свойств, которые отражены, прежде всего, в структуре фазовой диаграммы и ее отдельных составляющих. Термодинамико-топологический анализ фазовых диаграмм сегодня признан фундаментальной основой синтеза принципиальных схем разделения азеотропных смесей, из которых наиболее перспективными с точки зрения снижения энергозатрат являются неоднородные комплексы, построенные на сочетании ректификации и расслаивания.

Последнее определяет актуальность исследований, направленных на выявление общих закономерностей формирования диаграмм фазового равновесия жидкость-жидкость-пар; структуры бинодальных многообразий и особенностей их вложения в концентрационное пространство; выделение областей работоспособности разделительных комплексов разной структуры. При этом требует развития и методологическая база исследований, включающая подходы к изучению расслаивающихся систем; одновременную оценку термодинамической адекватности моделей фазовых равновесий жидкость-пар и жидкость-жидкость; систематизацию объектов на основе различных классификационных признаков.

Целью работы являлось дальнейшее развитие термодинамико- топологического анализа и разработка подходов к исследованию структур диаграмм фазового равновесия расслаивающихся систем.

Для достижения указанной цели было необходимо решить ряд задач:

1. разработать подход к определению числа граничных составляющих многокомпонентных систем, включающих компоненты с ограниченной взаимной растворимостью;

2. исследовать возможности систематизации фазовых диаграмм расслаивающихся систем и бинодальных многообразий с использованием реальных составов равновесных жидких фаз;

3. определить влияние структуры диаграммы (взаимного расположения бинодали, сепаратрис и нод жидкость-жидкость) на рабо-

тоспособность ряда разделительных комплексов, в том числе используемых в промышленности;

4) проиллюстрировать методику выделения области работоспособности комплекса на примере трехкомпонентных смесей, имеющих прикладное значение.

Объекты и методы исследования

В работе изучались многокомпонентные системы с областями двухфазного расслаивания закрытого типа и разделительные комплексы, основанные на сочетании ректификации и расслаивания.

Для решения поставленных задач использованы фундаментальные закономерности термодинамико-топологического анализа, термодинамики гетерогенных систем, теория графов, математическое моделирование фазового равновесия и процессов разделения с применением современных программных продуктов.

Научная новизна

3. 1. получена формула перечисления граничных составляющих многокомпонентной системы, включающих различное число компонентов с ограниченной взаимной растворимостью;

   2. предложен подход к исследованию трехкомпонентных расслаивающихся систем с бинодальным многообразием закрытого типа, основанный на использовании нетто-концентраций компонентов в равновесных жидких фазах и ориентированных графов (орграфов) фазовых диаграмм;

   3. составлен атлас орграфов диаграмм расслаивающихся трех- компонентных систем с бинодальным многообразием закрытого типа;

   4. проведен термодинамико-топологический анализ бинодальной поверхности четырехкомпонентной системы, включающей одну пару компонентов с ограниченной взаимной растворимостью. Выделены основные типы орграфов, отвечающих бинодальной поверхности.

   Практическая значимость

   3. 4. 1. выявленные закономерности структур диаграмм и орграфы бинодального многообразия могут быть использованы в качестве критерия термодинамической адекватности математической модели фазового равновесия трех- и четырехкомпонентных систем с бинодальным многообразием закрытого типа;

         2. выделены области работоспособности разделительных комплексов разной структуры, основанных на сочетании ректификации и расслаивания;

         3. получены параметры математических моделей равновесия жидкость-жидкость-пар многокомпонентных смесей и определены режимы работы колонн схем разделения ряда смесей растворителей, которые могут быть использованы на предпроектной стадии разработки технологии;

         4. результаты работы включены в лекционный курс «Термоди- намико-топологический анализ фазовых диаграмм и процессов разделения» и использованы в учебном процессе подготовки магистров по направлению «Химическая технология».

         Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ (проект № 11 -03-00295- а) и государственного задания Министерства образования и науки РФ (ЕЗН) в 2012 г. по теме № 1Б-1-353 «Фундаментальные основы и технологические принципы энергосбережения в массообменных процессах».

         Апробация работы

         Материалы диссертации докладывались на XVIII Международной конференции по химической термодинамике (Самара, 3-7.10.2011 г.).

         Публикации

         По теме диссертации опубликовано 3 работы, в том числе в рецензируемых изданиях 2 статьи.

         Объём и структура работы

         Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка литературы и приложений. Работа представлена на 143 страницах, содержит 46 рисунков и 23 таблицы. Библиография включает 145 наименований.

         Похожие диссертации на Анализ структур фазовых диаграмм расслаивающихся систем как основа создания схем разделения

         

         Исследование свойств многофазных систем с целью создания эффективных технологических схем разделенияИлларионов, Владимир Владимирович

         

         Разработка эффективных схем разделения метанолсодержащих растворов в технологии подготовки газа и газового конденсатаБублей Анатолий Леонидович

         

         Совершенствование технологической подготовки механообрабатывающих производств на основе создания методики и автоматизированной подсистемы формирования схем обработки поверхностей деталей типа тел вращения в системе планирования многономенклатурных технологических процессовПластинкин, Алексей Вениаминович

         

         Анализ и синтез систем разделения с учетом оптимальной схемы управления : На примере разделения углеводородных смесей С1-С7 Московского НПЗНиколаев Сергей Владимирович

         Построение моделей гетероструктурных полевых транзисторов и автоматизированное проектирование монолитных СВЧ усилителей мощности на основе большесигнальных параметров рассеяния и нагрузочных диаграммКоколов, Андрей Александрович

         

         Научно-технические основы создания систем питания высоковольтных устройств пыле- и газоочистки на основе электронно-лучевых вентилей и газоразрядных приборовЩербаков, Александр Владимирович

         Научно-технические основы создания системы экологической безопасности на предприятиях радиоэлектронной промышленностиСадковская, Наталия Евгеньевна

         Научные основы создания системы ультразвукового контроля параметров технологических процессов АПКВоробьев Николай Павлович

         

         Теоретические основы создания системы информационно-аналитического обеспечения государственного управленияЕлагин Владимир Васильевич

         НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ СУХОГО И ЖАРКОГО КЛИМАТАБобоев, Собиржон Мурадуллаевич