Введение к работе
Актуальность работы. Фурфурол, получаемый кислотным гидролизом растительного сырья (в России, главным образом, отходов лесопиления и деревообработки) находит широкое применение в химической и смежных отраслях промышленности. Его используют для производства фурана и его гомологов, до двух третей производимого фурфурола идет на производство фурфурилово-го спирта и далее пластмасс; в качестве экстрактивного агента фурфурол находит применение в нефтепереработке и нефтехимии, используется в производстве лаков и красок.. Соединения, полученные на его основе, используются в фармацевтической, пищевой, парфюмерной промышленности, сельском хозяйстве. Мировой спрос на фурфурол постоянно растет. В связи со значительными потерями фурфурола на этапе ректификационного выделения и очистки (до 10-15 % на стадии выделения фурфурола-сырца и 10-12 % на стадии получения товарного продукта), выполнение исследований, направленных на совершенствование технологической схемы разделения гидролизата, представляется актуальной задачей, решение которой окажет положительное влияние на экономические и экологические характеристики производства.
Исследование физико-химических основ технологии выделения фурфурола актуально и с научно-методической точки зрения. В технологии органических веществ известно много производств, в которых приходится иметь дело с разделением смесей, содержащих большое (более 25 ) число компонентов, однако известно очень мало работ, посвященных методологии предпроектной разработки разделения таких смесей современными компьютерными способами (Д.П.Мухитдинов,1979 , Э.Х.Пардильо,1986, посвященные выделению гидролизного этанола). В настоящей работе рассмотрены методологические аспекты решения подобных задач.
Работа выполнялась в соответствии с РНТП "Наукоемкие химические технологии", тема № П.-1.5-96-863 "Разработка новых эффективных технологий ректификационного разделения и получения высокочистых веществ" и по научно-исследовательской программе "Разработка способов производств лекар-
ственных препаратов, технологий получения полупродуктов и стадий для них. Раздел 8. Разработка новой технологии выделения фурфурола".
Цель работы. Целью настоящей работы явилась структурная и параметрическая оптимизация технологической схемы разделения фурфуролсодержащего конденсата, направленная, в первую очередь, ни ми ращение потерь фурфурола, а также получение и систематизация физико-химической информации, необходимой для предпроектной разработки как фурфурольного, так и других производств органических продуктов; совершенствование методологии синтеза технологических схем разделения многокомпонентных смесей.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования на базе современных компьютерных технологий, качественной теории обыкновенных дифференциальных уравнений, а также экспериментальные методы исследования ректификации и первапорации на лабораторных установках.
Научная новизна. Предложены физико-химически обоснованные и экспериментально проверенные схемы ректификационного и гибридного (с использованием первапорации) выделения фурфурола из укрепленного фурфуролсодержащего конденсата (УФСК), позволяющие снизить потери целевого продукта.
Разработаны и проверены математические модели фазового равновесия в многокомпонентных смесях фурфурольного производства. Полученные оценки параметров бинарного взаимодействия этих моделей могут быть использованы и при исследовании, проектировании и оптимизации ректификационных схем других производств органического синтеза. В методику получения мате-матг еских моделей включен расчет точки Банкрофта.
Идентифицирован ряд ранее неизвестных примесей во фракции фурфурола-сырца.
Доказано, что наличие точки Банкрофта является достаточным условием существования бинарного азеотропа в некотором диапазоне давленийО
Практическая значимость. Результаты расчетных и экспериментальных исследований позволяют создать технологию выделения фурфурола, в которой
потери последнего на стадии разделения значительно сокращаются, и появляется возможность выделения 5- метилфурфурола.
Рассчитаны режимные параметры для колонн выделения фурфурола-сырца, отделения тяжелых примесей и осушки фурфурола; подобраны экспериментально тип мембраны и условия первапорации для осушки фурфурола; подготовлена информация для "Исходных данных на проектирование".
Создана компьютерная база данных физико-химической информации о свойствах индивидуальных веществ и фазовых равновесиях в пятидесятиком-понентной смеси, являющаяся самостоятельным продуктом работы.
Разработаны методы количественного ГЖХ-аналиэа фурфуролсодержащих смесей, которые могут найти применение на производстве.
На основе результатов работы подготовлены несколько задач для самостоятельной работы студентов по курсам "Компьютерные технологии научных исследований и проектирования процессов органического синтеза" и "Технология основного органического синтеза".
Публикации. Основное содержание работы отражено в трех публикациях, одна из которых: Е.В.Демусенко, Л.А.Пушкина, А.С.Мозжухин "Совершенствование ректификации фурфуролсодержащих конденсатов" в сб. законченных работ по ГНТП "Новые принципы и методы получения химических веществ и материалов" находится в печати.
Обьем работы. Диссертационная работа включает список обозначений и сокращений, введение, четыре главы, основные результаты и выводы, список использованной литературы, приложение.
Работа изложена на страницах машинописного текста и включает
33 рисунков, 2.6 таблиц, список литературы из 192. наименований и приложение на 42. страницах.