Введение к работе
Актуальность темы:
Явление биазеотропии сегодня является достаточно уникальным (изучено 12 систем) и представляет особый интерес при изучении термодинамики фазовых равновесий Диаграммы парожидкостного равновесия (ПЖР) таких систем характеризуются близкими температурами кипения во всем концентрационном симплексе, малой разницей между составами равновесных фаз и, как следствие, относительной летучестью компонентов (а), близкой к единице По этим причинам возникают трудности 1) при постановке физического эксперимента, качество которого определяет надежность оценки параметров математических моделей, 2) при моделировании фазовых равновесий и процессов разделения, 3) при разделении биазео-тропных смесей
Исследование биазеотропии несомненно актуально, поскольку в ряде случаев она является необходимым элементом преобразования структур фазовых диаграмм, а имеющиеся сведения о биазеотропном поведении составляющих промышленных смесей, в частности, в производстве высших жирных спиртов придают этим исследованиям и практическую значимость Цель работы:
Создание физико-химических основ разделения бинарных и многокомпонентных биазеотропных смесей
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
синтезировать структуры диаграмм фазового равновесия биазеотропных систем на основе заданного граничного контура диаграммы и выбрать из полученного множества объекты для дальнейшего исследования,
" оценить возможности использования сложного фазового поведения как критерия адекватности моделей и получить термодинамически согласованные математические модели ПЖР исследуемых систем,
исследовать эволюцию биазеотропных систем при варьировании давления и при добавлении тяжелокипящих разделяющих агентов (РА),
предложить схемы разделения смесей заданного состава на основе термодинамико-топологического анализа базовых (исходных) и производных (в присутствии РА) диаграмм,
исследовать закономерности разделения биазеотропных смесей и определить статические параметры работы колонн схемы Научная новизна:
Для заданного граничного контура тройной системы с одной биазеотропной и двумя моноазеотропными составляющими (контур 3 4) синтезировано 158 новых структур диаграмм хода дистилляционных линий классов 34 0, 34 1, 342 и 264 соответствующих им структур диаграмм хода единичных К-линий
Впервые получены математические модели (параметры уравнения Вильсона), термодинамически непротиворечиво описывающие ПЖР биазеотропных систем бутилпропионат (БП) - пропионовая кислота (ПК), бензол (Б) - перфторбензол (ПФБ) - метилпропионат (МП), бензол - пер-фторбензол - третичный амиловый спирт (ТАС), сформулированы рекомендации к выбору математической модели
На основе полученных в вычислительном эксперименте полных данных ПЖР в тройных системах с двумя тройными азеотропами локализованы составы азеотропов и показана эволюция структур диаграмм при
варьировании давления, протекающая через стадию образования внутреннего тройного тангенциального азеотропа
4 На основе полных данных ПЖР в четырехкомпонентных системах проведен анализ поведения тройных биазеотропных составляющих Б-ПФБ-МП, Б-ПФБ-ТАС в присутствии потенциального разделяющего агента (ДМСО) Выявлен сложный характер вложения единичных а - многообразий в концентрационный тетраэдр, осуществлен прогноз возможных продуктов экстрактивной ректификации биазеотропных смесей
Практическая значимость:
Предложены принципиальные технологические схемы полного разделения тройных биазеотропных смесей Б-ПФБ-МП, Б-ПФБ-ТАС экви-молярного состава, сочетающие комплекс экстрактивной ректификации с комплексом, основанным на варьировании давления в колоннах Определены оптимальные параметры работы колонн ЭР
При наличии в системе двух единичных а - многообразий одноименных пар компонентов показана возможность управления составами продуктов ЭР за счет инверсии летучестей азеотропообразующих компонентов при различных концентрациях РА
Показана принципиальная возможность разделения биазеотроп-ной смеси бутилпропионат - пропионовая кислота, являющейся первым представителем ряда промышленных биазеотропных систем, экстрактивной ректификацией
Апробация работы и публикации:
По материалам диссертации опубликовано две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и тезисы четырех докладов на международных научно-технических конференциях Подана заявка № 2007117782/04 от 16 мая2007г на изобретение
Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы № 1Б-1-353 и гранта РФФИ № 05-03-32958
Объем работы:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Работа представлена на /У<^ страницах машинописного текста, содержит ^" рисунков, /У таблиц Библиография включает 5^ наименования
Похожие диссертации на Физико-химические основы разделения биазеотропных смесей
