Введение к работе
Актуальность работы. Основной структурной единицей технологических схем разделения (TCP) многокомпонентных азеотропных смесей продуктов основного органического синтеза и смежных отраслей являются комплексы различного функционального действия, и в частности, комплексы, основанные на варьировании давления. Эти комплексы ориентированы на реализацию фундаментального принципа перераспределения полей концентраций между областями разделения (ПППК).
Выявление ограничений, сужающих области применения функциональных разделительных комплексов, - важный аспект при разработке TCP. Основными являются ограничения физико-химического характера, которые могут быть выявлены при изучении особенностей поведения азеотропных смесей в широких диапазонах внешних условий (температур, давлений). В многокомпонентных системах также должны быть выделены области составов исходных смесей, для которых работоспособными являются схемы заданной структуры.
Решение указанных проблем составляет неотъемлемую часть разработки теоретических основ процессов разделения азеотропных смесей и невозможно без систематизации знаний о факторах, формирующих закономерности поведения жидких растворов, в том числе и при фазовых переходах жидкость-пар и жидкость-жидкость-пар.
Работа выполнялась в рамках проекта 1.2.5 ФЦНТП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" ( Н 02 "Принципы и методы создания новых технологий химических веществ и материалов") и при поддержке гранта РФФИ N 97-03-32382 Термодинамико-топологические закономерности фазовых диаграмм азеотропных смесей".
Цель работы:
систематизация знаний о свойствах бинарных растворов для дальнейшего изучения особенностей поведения бинарных азеотропных систем, в том числе в условиях ограниченной экспериментальной информации;
исследование особенностей эволюции бинарных азеотропов для выявления ограничений на концентрационные диапазоны их существования;
- выявление областей применимости комплексов разделения трехкомпо-нентных азеотропных смесей за счет варьирования давления в ректификационных колоннах. Научная новизна:
выявлены концентрационные диапазоны изменения азеотропных составов при варьировании внешних условий, ограничениями на которые являются точки, отвечающие экстремумам концентрационных зависимостей интегральных теплот испарения бинарных систем;
сформулированы условия возврата бинарного азеотропа, получены все возможные типы экстремальных зависимостей х^Т);
сформулировано правило определения типа точки возврата бинарного гомогенного азеотропа, базирующееся на оценке величин парциальных избыточных мольных теплоємкостей;
проведен термодинамический анализ полного пространства избыточных функций смешения бинарных раствороз, основанный на экспериментальных данных;
получена параметрическая плоскость модифицированной симметричной модели, учитывающая специфику эволюции растворов при изменении температуры;
показано, что уравнение Вильсона не может термодинамически строго моделировать поведение растворов, принадлежащих секторам плоскости энергетического баланса 16, VI, V, IVa.
Практическая значимость работы:
с использованием плоскости энергетического баланса выявлены закономерности поведения бинарных азеотропных смесей, позволяющие исследовать и прогнозировать их эволюцию в условиях ограниченной информации;
предложены 6 вариантов схем разделения трехкомпонентных азеотропных смесей, ориентированные на реализацию ПППК при варьировании давления в ректификационных колоннах разделительного комплекса;
на основе построения балансовых сетей определены условия работоспособности предложенных схем и выявлена их взаимосвязь со структурами диаграмм парожидкостного равновесия всех классов;
исследованы варианты разделения смесей класса 3.1.1 (на примере смеси вода-муравьиная кислота-уксусная кислота), базирующиеся на
реализации ПППК за счет варьирования давления и использования кривизны разделяющего многообразия; выделены области составов, в которых энергетически целесообразно осуществление конкретного варианта.
Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликованы две статьи, вошедшие в цикл работ, отмеченных премией МАИК "Наука" за 1997 г. Полученные результаты доложены на трех международных конференциях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Работа представлена на '^ страницах машинописного текста, содержит -^рисунков, ^таблиц. Библиография включает № наименований.