Выбор разделяющих агентов и закономерности экстрактивной ректификации смесей органических продуктов

• Автор: Сазонова, Александра Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ВЫБОРУ РАЗДЕЛЯЮЩИХ АГЕНТОВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ
1.1 Экстрактивная ректификация как метод разделения азеотропных смесей
1.2 Классические подходы к выбору разделяющих агентов для экстрактивной ректификации бинарных смесей
1.2.1 Индивидуальные разделяющие агенты
1.2.2 Смешанные разделяющие агенты
1.3 Особенности экстрактивной ректификации многокомпонентных смесей
1.4. Постановка задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ДЛЯ ВЫБОРА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РАЗДЕЛЯЮЩИХ АГЕНТОВ
2.1 Использование избыточной энергии Гиббса Д(ЭщЕ) для выбора разделяющего агента в экстрактивной ректификации бинарных смесей
2.2 Особенности выбора разделяющих агентов в экстрактивной ректификации тройных смесей
2.3 Использование диаграмм линий постоянной селективности
для выбора разделяющего агента
2.4 Процедура выбора разделяющих агентов
из множества селективных веществ
3. СМЕШАННЫЕ РАЗДЕЛЯЮЩИЕ АГЕНТЫ ДЛЯ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ
3.1 Требования к смешанным разделяющим агентам
3.2. Особенности формирования бинарных разделяющих агентов
3.3 Изучение синергетического эффекта бинарных разделяющих агентов
3.4 Закономерности ЭР бинарных смесей в присутствии
бинарных разделяющих агентов
3.5 Влияние уровня подачи разделяющих агентов на результаты ЭР..
4. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ЭВТЕКТИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ В КАЧЕСТВЕ РАЗДЕЛЯЮЩИХ АГЕНТОВ 8
4.1 Измерение коэффициентов активности
4.2 Селективность РА в процессах экстрактивной
ректификации смесей разного типа
4.3. Моделирование коэффициентов активности с помощью уравнения РС-БАГТ
4.4 Температурная зависимость у”
5. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА РАЗДЕЛЯЮЩИХ АГЕНТОВ ДЛЯ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
5.1 Математическое моделирование ПЖР в пятикомпонентной системе метанол - тетрагидрофуран - ацетонитрил - вода - пиридин..
5.2 Закономерности экстрактивной ректификации и выбора рациональных режимов
ВЫВОДЫ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Ресурсо- и энергосбережение в технологии ректификационного разделения азеотропных смесей органических продуктов связано с применением специальных методов, в частности, экстрактивной ректификации (ЭР). Эффективность ЭР в значительной степени определяется использованием селективных разделяющих агентов (РА), процедура выбора которых достаточно подробно отработана для ЭР бинарных смесей. В действующих технологиях ректификационного и экстракционного разделения смесей используется ограниченный набор традиционных растворителей. В то же время известно, что выбор эффективного РА позволяет снизить энергозатраты на разделение в ряде случаев до 10-15 %. Таким образом, актуальным является вовлечение альтернативных РА в процесс ЭР, совершенствование процедур предварительного формирования множества потенциальных РА и окончательного выбора наиболее эффективного из них, исследование закономерностей ЭР многокомпонентных смесей различной природы.
Цель диссертационного исследования
Разработка подходов к выбору эффективных разделяющих агентов для экстрактивной ректификации бинарных и многокомпонентных смесей и исследование закономерностей экстрактивной ректификации смесей различной компонентное.
Для достижения поставленной цели требуется решить ряд задач:
1. Проанализировать существующие подходы к выбору РА для ЭР бинарных и многокомпонентных смесей.
2. Исследовать связь физико-химических свойств многокомпонентных систем и их составляющих с селективностью разделяющих агентов, в том числе альтернативных: ионной жидкости (ИЖ), эвтектических растворителей.
3. Разработать дополнительные критерии выбора разделяющих агентов, в т. ч. бинарных; сформулировать практические рекомендации.

авторами. Данные по ФР в системах, содержащих спирты, воду и углеводороды представлены в серии работ [149-154]. Фазовые равновесия в 3-, 4- и одной 5-компонентной смесях, содержащих сверхкритические СО и СОг, исследованы в [155]. Для расчета ФР активно используются методы математического моделирования. Проблемы качества описания экспериментальных данных ПЖР многокомпонентных систем подробно обсуждаются в работах [156, 157]. Детально проанализированы данные ФР смесей, образующихся в реакционноректификационных процессах получения эфиров [158].
Для четырехкомпонентных систем требуется проверка наличия в системе «внутреннего» азеотропа (п=4) , которая может быть проведена по методике, обсуждаемой в [160-162]. Для систем большей компонентности аналогичный подход также разрабатывается [163-165].
Расчетам ЭР и АЭР многокомпонентных систем (п>3) посвящено незначительное число работ [16, 166-172]. Причем зачастую обсуждается ЭР систем, содержащих не более одного бинарного азеотропа [163, 173]. В последние время активно исследуется разделение многокомпонентных систем экстрактивной ректификацией в колоннах с перегородкой (колонны Петлюка) [174, 175] и в колоннах с ЧСТМП [45, 176, 177]. Применение гибридного метода на основе ректификации показано в работе [178].
Результатов экспериментальных исследований ЭР многокомпонентных смесей опубликовано мало. Они посвящены периодической или полунепрерывной ЭР многокомпонентных смесей, образующихся в технологиях фармацевтических производств [14, 15, 179]. В работе [180] показано, что вместо ректификации водных отходов, содержащих смеси спиртов, можно использовать первапорацию [180].
В настоящее время исследование процесса ЭР многокомпонентных смесей зачастую проводится с помощью моделирования в современных программных комплексах (Aspen Plus, Aspen Hysys, PRO-II, ChemCad). Расчет ректификации многокомпонентных неидеальных смесей представляет весьма