Анализ структур фазовых диаграмм расслаивающихся систем как основа создания схем разделения

• Автор: Криштоп, Евгения Андреевна
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Обозначения и сокращения
Введение
Глава 1. Основные закономерности фазового поведения гетероазеотропных
систем и способы их разделения
1.1. Анализ экспериментальных данных по фазовому равновесию расслаивающихся систем
1.2 Элементы диаграмм расслаивания бинарных и многокомпонентных систем
1.3 Локальные закономерности фазовых диаграмм расслаивающихся систем
1.4 Нелокальные закономерности диаграмм многофазных систем
1.5 Основные приемы и специальные методы разделения гетероазеотропных систем
1.6 Постановка задачи исследования
Глава 2. Анализ диаграмм расслаивания многокомпонентных систем с бинодальными многообразиями закрытого типа
2.1 Многокомпонентная система как совокупность симплексов меньшей размерности
2.2 Анализ диаграмм расслаивания многокомпонентной системы с бинодальным многообразием закрытого типа
2.3 Иллюстрация предложенной методики перечисления граничных
составляющих на примере реальных систем
Глава 3. Термодинамико-топологический анализ фазовых диаграмм трех- и
четырехкомпонентных систем в понятиях нетто-концентраций
3.1 Исследование диаграмм состояния трехкомпонентных расслаивающихся систем с использованием нетто-концентраций компонентов

3.2 Термодинамико-топологический анализ закрытых бинодальных
поверхностей в четырехкомпонентных смесях
Глава 4. Взаимосвязь структуры фазовой диаграммы и области
работоспособности комплексов с расслаиванием
4.1 Принципы и алгоритм выделения областей работоспособности комплекса
4.2. Анализ балансовых соотношений для комплексов различной структуры и систем, относящихся к разным классам
4.3. Выделение областей работоспособности комплекса разделения модельных и реальных систем
4.3.1. Модельные системы
4.3.2. Реальные системы
4.4. Расчёт материального баланса комплексов разделения реальных систем
4.4.1 Расчёт материального баланса схем разделения смеси изопропиловый спирт-дихлорэтан-вода
4.4.2. Расчёт материального баланса схем разделения смеси хлороформ-метанол-вода
4.5 Влияние физико-химических особенностей фазовой диаграммы на величину области работоспособности комплексов
Выводы
Список литературы
Приложение I
Приложение II

Обозначения и сокращения:
ау - коэффициент относительной летучести /-го и у-го компонентов;
(3, - коэффициент фугитивности /-го компонента; у, - коэффициент активности /-го компонента;
Г, - комплекс коэффициентов активности; р' - плотность /-ой жидкой фазы;
Ф - число сосуществующих фаз;
а, - геометрический элемент диаграммы /-ой размерности;
А - безразмерный параметр симметричной модели;
Az - азеотроп;
Ащ - геометрический элемент фазовой диаграммы, образованный п компонентами и ф жидкими фазами;
В, - критическое многообразие /-ой размерности;
С- особая точка, соответствующая положительному (отрицательному) седлу;
CN - особая точка, соответствующая седлоузлу; d - показатель преломления /-ой жидкой фазы;
D - количество потока дистиллята, кмоль/час;
Ej - многообразие островных областей /-ой размерности в фазовой диаграмме;
/- вариантность системы (число степеней свободы);
F — количество потока питания, кмоль/час
Ge - избыточный термодинамический потенциал Гиббса, Дж/моль;
К, - коэффициент распределения /-го компонента между паровой и жидкой фазами;
L, - парциальная молярная теплота испарения /-го компонента, Дж/моль; п - количество компонентов, образующих систему;
N+(') - особая точка, соответствующая положительному (отрицательному) узлу;
Р давление насыщенных паров чистого /-го компонента, мм.рт.сг.;
Наиболее широко для разделения бинарных и тройных гетероазеотропных смесей применяются двухколонные и трехколонные комплексы с флорентийским сосудом. В работе [24] показано, что разделение трехкомпонентной гетероазеотропной смеси всегда возможно за счет использования эффекта расслаивания ( иногда в сочетании с рециклом по компонентам) в смесях с числом колон от 3 до 7 и с числом флоринтийских сосудов от 1 до 3. Изучено влияние ряда факторов на структуру схемы и сделана попытка выделить в концентрационном симплексе области ее работоспособности. Сформулированы правила направления рециклов.
Реализация ПППК за счет варьирования внешних параметров предусматривает использование ректификационного метода разделения в двухсекционных колонах и преобразованной диаграммы фазового равновесия. Важным условием в данном случае является сохранение
принадлежности одному и тому же классу динамической системы, действующей в первоначальной и преобразованной диаграмме жидкость-пар. На практике варьируемым параметром является именно давление, так как ректификационное разделение проводится в изобарических условиях. Преобразование структуры фазовой диаграммы, достигаемое за счет изменения давления, заключается в том, чтобы область разделения, в которой находится состав исходной смеси, распространилась на все
концентрационное пространство. Теоретической базой таких преобразований является теория тангенциальной азеотропии [70-72].
Этот прием применим для разделения двух-, а также
многокомпонентных смесей, но его реализация во многих случаях наталкивается на принципиальные затруднения, связанные со спецификой эволюции азеотропных точек. При не достижении тангенциального азеотропа реализуется прием, базирующийся на принципе
перераспределения полей концентраций между областями ректификации. В данном случае используются геометрические особенности фазовых