Исследование полной структуры фазовых портретов четырёхкомпонентных смесей и их разделение методами ректификации

• Автор: Медведев, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения

Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Понятие о диаграмме дистилляцнонных линий

1.1.1. Локальные закономерности диаграмм дистилляциониых линий.

1.1.2. Нелокальные закономерности диаграмм дистилляциониых линий.

1.1.3. Сспаратрические многообразия

1.2. Синтез диаграмм дистилляциониых линий.

1.3. Диаграмма дистилляциониых линий и ректификация многокомпонентных смесей

1.3.1. Связь между диаграммой дистилляциониых линий и диаграммой процесса ректификации
1.3.2. Понятие о заданном разделении и об областях ректификации
1.3.3. Ректификация и сепаратрические многообразия диаграмм дистилляциониых линий.
1.4. Выводы литературного обзора.
2. Синтез разверток диаграмм дистилляциониых линий четырехкомпоиентиых систем
2.1. Построение алгоритма синтеза разверток
2.2. Результаты синтеза разврток
3. Определение внутренней структуры диаграммы дистилляцнонных линий четырхкомпонентной системы по е развертке
3.1. Определение индекса Пуанкаре особой точки, соответствующей четырхкомпонентному азеотропу
3.2. Определение структуры сепаратрическнх поверхностей диаграммы и типа четырхкомпонентного азеотропа
3.3. Алгоритм определения внутренней структуры диаграммы дистилляциониых линий четырхкомпонентной системы.
3.3.1. Системы с бинарными азеотропами.
3.3.1.1. А цето 1м ета н о лэти л а цетатвода
3.3.1.2. Мстилацетатметанолбутанол1 бутилацетат
3.3.2. Системы с бинарными и тройными азеотропами
3.3.2.1. Ацетонхлороформизопропанолвода и ацетонхлороформэтанолвода .
3.3.2.2. Ацетонметанолгексанэтанол
4. Синтез технологических схем разделения четырхкомпонентных смесей.
4.1. Разделение смеси ацетонметанолэтнлацетатвода
4.2. Разделение смеси ацетонхлороформизопропаиолвода.
Список литературы


Эти закономерности создают основу для классификации многокомпонентных систем, которая обладает также предсказательной силой, так как конкретные представители отдельных классов диаграмм могут быть на данный момент неизвестны. С другой стороны топологическое подобие фазовых диаграмм различных систем определяет общность той последовательности процессов, которая может быть использована для разделения соответствующих многокомпонентных смесей на чистые вещества или фракции заданного состава. Поэтому положения термодинамико-топологического анализа не только представляют большой теоретический интерес, но и находят применение в практике процессов разделения. В частности, использование основных закономерностей термодинамико-топологического анализа позволило создать общую теорию ректификации многокомпонентных азеотропиых смесей, в том числе с протеканием химических реакций [6-8]. Несмотря на то, что в качестве объектов исследования в термодинамикотопологическом анализе могут выступать диаграммы гетерогенного равновесия «жидкость - твёрдое тело» [9-], наиболее важным его направлением по-прежнему остаётся теория процессов открытого равновесного испарения (а также обратных им процессов открытой равновесной конденсации). Здесь основным объектом исследования является диаграмма дистилляционных линий. Концепция диаграммы дистилляционных линий была впервые предложена Шрайнемакерсом для трёхкомпонентных систем [-]. Ук-хк>к = 1-(р-0. Xf- и ук - концентрации к-ого компонента, соответственно, в жидкой и в паровой фазах, выраженные, как правило, в мольных долях; ch = - c/ng, где g -количество вещества жидкой фазы, моль; п - число компонентов в системе. Предполагается, что на каждой стадии процесса открытого испарения система находится в состоянии фазового равновесия, поэтому концентрации хк и Заявляются равновесными. Удобна также векторная форма записи уравнения (1. Х=У^Х, (1. Век тор У - X называют вектором-нодой [3]. Таким образом, диаграмме дистилляционных линий соответствует некоторое векторное поле нод (называемое также нолем фазовых скоростей динамической системы (1. Ориентация траекторий определяет направление, в котором изменяется состав жидкой фазы в процессе испарения; в данной точке диаграммы оно противоположно направлению ноды, так как в уравнениях (1. Как видно из рис. Гиббса-Розебома. Треугольник является частным случаем симплекса -геометрической фигуры, все вершины которой образуют попарно рёбра. Поэтому в общем случае «-компонентной системы диаграмма дистилляционных линий изображается в пространстве концентрационного симплекса, вершины которого соответствуют чистым компонентам, - отрезка, треугольника, тетраэдра, пентатопа и т. Очевиден тот факт, что граничное пространство диаграммы образуют диаграммы меньшей размерности. Рис. Пример диаграммы дистилляционных линий тройной системы (а) и соответствующего ей вектрного ноля иод (б). Дж/моль-К; g^k -вторая производная изобарно-изотермического потенциала по составу, Дж/моль3. Как правило, промышленные процессы протекают в изобарных условиях, поэтому равновесную дистилляцию также рассматривают при постоянном давлении. В этом случае уравнение (1. Т = с(к-Л'), (1. С - матрица вторых производных изобарно-изотермического потенциала жидкой фазы по составу. Уравнение (1. При этом направление вектора градиента температуры в данной точке противоположно направлению ноды, как и направление изменения состава жидкой фазы в процессе равновесного испарения. Таким образом, анализ системы уравнений (1. Шрайнемаксрса: при изобарном испарении температура кипения раствора монотонно возрастает. Правило Шрайнемакерса определяет наиболее простой способ схематического изображения диаграммы дистилляционных линий - по температурам кипения чистых компонентов системы и азеотропных составов. При этом оставляют одну - две траектории, соответствующие целому пучку дистилляционных линий, имеющих общие начальную и конечную точки, так как множество интегральных кривых уравнения (1. Аналогично в случае изотермического процесса уравнение (1. Уж"&-ас1Р = С{У-Х).