Особенности диаграмм фазового равновесия жидкость-пар и закономерности экстрактивной ректификации смесей органических веществ

• Автор: Бушина, Дарья Ильинична
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 214 с. : ил.

Введение

Глава I. Термодинамикотонологический анализ структур диаграмм фазового равновесия

1.1. Принцип перераспределения полей концентраций между областями разделения как основа создания технологических комплексов
1.2. Закономерности векторного поля под и скалярного поля равновесных температур. Уравнение их взаимосвязи
1.3. Складки на скалярных полях равновесных температур кипения двухфазных многокомпонентных смесей.

1.4. Постановка задачи исследования.

Глава II. Качественная теория взаимосвязи скалярного поля равновесных температур и векторного поля нод для двухфазных многокомпонентных азеотропных смесей.
2.1. Число степеней свободы при изменении состава вдоль складок на скалярных полях равновесных температур в двухфазных многокомпонентных смесях
2.2. Систематический анализ складок на поверхности равновесных температур кипения в трехкомпонентных смесях
2.3. Складки на поверхности равновесных температур конденсации двухфазных многокомпонентных смесей, относящейся к паровой фазе
2.4. Систематический анализ складок на поверхности равновесных температур четырехкомпонентных смесей.
2.5. Систематический анализ складок на поверхности равновесных температур пятикомпонентных смесей
2.6. Обобщение полученных результатов.
Глава III. Качественный анализ хода особых многообразий, расположение которых в концентрационном симплексе позволяет сравнивать экстрактивные агенты.
3.1. Качественный анализ хода складок на скалярных полях равновесных температур и единичных алиний в случае экстрактивной ректификации азеотропных двухкомпонентных двухфазных систем одним тяжслокипящим агентом
3.2. Выбор экстрактивных агентов на основе анализа особых многообразий
диаграмм парожидкостного равновесия
Литература
Приложение
Условные сокращения и обозначения
Аг., Аз точка азеотропа
Компоненты А ацетон Б нбуганол Бз бензол В вода Г гексан ЦГ циклогексан ДМФА диметилформамид М метанол МА метилацетат МИБК метил изобутил кетон П 1пропанол Т толуол ХФ хлороформ
3 этанол
ПЖР парожидкостное равновесие
ПППК принцип перераспределения полей концентраций
ТТА термодинамикотопологический анализ
ЭА экстрактивный агент
ЭР экстрактивная ректификация
Сг матрица вторых производных потенциала Гиббса
I вторая производная потенциала Гиббса по составу при постоянных
давлении и температуре
К, коэффициент распределения компонента между паровой и жидкой фазой
4 парциальная молярная теплота испарения компонента т размерность многообразия
п число компонентов
Р давление
Р, давление насыщенных паров чистого компонента
Я универсальная газовая постоянная
АЯиУ, дифференциальное изменение энтропии при фаЗОВОМ переходе соответственно из фазы Ь в фазу V или из фазы V в фазу ,
энтропия паровой фазы
энтропия жидкой фазы
Т температура кипения
7 температура кипения чистого компонента
А УиУ, А У, дифференциальное изменение объема при фазовом переходе соагветственно из фазы Л в фазу V или из фазы V в фазу Ь
X, относительная концентрация компонента в жидкой фазе л, концентрация компонента в жидкой фазе
У, относительная концентрация компонента в паровой фазе у, концентрация компонента I в паровой фазе
у х векторстолбец ноды
АТу векторстолбец реноды
а коэффициент относительной летучести
у1 коэффициент активности в жидкой фазе компонента
химический потенциал компонента о кратность складки на поверхности равновесных температур г время
число степеней свободы
Ф число фаз.
Индексы
аз азеотроп
паз нсевдоазеотроп
псевдоидеальный состав
I 1, 2, 3номер компонента к, г компонент смеси
Ь, 1 жидкая фаза
V, 2 паровая фаш.
Введение


Для азеотропных смесей использование разделяющего агента целесообразно, если структура концентрационного симплекса разделяемой смеси после добавления этого агента становится благоприятной для разделения. Анализ взаимодействия исходных и производных, получаемых после добавки экстрактивного агента, диаграмм фазового равновесия и теоретические вопросы выбора того или иного разделительного комплекса даны в работе . Область применения принципа перераспределения постоянно расширяется как за счет тиражирования в связи с появлением новых задач в технологии разделения, так и в связи с разработкой новых методов разделения. Например, осуществлено разделение вводноспиртовых смесей под воздействием импульсной кавитации . Обсуждаются перспективы применения переменных электрических и других полей и возможность использования ионнообменной сорбции . Можно ожидать, что в будущем эти новые методы разделения будут использоваться в комплексах разделения азеотропных смесей наряду с общеизвестными приемами. Приведенный литературный обзор далеко не исчерпывает всех особенностей разделения конкретных азеотропных смесей. Далее при изложении собственных результатов будем неоднократно обращаться к работам других авторов. На данном этапе была проведена систематизация основных приемов реализации принципа перераспределения полей концентраций и выявление их связи со спецификой фазового поведения системы при различных условиях. Последнее, в свою очередь, определяется как поведением азеотропов, так и общими закономерностями фазовых равновесий многокомпонентных многофазных систем. Закономерности векторного поля нод и скалярного поля равновесных температур. Вопрос о взаимосвязи основных характеристик парожидкостного равновесия ноды жидкостьпар и градиента равновесных температур давлений является принципиальным при изучении процессов равновесного открытого испарения и ректификации. Эта проблема для случая двухфазных систем рассматривалась многими авторами 3, 7, , , , , . Также известно, что составы фаз могут быть представлены в виде ряда симплексов простых геометрических фигур, лишенных внутренних диагоналей в случае бинарных смесей это отрезок, в случае тройных смесей это плоский объект треугольник, в случае четверных смесей это пространственная структура тетраэдр и т. Такие симплексы называются концентрационными. В любом симплексе вершины фигуры соответствуют чистым компонентам, ребра, соединяющие вершины, бинарным составляющим, грани тройным составляющим. Кроме того, состав трехкомпонентной системы можно представить в двух видах симплексов треугольнике Гиббса и треугольнике Розсбума. Треугольник Гиббса это равносторонний треугольник, в котором концентрации всех трех компонентов равнозначны. Рассмотрим закономерности векторного поля под. Фазовое равновесие, отражающее физикохимическую природу двухфазной многокомпонентной смеси, в общем виде может быть представлено как р функция отображения множества т. Х0 на множество т. Х, Х2, 1. Х1, который характеризуется набором концентраций х1,х,. Х2, с концентрациями хр . В общем случае составы равновесных фаз различаются. Это различие и служит основой, позволяющей осуществить различные процессы разделения. Степень такого отличия в случае бинарных смесей определяется степенью удаления кривой фазового равновесия от диагонали в диаграмме у рх рис. Для многокомпонентных смесей, если совместить концентрационный симплекс одной фазы и концентрационный симплекс другой, соединив равновесные фазы некоторыми отрезками, то указанная степень отличия будет определяться длиной каждого отрезка. Отрезки такого типа называются равновесными нодами нода жидкостьпар, нода жидкостьжидкость и т. На рис. Т . Совокупность всех равновесных нод образует в концентрационном симплексе некоторое векторное поле, покрывающее весь симплекс или его часть. Таким образом, нода г это некоторый вектор, получаемый как разность состава фаз
и
а
Рис. Рис. Векторное поле нод жидкостьпар тройной смеси стрелками показано направление от состава жидкости к составу пара. Если считать, что энтропия первой фазы меньше, чем энтропия второй 8 ,
1.