Физико-химические основы разделения биазеотропных смесей

• Автор: Мягкова, Татьяна Олеговна
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. Явление азеотропии и методы разделения азеотропных смесей.

1.1 Термодинамические ограничения ректификационного разделения сложных смесей .

1.2 Особенности поведения биазеотропных систем.

1.3 Математическое моделирование фазовых равновесий.

1.4 Методы разделения азеотропных смесей.

1.5 Постановка задачи исследования.

2. Синтез структур фазовых диаграмм биазеотропных систем и выбор объектов исследования
2.1 Генерирование множества возможных диаграмм дистилляционных и Клиний в тройных системах с известным граничным контуром.

2.2 Выбор методов и объектов исследования

3. Математическое моделирование парожидкостного равновесия и анализ структур фазовых диаграмм.
3.1 Моделирование биазеотропии
3.2 Моделирование азеотропии и парожидкостного равновесия в биазеотропных бинарных системах
3.3 Моделирование парожидкостного равновесия в тройных составляющих четырехкомпонентных систем.
4. Эволюция фазовых диаграмм биазеотропных систем в присутствии диметилсульфоксида. Закономерности экстрактивной ректификации.
4.1 Анализ закономерностей хода диаграмм амногообразий биазеотропных систем с разделяющим агентом.
4.2 Эволюция диаграмм тройных биазеотропных систем при варьировании количества разделяющего агента.
4.3 Моделирование экстрактивной ректификации биазеотропных смсссй
4.4 Оценка возможности разделения промышленной биазеотропной смеси бутилпропионатпропионовая кислота
Список литературы


Биазеотропия может возникать двояким образом: как через стадию образования внутреннего тангенциального азеотропа (ВТА), так и с образованием граничных тангенциальных азеотропов (ГТА). Граничные тангенциальные азеотропы соответствуют слиянию точек обычного азеотропа с точкой граничного азеотропа (чистого компонента). Внутренний тангенциальный азеотроп соответствует слиянию двух точек внутренних азеотропов. В [9] установлено, что переход от граничной тангенциальной азеотропии к внутренней тангенциальной азео-тропии в биазеотропных бинарных смесях возможен только при наличии точки Банкрофта. Во всех исследованных на сегодняшний день бинарных биазеотропных системах есть точка Банкрофта. В тройных системах, кроме уже упомянутых точек Банкрофта, которые были названы точками Банкрофта первого рода (гп), при изменении давления возможны инверсии температур чистого компонента и бинарного азеотропа, двух бинарных азеотропов, тройного азеотропа и чистого компонента, бинарного и тройного азеотропов. По аналогии с общепринятым термином перечисленные точки инверсии были названы [, ] точками Банкрофта второго, Третьего, Четвертого И ПЯТОГО рода И обозначены СООТВеТСТВеННО Г]2, Г, г и и Г2з. Там же приведены примеры преобразования диаграмм ПЖР при изменении давления, когда в тройной системе появляются точки Банкрофта второго и третьего рода. Точки Г|2 и г в тройных системах играют роль, аналогичную роли точек гц в бинарных системах. Азеотропия ограничивает возможность разделения смесей ректификацией. Структуры фазовых диаграмм многокомпонентных смесей определяются в первую очередь различными сочетаниями поведения бинарных составляющих. Сегодня известны диаграмм ПЖР тройных систем (с антиподами - систем) [6,]. В многокомпонентных системах ограничения на процесс ректификационного разделения накладывают и граничные разделяющие (сепаратрические) многообразия, порождаемые азеотропами седловинного типа. Явление би- и триазеотропии практически делает невозможным использование для разделения таких смесей обычной ректификации, так как диаграмма парожидкостного равновесия биазеотропных систем характеризуется близкими температурами кипения во всём концентрационном симплексе, малой разницей между составами равновесных фаз, и, как следствие, относительной летучестью компонентов а, близкой к единице. Как уже отмечалось, с азеотропией тесно связаны проблемы выделения целевых продуктов необходимого качества из многокомпонентных реакционных смесей, очистки веществ, регенерации растворителей. Большинство смесей органического синтеза являются моноазеотропными системами. Однако в настоящее время возрастает интерес исследователей к явлению би- и триазеотропии, когда на элементе концентрационного симплекса содержатся два или три азеотропа (биазеотропные и триазеотропные системы). Ы-метилэтилсндиамин, ЫЬСЬ-ИЬРз и ТаС-Тар5 [1, 9, -], одна - с тремя []; предсказано и подтверждено вычислительным экспериментом наличие двух тройных систем с двумя тройными азеотропами [-]. Известно, что пять бинарных биазеотропных систем, образованных карбоновой кислотой и бутиловым эфиром одноименной кислоты, являются составляющими промышленной смеси при производстве высших жирных спиртов С7-С9 гидрогенизацией бутиловых эфиров кислот С5-С. Биазеотропные системы являются весьма сложными и интересными объектами для исследования. Близость температур кипения смесей во всем концентрационном симплексе и относительная летучесть компонентов а, близкая к единице, вызывают определенные трудности при постановке как натурных, так и вычислительных экспериментов, а также при разделении таких смесей и моделировании фазового равновесия. На рис 1. К(х), а(х) на примере бинарной биа-зеотропной системы бензол-перфторбензол. Большое значение имеет качество экспериментальных данных для биазеотропных систем, поскольку с ним непосредственно связана надежность этапа оценки параметров математических моделей. Выбор адекватной математической модели для расчетов фазовых равновесий и процессов разделения является отдельной проблемой. Поставленные задачи взаимосвязаны и стали предметом систематического исследования при реализации настоящей работы.