Отзыв оффициального оппонента 1 (Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ)

Отзыв официального оппонента Глебова Михаила Борисовича на диссертацию Себякина Алексея Юрьевича «Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.04 — Технология органических веществ Диссертационная работа Себякина Алексея Юрьевича посвящена вопросам, связанным с выявлением особенностей ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ.

Несмотря на высокую энергоемкость, процесс ректификации сохраняет лидирующие позиции в нефтегазопереработке, крупнотоннажных производствах основного органического и нефтехимического синтеза, активно внедряется в малотоннажную химию. Структурная и параметрическая оптимизация схем разделения позволяет решать задачи ресурсосбережения, повышения качества продуктов, экологической безопасности химических технологий, снижения расходных норм и пр. В свою очередь, структура схемы, возможность использования специальных приемов разделения напрямую связаны с особенностями структур диаграмм фазового равновесия.

И в этом плане работа Себякина А.Ю. представляется актуальной, поскольку в ней исследуются возможности разделения сложных смесей в комплексах, основанных на сочетании ректификации и расслаивания. Многокомпонентность и многофазность изучаемых систем определяют в значительной степени новизну и оригинальность полученных диссертантом результатов. На защиту автором выносятся следующие положения: 1. Подход и алгоритм исследования эволюции области трехфазного расслаивания; 2. Закономерности влияния взаимного расположения областей расслаивания и сепаратрических многообразий на структуру схем разделения и их энергоемкость.

3. Подход к расчету материальных балансов схем разделения четырехкомпонентных смесей, характеризующихся наличием области трехфазного расслаивания открытого типа. 4. Практические рекомендации по выбору разделяющего агента для обезвоживания спиртов (этанол, пропанол) гетероазеотропной ректификацией. Данные положения довольно полно отражены в диссертационной работе, которая изложена на 185 страницах печатного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы, насчитывающей 185 наименований, и четырех приложений, в которых представлено описание работы специальной подпрограммы, а также приведены данные вычислительных экспериментов. Работа включает 40 рисунков„62 таблицы. В первой главе традиционно представлен обзор научно-технической литературы по тематике исследования.

Рассмотрены локальные и нелокальные закономерности диаграмм многофазных систем, показана роль правила фаз Гиббса в изучении расслаивающихся систем и даны различные его интерпретации. Описаны приемы разделения много компонентных расслаивающихся смесей в комплексах, основанных на сочетании ректификации и расслаивания, в комплексах гетероазеотропной ректификации. Справедливо указывается на ограниченность исследований в этой области бинарными и тройными системами, гомо генными или содержащими чаще всего не более двух жидких фаз.

На основе проведенного анализа литературных источников сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Вторая глава посвящена изучению фазового поведения четырехкомпонентных систем, содержащих области трехфазного расслаивания. Автором предложен подход и алгоритм исследования таких систем, что дало ему инструмент для дальнейшей постановки вычислительного эксперимента и исследования особенностей вложения областей расслаивания в концентрационный симплекс. Алгоритм протестиронан на примере промышленной гетеро азеотроп ной системы изопрен — триметилэтилен — ацетонитрил — вода, для которой в литературе представлены экспериментальные данные по фазовым равновесиям и азеотропии.

Удовлетворительное описание фазовых равновесий свидетельствует об адекватности математической модели и достоверности полученных на ее основе результатов, описывающих эволюцию области трехфазного расслаивания в тетраэдре. Для оценки расположения области трехфазного расслаивания в концентрационном тетраэдре автором использованы формула топологического инварианта области расслаивания и математическое понятие «центроид».

Последнее методически оправданно, поскольку позволяет достаточно быстро выделить в концентрационном симплексе область трехфазного расслаивания. Действие алгоритма продемонстрировано на примере трех модельных систем одного класса, отличающихся структурой диаграммы расслаивания. Одновременно выявлены термодинамикогеометрические особенности фазовой диаграммы, имеющие принципиальное значение для разделения смесей разного состава с использованием схем разной структуры, включающих разное число ректификационных колонн и флорентийских сосудов. В третьей главе изучена связь структур фазовых диаграмм и структур принципиальных схем разделения смесей, один из компонентов которых относится к гомологическому ряду алканов: Сб 1С7, С8) — циклогексан— фурфурол — вода.

Автором проведен термодинамико-топологический анализ структур фазовых диаграмм. Установлено, что при неизменной структуре областей расслаивания системы с н-гептаном и н-октаном характеризуются более сложной структурой парожидкостного равновесия (класс 4.4.1.0) по сравнению с системой, содержащей н-гексан (4.3.0.0).

Последнее находит отражение в структурах схем, которые представляют сочетание двух комплексов, жестко связанных разными аппо числу жидких фаз) видами равновесий: жидкость - жидкость и жидкость — жидкость — жидкость. Для решения балансовой задачи таких схем автор предложил подход, построенный на линеаризации соотношения равновесных концентраций налкана и циклогексана в углеводородном слое. Хотя универсальность данного приема не очевидна, полученные в вычислительном эксперименте конкретные статические параметры работы колонн и оптимизация схем разделения смесей разного состава по критерию энергозатрат имеют вполне определенное практическое значение. Показано, что использование предварительного расслаивания в большинстве случаев является энергетически более выгодным.

В четвертой главе изучаются вопросы, связанные с разделением водных смесей спиртов (этанол, пропанол, бутанол) гетероазеотропной ректификацией. Термодинамико-топологический анализ, проведенный автором, показал, что имеются определенные трудности с выделением этанола и пропанола, поскольку данным веществам в структуре диаграммы парожидкостного равновесия отвечают сложные особые точки типа седло- узел. Данные компоненты можно выделить только в составе их бинарных азеотропов с водой. Автором предложена методика формирования множества разделяющих агентов гетероазеотропной ректификации, построенная на учете геометрических особенностей структуры фазовой диаграммы жидкость— жидкость — пар. В качестве разделяющих агентов выбраны 20 веществ (алканы, алке ны, циклоал каны, арены).

Аргументированно показана неэффективность реализации гетероазеотропной ректификации системы пропанол-вода с выбранными веществами. Дпя разделения смеси этанол— пропанол — бутанол — вода эквимолярного состава предложена схема, включающая комплексы гетероазеотропной ректификации составляющей этанол-вода и экстрактивной ректификации составляющей пропанол-вода с использованием этиленгликоля в качестве экстрактивного агента.

Полученные в ходе работы результаты и сделанные выводы представляются обоснованными, а также обладают существенной научной новизной. Достоверность научных результатов подтверждается корректным использованием фундаментальных положений термодинамики гетерогенных систем; термодинамико-топологического и термодинамико-геометрического анализов структур фазовых диаграмм, а также проведением вычислительного эксперимента с использованием специализированного программного комплекса Азреп ТесЬ.

Научной новизной обладают следующие положения и результаты: 1. Новый подход и алгоритм исследования области трехфазного расслаивания в концентрационном пространстве четырехкомпонентных систем, с использованием которых подтверждено существование двух видов эволюции области трехфазного расслаивания (открытого и закрытого типов) в восьми реальных и модельных системах. 2.

Термодин амико-геометрические особенности структур фазовых диаграмм, а именно: взаимное расположение областей расслаивания и сепаратрических многообразий, которое определяет саму возможность разделения сложных смесей, технологически приемлемые статические параметры работы колонн и энергоемкость схемы в целом. Множество принципиальных технологических схем, представляющих комбинацию «комплекс в комплексе», стационарное состояние которых определяется разными по числу жидких фаз видами расслаивания (двухфазное и трехфазное).

По диссертационной работе следует сделать следующие замечания и рекомендации: 1. Автору следовало бы пояснить свойства «треугольника расслаивания» (стр. 9 автореферата). 2. На рис. 3 (стр. 10 автореферата) проверка условия Х' ~ Х" на шаге 5 нелогична. 3. Интересно, как автор при расчете жидкостных равновесий избегает тривиальных решений, когда составы фаз равны друг другу. 4. Непонятно, почему температура расслаивания во флорентийских сосудах взята равной 20 С (стр. 16 автореферата), хотя при более низких температурах расслаивание было бы полнее. 5. Неясно, учитывалась ли возможность расслаивания в ходе расчета ректификационных колонн. Отмеченные недостатки не снижают общего положительного впечатления от представленной работы. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.17.04 Технология органических веществ по пунктам: 2.

Разработка физико-химических основ и технологических принципов наукоемких химических технологий, позволяющих решать проблемы ресурсосбережения и экологической безопасности. 5. Математическое моделирование процессов химической технологии, протекающих в реакторах, разделительных и других аппаратах. Диссертация прошла апробацию на б российских и международных конференциях. По результатам диссертационной работы опубликованы четыре статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертаций, в том числе две статьи в журналах, включенных в глобальные индексы цитирования Зсорпз и %еЬ оГ Яс1епсе.