Отзыв оффициального оппонента 2 (Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ)

отзыв официального оппонента на диссертацию Себякина Алексея Юрьевича ректификационного разделения многокомпонентных «Особенности многофазных смесей органических веществ», представленную в диссертационный совет Д.212.131.08 при ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.04 — Технология органических веществ Актуальность работы. В настоящее время в России важной задачей является создание энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Значительное место при разработке таких технологий занимает оптимизация узла разделения органических веществ. Последнее связано с тем, что в ходе ректификационного разделения жидких смесей очень часто возникает явление азеотропии, то есть невозможность получения продукта заданного качества с использованием одной только ректификации. Разделение таких смесей возможно в комплексах, использующих различные особенности фазового поведения систем и, в частности, сочетание на разных этапах разделения ректификации и самопроизвольного расслаивания.

Использование явления расслаивания в ряде случаев позволяет упростить технологическую схему, снизить капитальные и энергетические затраты на разделение. Имеющиеся в литературе данные относятся в основном к разделению бинарных и тройных смесей, в то время как в реальном производстве, в большинстве случаев, образуются многокомпонентные многофазные системы. Вследствие этого работа Себякина А.Ю., направленная на исследование закономерностей разделения многокомпонентных смесей органических веществ, характеризующихся ограниченной взаимной растворимостью, на основе термодинамика-топологических и термодинамико-геометрических особенностей формирования структур диаграмм фазовых равновесий, несомненно является актуальной.

Структура и содержание работы. Представленная на отзыв диссертация состоит из введения, четырех глав с аргументацией выбора объектов и методов исследования, изложением использованных методов и методик, обсуждением результатов, выводов, библиографического указателя из 185 наименований, четырех приложений; изложена на 185 страницах и включает в себя 40 рисунков, 62 таблицы.

Первая глава представляет литературный обзор, в котором рассматриваются закономерности фазового равновесия гетерогенных систем, правило фаз Гиббса, подходы к исследованию структур фазовых диаграмм многокомпонентных многофазных систем, а также специальные методы их разделения. Показана актуальность дальнейшего исследования особенностей разделения многокомпонентных расслаивающихся смесей на основе новых данных о формировании структур диаграмм фазового равновесия жидкость- жидкость-жидкость. Сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Выбраны объекты и методы исследования. Во второй главе изложены результаты, которые можно рассматривать как методическую основу работы. На примере системы изопрен триметилэтилен — ацетонитрил - вода, представленной в литературе большим объемом экспериментальных данных, отработаны все процедуры, необходимые для решения поставленных диссертантом задач: получена математическая модель, адекватно описывающая разные виды фазовых равновесий; разработан алгоритм исследования трехфазного расслаивания в четырехкомпонентной системе; разработана подпрограмма, позволяющая с минимальным участием оператора проводить расчет фазового равновесия жидкость-жидкость-жидкость с использованием специализированного программного средства и представлять полученные результаты графически; проведен анализ взаимного расположения в концентрационном тетраэдре областей расслаивания и сепаратрических поверхностей; показано влияние геометрических особенностей структуры фазовой диаграммы на структуру схемы разделения и режимные параметры работы колонн.

В дальнейшем при изучении модельных и реальных систем автор придерживается указанного порядка, что структурирует диссертацию и придает ей системный характер. Следует отметить уместное и вполне корректное использование в работе математического понятия центроида, что позволило на каждом этапе выполнить условие однозначной принадлежности смеси брутто- состава области трехфазного расслаивания.

В вычислительном эксперименте для изученных диссертантом систем смоделированы диаграммы расслаивания, содержащие трехфазные области закрытого или открытого типа, синтезированы структуры принципиальных схем разделения, включающие разное число ректификационных колонн и флорентийских сосудов. Показано, что условием работоспособности таких схем является принадлежность составов равновесных жидких слоев разным областям ректификации. Для системы изопрен — триметилэтилен — ацетонитрил — вода нагладно продемонстрированы ограничения, накладываемые геометрией фаз овой диаграммы на процесс разделения. А примеры модельных систем показали положительное влияние термодинамико-геометрических свойств на возможность выделения всех компонентов в чистом виде. В третьей главе для реальных четырехкомпонентных смесей углеводород — циклогексан — фурфурол — вода, где в качестве углеводорода выступают члены гомологического ряда алканов, а именно: н-гексан, н-гептан, н-октан, проведен термодинамико-геометрический анализ фазовых диаграмм, на его основе синтезированы принципиальные схемы разделения.

Выявлены структуры схем, представляющие комбинацию двух комплексов, в которых реализуются разные по числу жидких фаз равновесия, а равновесные слои из двух флорентийских сосудов образуют «жесткую» сеть прямых (питания колонн) и обратных (рециклы) потоков. Для расчета материального баланса схем предложен прием линеаризации соотношения концентраций алкана и циклогексана в углеродном слое. Четверная глава посвящена вопросам, связанным с регенерацией спиртов (этанола, пропанола, бутанола) из водной смеси.

Проведен синтез возможных схем разделения, включающих использование функциональных комплексов (гетероазеотропная ректификация, комплекс экстрактив ной ректификации, использование явления расслаивания в комплексе ректификационная колонна — флорентийский сосуд). Выявлены особенности гетероазеотропной ректификации смесей этанол — вода, пропанол — вода. Предложены практические рекомендации по выбору разделяющего агента гетероазеотропной ректификации водной смеси спиртов (этанол, пропанол).

Определены статические параметры работы колонн разделения смеси эквимолярного состава. К результатам, обладающим несомненной научной новизной, можно отнести: подход и алгоритм исследования эволюции области трехфазного расслаивания, с использованием которого смоделированы закрытые и открытые области трехфазного расслаивания в концентрационном тетраэдре реальных и модельных четырехкомпонентных систем; - выявление связи термодинамико-геометрических характеристик фазовых диаграмм (взаимное расположение сепаратрических многообразий, составов гетероазеотропов и равновесных жидких фаз) с возможностью разделения смесей разной природы и структурой схем, основанных на сочетании ректификации и расслаивания; новые структуры принципиальных схем разделения («комплекс в комплексе»), которые представляют комбинацию двух комплексов, жестко связанных особенностями равновесия двух или трех жидких фаз.

Практическая значимость работы заключается: в разработке математических моделей фазового равновесия, схем разделения конкретных четырехкомпонентных смесей и определении статических параметров работы ректификационных колонн, которые могут быть использованы непосредственно или в качестве аналогов на этапе НИОКР при модернизации действующих производств или создании новых технологий разделения; - в разработке методики исследования области трехфазного расслаивания в концентрационном тетраэдре, что может быть полезно при планировании натурного эксперимента; в разработке практических рекомендаций для выбора разделяющих агентов в процессе гетероазеотропной ректификации водных смесей спиртов. Достоверность иолученнь х результатов.

Достоверность полученных результатов, научных положений и выводов обеспечивается их соответствием основным положениям термодинамики гетерогенных равновесий, корректным использованием ряда математических понятий, применением для расчета фазовых равновесий и процесса ректификации современного программного обеспечения и математических моделей, удовлетворительно описывающих азеотропные данные (с относительной ошибкой не более 3;4) и составы равновесных жидких слоев (с относительной ошибкой не более 7'уо). По работе имеются следующие замечания: 1. На взгляд оппонента название диссертации слишком широкое. Все-таки автор предлагает разделять конкретные смеси веществ, а не любые. 2.

Насколько широко используется в промышленности основного органического синтеза прием разделения смесей, основанный на сочетании ректификации и расслаивания? 3. Можно ли распространить прием линеаризации соотношения равновесных концентраций компонентов в органическом слое ~глава 3) на расчет материального баланса схем разделения смесей с закрытыми бинодалями? 4. Чем обусловлен выбор разделяющих агентов для обезвоживания смеси спиртов? Можно ли распространить этот подход к выбору дополнительных веществ на процессы разделения исходных смесей, содержащих другие вещества? 5. В выводе 4 говорится об энергетической эффективности схем с предварительным расслаиванием исходной смеси, однако энергетических балансов не представлено.

Откуда взялась такая уверенность? 6. Неплохо было бы ряд выполненных расчетов материальных балансов подтвердить экспериментально. 7. По тексту диссертации имеются небольшие погрешности в оформлении. Так, в ряде таблиц разделение целой и дробной частей представлено запятой, а в ряде точкой (например, в таблицах 2.6 — 2.10). Приведенные замечания не носят принципиального характера и не умаляют научной и практической значимости работы, Результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских организациях соответствующего профиля и в высших учебных заведениях: Самарском государственном техническом университете, Институте химической физики им.

Н.Н. Семенова РАН, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Казанском национальном исследовательском технологическом университете, Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского, Московском технологическом университете, Волгоградском государственном техническом университете, Ярославском государственном техническом университете. Результаты работы в достаточной мере нашли отражение и в публикациях. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в перечень научных изданий ВАК РФ, тезисы 6 докладов на научных конференциях различного уровня.