Диссертация (Экстракционно-хроматографическое разделение жидких смесей в противоточно-циклическом режиме контакта фаз)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)2ОГЛАВЛЕНИЕОглавление…………………………………………………………………….. 2Обозначения и сокращения.............................................................................. 4Введение............................................................................................................. 5Глава 1. Литературный обзор......................................................................... 111.1.Разделениевеществметодамипротивоточнойжидкостнойэкстракции......................................................................................................... 111.1.1. Многоступенчатые процессы противоточной жидкостной экстракции...........................................................................................................................

131.1.2. Циклические процессы противоточной жидкостной экстракции.... 141.2. Разделение веществ методами жидкостной хроматографии сосвободной неподвижной фазой...................................................................... 221.2.1. Центробежная жидкостная хроматография........................................ 251.2.2. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой безприменения центрифуг ................................................................................... 251.2.3. Противоточные циклические процессы жидкостной хроматографиисо свободной неподвижной фазой................................................................

27Глава 2. Разделение смесей компонентов в противоточно-циклическомрежиме с переменной продолжительностью циклов.................................. 292.1. Теоретическая часть.................................................................................. 302.1.1. Математическая модель процесса....................................................... 302.1.1.1. Импульсная подача разделяемой смеси в аппарат.......................... 302.1.1.2.

Длительный ввод разделяемой смеси в аппарат.............................. 362.1.2. Анализ математической модели процесса.......................................... 392.2. Экспериментальная часть......................................................................... 462.2.1.Экспериментальнаяустановкаиметодикапроведенияэкспериментов...................................................................................................

462.2.2.Сравнениерезультатовтеоретическихиэкспериментальныхисследований..................................................................................................... 483Глава 3. Разделение смесей компонентов в противоточно-циклическомрежиме с периодической подачей питания...................................................

543.1. Теоретический анализ процесса............................................................... 543.2. Анализ математической модели.............................................................. 583.3. Сравнение предсказаний теоретического анализа с результатамиэксперименьтальных исследований ............................................................... 63Глава 4. Разделение смесей компонентов в противоточно-циклическомрежиме с подачей питания в среднюю зону многоступенчатой установки............................................................................................................................

694.1. Математическая модель процесса........................................................... 694.1.1. Импульсная подача разделяемой смеси в среднюю зону системыпоследовательно соединенных равновесных ступеней................................ 694.1.2. Длительная подача разделяемой смеси в среднюю зону системыпоследовательно соединенных равновесных ступеней................................

754.2 Влияние параметров процесса на процессы разделения........................ 804.3. Экспериментальная проверка математической модели процесса....... 84Выводы.............................................................................................................. 88Список литературы..........................................................................................

89Приложение4ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯx и y – равновесные концентрации извлекаемого компонента в фазесоответственно, рафината и экстракта;f Fx– фактор экстракции;K D FyFx и Fy – расход потоков фаз рафината и экстракта, соответственно;N = число ступеней в каскаде аппаратов;xf – концентрация в потоке питания (в исходном растворе);X yxиY– безразмерные концентрации в фазах;xfxf5ВВЕДЕНИЕАктуальность работыРазделение смесей компонентов на отдельные компоненты иливыделение и очистка целевого компонента из смеси является одной изосновных технологических операций в производствах химической,фармацевтической и других родственных отраслях промышленности.Жидкостная экстракция и жидкостная хроматография занимают заметноеместо в ряду этих процессов. Жидкостная экстракция применяется втехнологии основного органического синтеза (например, в производствекапролактама),вгидрометаллургии,нефтехимии,припереработкеотработанного ядерного топлива и в ряде других химических технологий.Жидкостная хроматография кроме применения в аналитических целях впоследнее время все более широко используется в промышленныхмасштабах для выделения и очистки продуктов в биотехнологии и припроизводствелекарственныхпрепаратов.Вотличиеотметодовклассической хроматографии в жидкостной хроматографии без твердогоносителятак называемая неподвижная фаза является подвижной,поскольку она не закреплена на неподвижном твердом носителе, аудерживается в хроматографическом устройстве в свободном (подвижном)состоянииспомощьюцентробежныхсилилисилвязкостииповерхностного натяжения.

По своей природе такие процессы жидкостнойхроматографии близки к процессам жидкостной экстракции. В основеобоих процессов разделения лежит разное распределение компонентовжидкой смеси между двумя фазами. Основным отличием хроматографииот жидкостной экстракции является то, что хроматографические процессы,как правило, проводятся в периодическом нестационарном режиме, апроцессы жидкостной экстракции – в непрерывном стационарном режиме;хроматографическиетехнологическойжидкостнойметодыоперацииэкстракциипозволяютразделитьмногокомпонентныеобычнообеспечиваютсмеси,ваоднойпроцессыразделениетолько6бинарных смесей в течение одной операции.

Благодаря подвижности обеихфаз в процессах жидкостной хроматографии без твердого носителяпоявляетсявозможностьсозданияновыхболееэффективныхпротивоточных экстракционно-хроматографических методов разделения,сочетающих преимущества процессов хроматографии и противоточнойэкстракции. Для практической реализации новых методов необходиморазработать их теоретические основы.Цель настоящей работы – разработка теоретических основпротивоточно-циклических экстракционно-хроматографических процессовразделения жидких смесей.Для достижения поставленной цели необходимо было решитьследующие задачи:Разработка и анализ математических моделей для различныхусловий проведения процесса разделения:при кратковременной (импульсной), протяженной во времении периодической подаче разделяемой смеси в хроматографическоеустройство;при подаче разделяемой смеси с одним из потоков фаз вхроматографическоеустройство и при подаче разделяемой смесиотельным потоком в среднюю часть хроматографического устройства.Экспериментальнаяпроверкаполученныхтеоретическихзависимостей на лабораторной установке, работающей в противоточноциклическом режиме контакта фаз.Научная новизна.

Впервые разработана математическая модельнового методаэкстракционного разделениясмеси компонентоввпротивоточно-циклическом режиме с переменной продолжительностьюполупериодов движения фаз: получены аналитические зависимости длямоделирования и расчета процесса для условий импульсной подачи смесии когда смесь в течении определенного времени подается с потоком одной7из фаз в первом цикле процесса. Сопоставлением эксперимента и теорииустановлено хорошее согласие между ними.Проведенанализматематическоймоделиэкстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в противоточноциклическом режиме при периодической подаче смеси в течениеопределенного времени с потоком одной из фаз в каждом цикле процесса.Впервые теоретически и экспериментально показано, что такой режимобеспечиваетнетолькоповышениепроизводительности,ноиселективности процесса разделения.Впервыеразработанаматематическаямодельэкстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в противоточноциклическом режиме при импульсной и протяженной во времени подачесмеси в среднюю часть хроматографического устройства: проведен анализмодели, получены аналитические зависимости для моделирования ирасчетапроцесса.математическойЭкспериментальномоделиреальномуподтвержденапроцессуадекватностьразделениясмесейфармацевтических продуктов.Впервые экспериментально подтверждена возможность проведенияпроцессовэкстракционно-хроматографическогоразделениясмесикомпонентов в противоточно-циклическом режиме на многоколоночнойустановке с импульсной подачей потоков фаз.Практическая значимость работы.

Предложен новый методразделения смесей компонентов в противоточно-циклическом режиме срегулируемой продолжительностью циклов, позволяющий значительноповысить эффективность работы экстракционных установок. Разработанапрограмма для компьютерного моделирования и расчета таких процессовразделения.Показана возможность работы многоколоночных экстракционнохроматографических установок в противоточно-циклическом режиме8контакта фаз, что многократно повышает эффективность разделениякомпонентов смесей.Методы исследованияПривыполнениифундаментальныеклассическойдиссертационнойположениятеориитеориихроматографии;работыжидкостнойиспользованыэкстракцииэкспериментальныеиметодыжидкостной экстракции и жидкость-жидкостной хроматографии; методыматематического моделирования.Апробация работыОсновные положения и результаты работы доложены и обсужденынаследующихРоссийскихимеждународныхконференциях:7thInternational symposium on countercurrent cromatography (г.

Гуанчжоу, 6-8августа 2012 г. Китай); Новые подходы в химической технологииминерального сырья. Применение экстракции и сорбции»(г. Санкт-Петербург, 3–6 июня 2013 г.); III Международной конференции по химии ихимической технологии (г. Ереван, 16–20 сентября 2013 г.);ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в томчисле 9 статей в журналах, рекомендованных ВАК, тезисы 3-х докладов наРоссийских и международных научных конференциях.В первой главе приведен литературный обзор, посвященныйциклическим процессам противоточной жидкостной экстракции и методами аппаратуре жидкостной хроматография со свободной неподвижнойфазой. Освещены принципы противоточных циклических процессовжидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой.Вторая глава посвящена разработке и исследованию процессовразделения смесей компонентов в противоточно-циклическом режиме спеременной продолжительностью циклов. Для реализации таких процессови выбора оптимальных условий для конкретных задач разделения жидкихсмесей необходимо иметь их математическое описание.