Диссертация (1090890)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования «Московский технологический университет»(Институт тонких химических технологий)На правах рукописиСебякин Алексей ЮрьевичОСОБЕННОСТИ РЕКТИФИКАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯМНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МНОГОФАЗНЫХ СМЕСЕЙОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ05.17.04 – Технология органических веществДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д.т.н., проф. Фролкова А.К.Москва – 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4ГЛАВА 1.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ ИМЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МНОГОФАЗНЫХСМЕСЕЙ .................................................................................................................... 111.1. Правило фаз Гиббса .........................................................................................
111.2. Локальные закономерности структур диаграмм расслаивания .................. 171.3. Нелокальные закономерности диаграмм многофазных систем .................. 221.4. Основные приемы и специальные методы разделения многофазныхмногокомпонентных смесей .................................................................................. 271.5. Постановка задачи исследования ................................................................... 371.6. Выбор методов и объектов исследования ..................................................... 38ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ОБЛАСТИ ТРЕХФАЗНОГОРАССЛАИВАНИЯ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ИЗОПРЕН –ТРИМЕТИЛЭТИЛЕН – АЦЕТОНИТРИЛ – ВОДА ..............................................
402.1. Математическое моделирование фазовых равновесий в системе изопрен –триметилэтилен – ацетонитрил – вода .................................................................. 402.2. Исследование эволюции области трехфазного расслаивания в системеизопрен – триметилэтилен – ацетонитрил – вода ................................................ 452.3. Разработка подхода и алгоритма исследования области равновесия трехжидких фаз в концентрационном тетраэдре ........................................................
532.4. Термодинамико-топологический анализ диаграммы фазового равновесияи синтез принципиальных технологических схем разделения смеси изопрен –триметилэтилен – ацетонитрил – вода .................................................................. 592.5. Модельные системы......................................................................................... 63ГЛАВА 3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ СОСТРУКТУРОЙ ФАЗОВОЙ ДИАГРАММЫ ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНЫХСИСТЕМ ....................................................................................................................
753.1. Математическое моделирование фазовых равновесий вчетырехкомпонентных системах ........................................................................... 7633.2. Термодинамико-топологический анализ структур фазовых диаграмм исинтез принципиальных технологических схем разделения смесей ................. 813.2.1.
Система н – гексан – циклогексан – фурфурол - вода .......................... 833.2.1. Системы н-гептан (н-октан) – циклогексан – фурфурол – вода .......... 853.3. Расчет материальных балансов и оценка энергозатрат на разделение....... 873.3.1. Система н-гексан – циклогексан – фурфурол – вода ............................ 873.3.2.
Системы н-гептан (н-октан) – циклогексан – фурфурол – вода .......... 95ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ ОДНОАТОМНЫХ СПИРТОВС2-С4 ИЗ ВОДНОЙ СМЕСИ ................................................................................. 1054.1. Математическое моделирование фазовых равновесий в системе этанол –пропанол – бутанол – вода ................................................................................... 1054.2.
Термодинамико-топологический анализ диаграммы фазового равновесиясистемы и синтез принципиальных технологических схем разделения смесиэтанол – пропанол – бутанол – вода .................................................................... 109ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 133СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .......................... 135СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...............................................
137ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .................................................................................................... 159ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .................................................................................................... 164ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ....................................................................................................
175ПРИЛОЖЕНИЕ 4 .................................................................................................... 1844ВВЕДЕНИЕАктуальность работыКак известно, основным термодинамическим ограничением, накладываемым на процесс ректификационного разделения жидких смесей, являетсяазеотропия. Разделение таких смесей возможно в комплексах, сочетающих наразных этапах ректификацию и самопроизвольное расслаивание. Использование явления расслаивания в ряде случаев позволяет упростить технологическую схему, снизить капитальные и энергетические затраты на разделение.
Приэтом принципиальным является взаимное расположение в структуре диаграммы фазового равновесия симплексов расслаивания различной размерности исепаратрических многообразий, что обеспечивает реализацию принципа перераспределения полей концентраций между областями ректификации. Явлениерасслаивания используется и при разделении гомоазеотропных смесей, когда всистему вводится специально подобранное вещество, приводящее к образованию гетероазеотропа с минимальной температурой кипения (гетероазеотропнаяректификация).
В литературе эти приемы обсуждаются в основном на примерахразделения бинарных и тройных смесей. В то же время в технологиях органических веществ в большинстве случаев встречаются многокомпонентные многофазные системы и совершенствование методов их разделения является актуальной задачей.Целью диссертационного исследования является выявление особенностей ректификационного разделения смесей органических веществ, характеризующихся ограниченной взаимной растворимостью, на основе особенностейформирования структур диаграмм фазовых равновесий многокомпонентныхмногофазных систем.Для достижения поставленной цели требуется решить ряд задач:1.Проанализировать научно-техническую информацию, посвящен-ную исследованию структур фазовых диаграмм многокомпонентных смесей испособов их разделения.52.На основе экспериментальных данных получить математическуюмодель, описывающую равновесие жидкость-пар и равновесия разного числажидких фаз четырехкомпонентных систем.3.Разработать методику и алгоритм исследования эволюции областиравновесия трех жидких фаз в концентрационном симплексе четырехкомпонентных систем.4.Установить влияние структуры фазовой диаграммы (взаимное рас-положение сепаратрис и областей двух- и трехфазного расслаивания) на структуру схемы, базирующейся на сочетании ректификации и расслаивания.5.
Провести расчет материальных балансов, подбор режимных параметровработы колонн, энергетическую оценку схем разделения четырехкомпонентныхсмесей.6. Исследовать возможности гетероазеотропной ректификации и разработать рекомендации по выбору разделяющих агентов.Работа выполнялась в рамках грантов РФФИ №14-03-00523 «Термодинамико-геометрические исследования диаграмм фазового равновесия жидкостьжидкость-пар многокомпонентных систем и прогнозирование результатов разделения азеотропных смесей на их основе» и РНФ № 16-19-10632 «Совершенствование и разработка технологий получения ценных органических продуктовна основе комплексного исследования реакционных и разделительных процессов»; государственного задания Минобрнауки РФ № 2014/114 «Новые подходык созданию энергосберегающих массообменных процессов» (код проекта 2065).Научная новизна1.
Предложен новый подход и алгоритм исследования области равновесия трех жидких фаз в концентрационном тетраэдре, основанные на формулетопологического инварианта области расслаивания и математического понятияцентроид.2. В вычислительном эксперименте для восьми систем разных классов(4.5.2.0, 4.3.0.0, 4.4.1.0, 4.6.4.1) подтверждены два вида эволюции, приводящие6к формированию в тетраэдре: 1) закрытой трехфазной области с переходом еечерез критическую ноду в двухфазную; 2) открытой трехфазной области, которая выходит на различные тройные составляющие тетраэдра.3. Впервые на основе термодинамико-геометрического анализа фазовыхдиаграмм показано влияние взаимного расположения сепаратрических многообразий и областей расслаивания в концентрационном тетраэдре на возможность разделения четырехкомпонентных смесей (при приемлемых технологических параметрах: эффективность колонны; соотношение количеств продуктовых потоков D/W; флегмовые числа, суммарные энергозатраты).4.
Выявлены новые структуры принципиальных схем разделения («комплекс в комплексе»), которые представляют комбинацию двух комплексов,жестко связанных особенностями равновесия двух или трех жидких фаз.Практическая значимость1. Полученные параметры уравнения NRTL, удовлетворительно описывающие фазовые равновесия разного вида, результаты математического моделирования фазового поведения четырехкомпонентных систем и статические параметры работы колонн предложенных схем разделения смесей, имеющих втом числе промышленное значение, могут быть использованы на этапе НИОКРпри модернизации действующих производств и разработки новых технологийразделения.2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
