Автореферат (1091384)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

2Общая характеристика работыАктуальность работы. Разделение смесей на отдельные компоненты иливыделение и очистка целевого компонента из смеси является одной из основныхтехнологических операций в производствах химической, фармацевтической и другихродственных отраслях промышленности. Жидкостная экстракция и жидкостнаяхроматография занимают заметное место в ряду этих процессов. Жидкостнаяэкстракция применяется в технологии основного органического синтеза (например впроизводстве капролактама), в гидрометаллургии, нефтехимии, при переработкеотработанного ядерного топлива и в ряде других химических технологий. Жидкостнаяхроматография кроме применения в аналитических целях в последнее время все болеешироко используется в промышленных масштабах для выделения и очистки продуктовв биотехнологии и при производстве лекарственных препаратов.

В отличии от методовклассической хроматографии в жидкостной хроматографии без твердого носителя такназываемая неподвижная фаза является подвижной, поскольку она не закреплена нанеподвижном твердом носителе, а удерживается в хроматографическом устройстве всвободном (подвижном) состоянии с помощью центробежных сил или сил вязкости иповерхностногонатяжения.Посвоейприродетакиепроцессыжидкостнойхроматографии близки к процессам жидкостной экстракции. В основе обоих процессовразделения лежит разное распределение компонентов жидкой смеси между двумяфазами.

Основным отличием хроматографии от жидкостной экстракции является то,что хроматографические процессы, как правило, проводятся в периодическом,нестационарном режиме, а процессы жидкостной экстракции – в непрерывномстационарном режиме; хроматографические методы позволяют разделить в однойтехнологической операции многокомпонентные смеси, а процессы жидкостнойэкстракции обычно обеспечивают разделение только бинарных смесей в течение однойоперации.

Благодаря подвижности обеих фаз в процессах жидкостной хроматографиибез твердого носителя появляется возможность создания новых более эффективныхпротивоточных экстракционно-хроматографических методов разделения, сочетающихпреимуществапроцессовхроматографииипротивоточнойэкстракции.Дляпрактической реализации новых методов необходимо разработать их теоретическиеосновы.3Цель работы: разработка теоретических основ противоточно-циклическихэкстракционно-хроматографических процессов разделения жидких смесей.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1) Разработка и анализ математических моделей для различных условийпроведения процесса разделения:•при кратковременной (импульсной), долговременной и периодической подачеразделяемой смеси в экстракционно-хроматографическое устройство;•при подаче разделяемой смеси с одним из потоков фаз в экстракционно-хроматографическое устройство и при подаче разделяемой смеси отельным потоком всреднюю часть экстракционно-хроматографической установки.2) Экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей налабораторной установке, работающей в противоточно-циклическом режиме контактафаз.Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использованыфундаментальные положения теории жидкостной экстракции и классической теориихроматографии; экспериментальные методы жидкостной экстракции и жидкостьжидкостной хроматографии; методы математического моделирования.Научная новизна. В работе получен ряд важных, принципиально новых научныхрезультатов:1. Разработана математическая модель нового метода экстракционного разделениясмеси компонентов в противоточно-циклическом режиме с постоянной и переменнойпродолжительностьюполупериодовдвиженияфаз:полученыаналитическиезависимости для моделирования и расчёта процесса для условий импульсной подачисмеси, и условий, когда смесь в течении определенного времени подается с потокомодной из фаз в первом цикле процесса.

Сопоставлением эксперимента и теорииустановлено хорошее согласие между ними.2. Проведенанализматематическоймоделиэкстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в противоточно-циклическомрежиме при периодической подаче смеси в течении определенного времени с потокомодной из фаз в каждом цикле процесса. Теоретически и экспериментально показано,что такой режим обеспечивает не только повышение производительности, но иселективности процесса разделения.43. Разработана математическая модель экстракционно-хроматографическогоразделения смеси компонентов в противоточно-циклическом режиме при импульсной ипротяженнойвовремениподачесмесивсреднюючастьэкстракционно-хроматографической установки: проведен анализ модели, получены аналитическиезависимости для моделирования и расчета процесса.

Экспериментально подтвержденаадекватность математической моделиреальному процессу разделения смесейфармацевтических продуктов.4. На основепроведенияновых экспериментальных данных подтверждена возможностьпроцессовэкстракционно-хроматографическогоразделениясмесикомпонентов в противоточно-циклическом режиме на многоколоночной установке симпульсной подачей потоков фаз.Практическая значимость работы.1.

Предложен новый метод разделения смесей компонентов в противоточноциклическом режиме с регулируемой продолжительностью циклов, позволяющийзначительно повысить эффективность работы экстракционных установок. Разработанапрограмма для компьютерного моделирования и расчета таких процессов разделения.2. Показанавозможностьработымногоколоночныхэкстракционно-хроматографических установок в противоточно-циклическом режиме контакта фаз, чтомногократно повышает эффективность разделения компонентов смесей.Работа выполнялась в рамках гранта РФФИ (проект № 15-03-02940 «Разработка иисследованиевысокоэффективныхпротивоточно-циклическихпроцессовмногоступенчатой экстракции»), молодежного гранта РФФИ (проект №12-03-31398мол_а) и программы фундаментальных исследований Президиума РАН №9 (проект«Разработка новых методов циклической жидкость-жидкостной хроматографии»).Положения, выносимые на защиту- Математическая модель нового метода экстракционного разделения смесикомпонентов в противоточно-циклическом режиме с постоянной и переменнойпродолжительностью полупериодов движения фаз- Результаты теоретических и экспериментальных исследований процессовразделениясмесикомпонентоввпротивоточно-циклическомрежимеприпериодической подаче смеси в течении определенного времени с потоком одной из фазв каждом цикле процесса5- Математическая модель экстракционно-хроматографического разделения смесикомпонентов в противоточно-циклическом режиме при подаче смеси в среднюю частьэкстракционно-хроматографической установкиАпробация работы.

Основные положения и результаты работы доложены иобсуждены на следующих Российских и международных конференциях:7thInternational symposium on countercurrent cromatography (г. Гуанчжоу, 6-8 августа 2012 г.Китай); Новые подходы в химической технологии минерального сырья. Применениеэкстракции и сорбции» (г. Санкт-Петербург, 3–6 июня 2013 г.); III Международнойконференции по химии и химической технологии (г.

Ереван, 16–20 сентября 2013 г.);Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в томчисле 3 статьи в журналах, включенных в глобальные индексы цитирования Scopus иWeb of Science, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, тезисы 3-х докладов наРоссийских и международных научных конференциях, патент РФ.Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на106 страницах, содержит 32 рисунка, 4 таблицы и библиографию из 161 наименования.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цельработы и задачи исследования.В первой главе приведен литературный обзор, посвященный циклическимпроцессам противоточной жидкостной экстракции и методам и аппаратуре жидкостнойхроматографиясосвободнойнеподвижнойфазой.Освещеныпринципыпротивоточных циклических процессов жидкостной хроматографии со свободнойнеподвижной фазой.Вторая глава посвящена разработке и исследованию процессов разделениясмесейкомпонентоввпротивоточно-циклическомрежимеспеременнойпродолжительностью циклов.

Для реализации таких процессов и выбора оптимальныхусловий для конкретных задач разделения жидких смесей необходимо иметь ихматематическое описание. Для этого в работе использована модифицированная модельравновесных ступеней,учитывающая влияние продольного перемешивания имассообмена на процесс разделения. Рассмотрено два режима подачи в аппаратразделяемой смеси: 1) кратковременный (импульсный) ввод смеси и 2) длительный6ввод смеси, когда подлежащая разделению смесь компонентов вводится с одной из фазв течении определенного времени, не превышающего продолжительность стадиидвижения этой фазы в начальном цикле процесса.

На рис. 1 показана схема моделипроцесса, каждый цикл которого состоит из двух стадий: стадия движения потокалегкой фазы (FU ) и стадия движения потока тяжелой фазы (FL ). (Результаты полученыи опубликованы совместно с А.Е. Костаняном и О.Н.Шишиловым [3, 5]).QFUFLПервый циклCтадия движения легкой фазы: продолжительность – τ1U012kk-1k+1nFUCтадия движения тяжелой фазы: продолжительность – τ1L012kk-1k+1nFLЦикл j: j=2,3,…….Cтадия движения легкой фазы: продолжительность – τjUFUFL012kk-1k+1nFUCтадия движения тяжелой фазы: продолжительность – τjL012kk-1k+1nFLРис. 1. Схема модели противоточно-циклического режима с переменнойпродолжительностью циклов.Для условий, когда компонент в виде импульса подается в начало системыпоследовательно соединенных равновесных ступеней (в ступень с номером ноль),математическая модель процесса (согласно рис. 1) представлена следующей системойуравнений в безразмерных переменных:Стадия движения потока легкой фазы1 dX 0 X0a dt(1)1 dX k X k 1  X k ; k = 1, 2, .

. , na dtСтадия движения потока тяжелой фазы1 dYk Yk 1  Yk ;aK D dtk = 0,1, 2, . . , n-1(2)71 dYn YnaK D dtНачальные условия:t  0 : X (0,0) N a ; X (k ,0)  0 k=1,2,……n1  S  SK Dt  0 : X j (k )  Y j 1 (k , t( j 1) L ) K D ; j = 2,3,4,………t  0 : Y j (k )  X j (k , t jU ) K D ; j =1,2,3,………(3)(4)(5)В уравнениях (1) – (5) приняты следующие обозначения:t jU   jU FU V –продолжительность стадии движения потока легкой фазы вцикле j в безразмерных единицах времени.t jL   jL FL V – продолжительность стадии движения потока тяжелой фазы вцикле j в безразмерных единицах времени.tFU – безразмерное время в полупериоде движения легкой фазы;tFLVX V– то же в полупериоде движения тяжелой фазы;yx, Y  – безразмерные концентрации компонента в фазах;xxxQ– средняя концентрация в аппарате;VaNVLV; S L;1  S  SK DVL  VU VV = VU + VL – общий объем, занимаемый фазами в аппарате.Для упрощения математических выкладок принято, что каждый цикл процессаначинается со времени=0, (t=0).Решением уравнений модели получены расчётные зависимости для выходныхпрофилей концентрации в фазах для отдельных циклов процесса.Стадия движения потока легкой фазы (первая стадия)1 – ый цикл:8выходной профиль концентраций:X1 (t ) x1 (n, ) a n1 nt exp( at )xn!(6)Распределение концентраций в аппарате после первой стадии первого циклаx1 (k , 1U ) a k 1 kX 1 (k , t1U ) t1U exp( at 1U )xk!; k = 0,1, 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.

Список файлов диссертации