Введение к работе
Актуальность проблемы
Процессы разделения занимают одно из важнейших мест в современных химических производствах. Основной проблемой является разделение смесей с малой относительной летучестью или содержащих азеотропы. В таком случае необходимо применение специальных методов разделения (экстрактивная, солевая, азеотропная ректификации; ректификация под разными давлениями). Одним из эффективных методов разделения сложных многокомпонентных смесей является экстрактивная ректификация (ЭР). Исследование физико-химических закономерностей этого процесса является актуальной теоретической и практической задачей.
Цель работы - дальнейшее развитие теории ЭР сложных двухфазных многокомпонентных азеотропных систем с одним тяжелокипящим агентом.
Достижение поставленной цели связано с решением ряда конкретных задач:
исследование взаимосвязи векторного поля нод и скалярного поля равновесных температур для двухфазных многокомпонентных азеотропных систем на примере трех- и четырехкомпонентных смесей;
качественный анализ взаимного хода особых многообразий скалярного поля равновесных температур и единичных ос-многообразий в случае ЭР азеотропных двухкомпонентных двухфазных систем с одним тяжелокипящим агентом;
разработка методики выбора эффективного экстрактивного агента (ЭА).
Научная новизна
В работе получен ряд важных, принципиально новых теоретических результатов:
Впервые на основе уравнения взаимосвязи векторного поля нод и скалярного поля температур выявлены особые многообразия в фазовых диаграммах азеотропных многокомпонентных двухфазных систем - условные экстремумы температуры. Условные экстремумы температуры или складки на поверхности равновесных температур образуются всякий раз, когда одна (или несколько) составляющих градиента температуры при постоянном давлении равны нулю.
Введено понятие кратности складки на поверхности равновесных температур. Выявлены и подтверждены примерами математического моделирования парожидкостного равновесия различные типы вырождения многообразий складок в концентрационных пространствах.
3. Полученные теоретические результаты взаимного хода многообразий
складок и единичных ос-многообразий в многокомпонентных системах относи
тельно паровой и жидкой фаз подтверждены на примере трех- и четырехкомпо
нентных смесей.
4. В случае ЭР азеотропных двухкомпонентных двухфазных систем с одним тяжелокипящим агентом установлено, что минимум (или максимум) температуры не совпадает с псевдоазеотропом, что свидетельствует о неподчинении закону Гиббса-Коновалова в сечениях фазовой диаграммы с постоянной концентрацией ЭА и впервые объясняет наличие на траектории ЭР экстремума температуры, наблюдаемого в ряде работ по ЭР с нелетучими и относительно малолетучими агентами.
Практическая ценность
Предложена новая методика выбора ЭА на основе качественного анализа взаимного хода особых многообразий в концентрационном симплексе - многообразий складок на поверхности равновесных температур, псевдоидеальных и единичных ос-многообразий. Данная методика позволяет также определить благоприятную область проведения ЭР и определить минимальное количество ЭА, необходимое для разделения исходной смеси на чистые компоненты.
Расположение рабочего сечения относительно складок на температурной поверхности возможно выявит то оптимальное сечение, при работе в котором уменьшатся энергетические затраты по колонне за счет отсутствия экстремума по температуре на траектории ЭР.
Апробация работы и публикации
По материалам диссертации опубликовано пять статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и тезисы шести докладов на международных научно-технических конференциях. Издано учебно-методическое пособие.
Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы № 1Б-1-353 и гранта РФФИ №07-08-00155.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы и приложения. Работа представлена на 149 страницах машинописного текста, содержит приложение на 65 страницах, 82 рисунка, 7 таблиц. Библиография включает 151 наименование.
Похожие диссертации на Особенности диаграмм фазового равновесия жидкость-пар и закономерности экстрактивной ректификации смесей органических веществ
