Введение к работе
Актуальность работы
Выделение целевых продуктов из многокомпонентных реакционных смесей, очистка веществ, регенерация растворителей становятся весьма сложными задачами, когда речь идет об азеотропных системах. Большинство смесей органического синтеза являются моноазеотропны-ми, то есть характеризуются наличием одного азеотропа на одном элементе концентрационного симплекса. Однако последний может содержать два или три азеотропа соответственно, тогда речь ведут о би- и триазеотропных системах, интерес к исследованию которых в настоящее время возрастает. Явление би- и триазеотропии, также как и моно-азеотропии, делает практически невозможным использование обычной ректификации для разделения таких смесей. Поэтому актуален поиск принципиально иного способа и условий разделения биазеотропных смесей, для чего необходимо исследование особенностей их фазового поведения.
Цель работы: изучение возможности разделения промышленных биазеотропных смесей в присутствии разделяющих агентов (РА) различной летучести.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
описать экспериментальные данные по биазеотропии в бинарных системах;
исследовать эволюцию биазеотропных систем при варьировании давления и при добавлении разделяющих агентов различной летучести;
провести анализ взаимного хода ряда изомногообразий в диаграммах систем эфир - кислота - разделяющий агент;
предложить схемы ректификационного разделения бинарных биа-зеотропных смесей заданного состава;
исследовать закономерности разделения биазеотропных смесей и определить статические параметры работы колонн схем. Научная новизна:
-
Смоделировано парожидкостное равновесие при различных внешних условиях в трех бинарных биазеотропных системах: бутилпро-пионат (БП) - пропионовая кислота (ПК), бутилбутират (ББ) - масляная кислота (МК), изобутилацетат (ИБА) - уксусная кислота (УК), в восьми тройных системах с бинарной биазеотропной составляющей и потенциальным РА: БП-ПК-диметилсульфоксид (ДМСО), БП-ПК-ацетофенон (АФ), БП-ПК-окись мезитила (ОМ), ББ-МК-АФ, ББ-МК-ОМ, ИБА-УК-АФ, ИБА-УК-метилэтилкетон (МЭК), ИБА-УК-ацетон (А).
-
Проведен анализ хода в концентрационном симплексе различных изомногообразий: линий равенства единице коэффициентов относительной летучести (единичных а-линий), псевдоидеальных линий, изотермо-изобар Банкрофта, на основе чего осуществлен выбор благоприятных для реализации ЭР (РЭР) структур производных диаграмм.
-
Показана необходимость количественного построения и анализа диаграмм а-линий в системе бинарная биазеотропная смесь - разделяющий агент для всех пар компонентов. Выявлены диаграммы с нетривиальным ходом изолиний относительной летучести, которые являются проекциями а-поверхности, характеризующейся наличием экстремумов разного типа (минимум, максимум, минимакс), и показана их роль в определении расхода РА и формировании качества продуктовых потоков.
Практическая значимость работы:
1. Получены параметры математических моделей фазового равновесия и полный массив данных по парожидкостному равновесию
(ПЖР) для бинарных биазеотропных систем и систем, образованных исходной смесью и разделяющим агентом, необходимые для изучения возможности разделения исходной смеси и расчета процесса ректификации.
-
Показана принципиальная возможность разделения биазеотропных смесей бутилпропионат - пропионовая кислота, бутилбутират -масляная кислота, изобутилацетат - уксусная кислота экстрактивной (ЭР) и реэкстрактивной (РЭР) ректификацией.
-
Предложены принципиальные технологические схемы полного разделения промышленных биазеотропных смесей БП-ПК, ББ-МК и смеси ИБА-УК реэкстрактивной ректификацией, представляющие собой комплекс, состоящий из двух колонн РЭР и колонны регенерации разделяющего агента обычной ректификацией.
Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и тезисы 5 докладов на международных научно-технических конференциях.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 08-03-00976а, № 11-03-00295а), проекта №2.1.2/6880 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы».
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Работа представлена на 217 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 78 таблиц. Библиография включает 130 наименований.
