Введение к работе
Актуальность темы
Процесс перекристаллизации веществ довольно широко применяется в химической и родственной ей областях промышленности для очистки веществ от примесей. Такой процесс чаще всего осуществляют с использованием различных растворителей. Подбор растворителей обычно осуществляется опытным путем исходя из физико-химических свойств очищаемых веществ и используемых растворителей. Однако часто не удается подобрать индивидуальный растворитель, который бы обеспечивал высокую эффективность разделения. В этом случае могут быть использованы бинарные растворители. Изменяя состав таких растворителей, можно регулировать растворимость очищаемых веществ и проводить процесс кристаллизации в удобном интервале изменения температур охлаждения растворов. При использовании бинарных растворителей в ряде случаев можно также достичь снижения энергетических затрат. В тоже время теоретически и экспериментально процесс перекристаллизации с применением бинарных растворителей пока изучен крайне слабо, что, безусловно, затрудняет его более широкое использование при разделении и глубокой очистке веществ от примесей.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР МИТХТ им. М.В. Ломоносова по направлению «Разработка энергоресурсосберегающих массообменных процессов» (НИР 1Б-3-336 от 01.01.2010) и гранта РФФИ 2010-2012 гг. «Разработка процессов разделения и очистки веществ методами фракционной кристаллизации с использованием бинарных и наноэмульсионных растворителей» (НИР 1Б-36-336 от 25.03.2010).
Цель работы
Разработка и исследование процесса перекристаллизации веществ с использованием бинарных растворителей. Выбранные цели потребовали решения следующих задач:
- выявление возможных вариантов проведения рассматриваемого процесса
разделения;
разработка математических моделей для основных вариантов осуществления процесса перекристаллизации веществ с использованием бинарных растворителей;
- анализ влияния различных технологических параметров на ход процесса
разделения;
- оценка области возможного применения рассматриваемых вариантов
перекристаллизации;
- проведение экспериментов и сравнение их результатов с расчетными данными.
Методы исследования:
При выполнении работы были использованы теоретические методы исследования рассматриваемых вариантов процесса перекристаллизации, основанные на совместном рассмотрении уравнений материального и теплового балансов с учетом специфики равновесия трехкомпонентных систем. При проведении экспериментов был использован метод дифференциально-термического анализа. Экспериментальные исследования проводились применительно к выделению неорганических солей из водно-спиртовых растворов.
Научная новизна работы
Разработаны математические модели процесса однократной перекристаллизации трех основных вариантов: с подачей бинарных растворителей на стадию растворения, с раздельной подачей компонентов бинарных растворителей на стадии растворения и кристаллизации, а также процесса перекристаллизации с промывкой кристаллической фазы.
Получены все необходимые зависимости для расчета состава и выхода продуктов разделения, подводимых и отводимых тепловых потоков, а также зависимости для установления параметров проведения процессов на основных стадиях разделения.
Выполнен анализ влияния различных технологических параметров на ход процесса разделения. При этом установлены параметры, определяющие его эффективность.
В результате проводимых исследований установлены области наиболее рационального использования рассматриваемых вариантов процесса перекристаллизации.
Практическая значимость работы
Полученные теоретические зависимости могут быть применены для расчетов процессов очистки веществ от примесей путем их перекристаллизации с использованием бинарных растворителей и для установления их оптимальных технологических параметров. Даны рекомендации по областям возможного использования различных вариантов перекристаллизации с применением бинарных растворителей.
Апробация работы
Основное содержание работы обсуждалось на следующих конференциях: XII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2008» (г. Волгоград, 2008 г.); Международной
научной конференции «Нестационарные, энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии (НЭРПО-2010)» (г. Москва, 2010 г.); XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (г. Суздаль, 2010 г.); Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании» (г. Иваново, 2010 г.); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2011 г.); IV Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2011» (г. Москва, 2011 г.).
Публикации
Материалы диссертации представлены в 8 печатных работах, в том числе в 1 статье, опубликованной в рецензируемом журнале, а также в материалах 5 научно-технических конференций и Менделеевского съезда.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 176 страницах, включая приложения, содержит 82 рисунка, 12 таблиц и библиографию из 95 наименований.
Похожие диссертации на Перекристаллизация веществ с использованием бинарных растворителей
