автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.04, диссертация на тему:Закономерности эволюции тройных азеотропов при изменении внешних параметров как основа разделения тройных смесей

ВЫВОДЫ

1. Разработана теория эволюции тройных азеотропов при изменении давления (температуры).

2. Установлены основные типы эволюции тройных азеотропов и сформулированы необходимые и достаточные условия их реализации.

3. Показано, что в тройных смесях возможны точки Банкрофта различного рода, которые определяют тип эволюции тройного азеотропа.

4. На диаграммах паро-жидкостного равновесия выделены еще два вида замечательных линий - псевдоидеальные линии и единичные линии коэффициентов активности, которые являются границами для тройных азеотропов в ходе эволюции последних.

5. Исследованы локальные и нелокальные закономерности эволюции тройных азеотропов.

6. Все установленные типы и закономерности эволюции тройных азеотропов проиллюстрированы на примере ряда тройных смесей, для которых методом математического моделирования рассчитаны паро-жидкостное равновесие и азеотропия в широком диапазоне давлений.

7. Для каждого из 15-ти типов диаграмм дистилляционных линий в тройных системах с одним тройным азеотропом выявлены возможные типы эволюции, условия их реализации и концентрационные области расположения тройных азеотропов при изменении давления (температуры).

8. На примере тройных систем класса 3.3.1, тип 4 и класса 3.3.1, тип 2 показано, что учет типа эволюции тройного азеотропа является необходимым условием оценки работоспособности разделительного комплекса с использованием варьирования давления, выбора рабочих давлений в колоннах комплекса и последовательности выделения компонентов.

182

1. Тимофеев B.C., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1992. - 432 с.

2. Гуриков Ю.В. Некоторые вопросы структуры диаграмм фазового равновесия жидкость-пар тройных гомогенных систем // Журн. физ. химии. -1958. -Т.32, №9. -с. 1980.

3. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.: Химия, 1975. 240 с.

4. Серафимов Л.А., Гольберг Ю.Е., Кива В.Н., Витман Т.А. // Основные свойства единичных а-многообразий и их расположение в концентрационных пространствах / Труды Ивановского энерг. ин-та. Секц. химия. 1972. -с 166-179.

5. Свентославский В.В. Азеотропия и полиазеотропия. М.: Химия, 1968. -244 с.

6. Сторонкин A.B. Термодинамика гетерогенных систем. Л.: Изд-во ЛГУ, 1967. -488 с.

7. Сторонкин А.В, Морачевский А.Г. К вопросу о зависимости между изменениями температуры, давления и состава азеотропов II Журн. физ. химии. -1957. -Т.31, № I. -с.42.

8. Раева В.М., Фролкова А.К., Серафимов Л.А. Изменение составов бинарных азеотропов при варьировании внешних условий // Теор. осн. хим. техн. -1996. -Т.30, №1.-с.27-33.

9. Шутова Г.В. Физико-химические закономерности биазеотропии в бинарных системах. Дисс. . канд. хим. наук. М.: МИТХТ, 1992. -256 с.

10. Физико-химические основы и теоретические принципы синтеза технологических схем органических производств. / Отчет по научно-исследовательской работе. № гос. регистрации 0191005094, инв. № 02940002764. -М.: 1997.183

11. Bylewski Т. О przebiegy izobar u ukladzie alkohol izobutylowy-woda // Rocz-niki Chem. -1932. -T.12. -c.311.

12. Хазанова H.E. Системы с азеотропизмом при высоких давлениях. М.: Химия, 1978. 216 с.

13. Сторонкин А.В, Морачевский А.Г. О применимости первого закона Коновалова к тройным системам раствор-пар. // Журн. физ. химии. -1955. -Т.29, №12. -с.2194-2203.

14. Сторонкин А.В, Морачевский А.Г. О влиянии температуры и давления на состав тройных азеотропов //Журн. физ. химии. -1957. -Т.31, №2. -с.395-402.

15. Морачевский А.Г., Комарова Е.Г. Исследование равновесия раствор-пар в системе бензол-циклогексан-метиловый спирт. // Вестн. ЛГУ. -1957. № 4. -с.81-88.

16. Haase R. Termodynamik der Mischphasen. Berlin: Springer, 1956. -598 s.

17. Haase R. Yerdampfungsgleichgewichte von Mehrstoffmischen. 7. Mitt. Ternare azeotrope Punkte. //z. phus. Chem. -1950. -Bd.195. -c.362-385.

18. Malesinski W. Azeotropy and other Theoretical Problems of Vapour-Liquid Equilibrium. Interscience Publishers Inc. N.-Y. 1965. -222 p.

19. Hollo J., Lengyel T. Vapour-Liquid Equilibrium of the System Toluene-Pyridine-1 -Butanol. //Ind. Eng. Chem. -1959. -V.51. No8. -p.957-960.

20. Horvath P.J. Graphical Prediction of Ternary Azeotropes. // J. Chem. Eng. -1961. -V.68. No 6. -p. 159-164.184

21. Мариничев А.Н., Виниченко И.Г. О возможности исследования азеотроп-ных свойств тройных систем с помощью методов расчета изотермического равновесия жидкость-пар //Журн. прикл. химии. -1969. -Т.43, №3. -с.558-563.

22. Raju B.N., Rao M.N. A method for the accurate prediction of binary and ternary azeotropes at atmospheric pressure // Ind. Eng. Chem. -1966. -Y.58. No 2. -p.21-27.

23. Eduljee G.H., Tiwari K.K. Prediction of ternary azeotropes // Chem. Eng. Sci. -1979. -V.34. No 7. -p.929-932.

24. Wilson G.M. A new expression of the exess free energy of mixing // J. Am. Chem. Soc. -1964. -У.86. No 2. -p. 127-130.

25. Renon H., Praustniz J.M. Local compositions in termodynamic exess funk-zions for liquid mixtures // AIChE J. -1968. -Y.14. No 1. -p. 135-144.

26. Abrams D.S., Praustniz J.M. Statistical thermodynamics of liquid mixtures. A new expression for the exess Gibbs energy of partly and completely miscible systems //AIChE J. -1975. -V.21. No 1. -p. 116-126.

27. Nicolaides G.L., Eckert C.A. Optimal representation of binary liquid mixture nonidealities // Ind. Eng. Chem. Fundament. -1978. -У.17. No 4. -p.331-340.

28. Рид P., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.-592 с.

29. Morachevski A., Pukinski J. Modelling of the phase equilibria in mishible systems from binary parameters // Ind. Eng. Chem. Process. -1970. -Y.9. No 3. -p.466-472.

30. Eckert C.A., Tomas E.K., Jonston K.P. Nonelekrolyte solutions // State of the art rewiew. Proc. 2 nd International Conf. on Phase Equilibria and Fluid Properties in the Chemical Indastry. West Berlin, March 1980. DEHEMA.

31. Skjold-Jorgensen S., Colbe В., Cmehling J., Rasmussen P. Vapor-Liquid Equibria by UNIFAC Group Contribution. Revision and Extention // Ind. Eng. Chem. Process. -1979. -V.18. No 4. -p.714-722.

32. Tamir A., Wisniak I. Correlations and Prediction of Boiling Temperatures and Azeotropie Conditions in Multicomponent Systems // Chem. Eng. Sei. -1978. -V.33. No4. -p.657-672.

33. Комарова Л.Ф. Серафимов JI.A. Гольбер Ю.Н. Классификация диаграмм трехкомопнентных смесей, включающих биазеотропные составляющие // Жури. физ. химии. -1974. -Т.48, №6. -с. 1391-1393.

34. Prausniz J.M., Anderson T.F., Grens Е.А., Eckert C.A., Hsien R., O'Connell J.P. Computer calculations for multikomponent vapor-liquid and liquid-liquid equilibria. N.-Y.: Englewood Cliffs, Prentice-Hall, 1980. 353 p.

35. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии. М.: Мир, 1989. -360 с.

36. Винокурова Л.М., Войлок Л.П., Тациевская Г.И., Кушнер Т.М. Исследование азеотропии в серии гомологичных систем этиленгликоль-спирт-углеводород при пониженных давлениях // Журн. физ. химии. -1986. -Т.60, №12. -с.2982-2986.

37. Софронова О.Н. Закономерности в рядах и сериях бинарных азеотропов, образованных продуктами органического синтеза. Дисс. . канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1985. -170 с.

38. Кудрявцева Л.С. Термодинамические свойства систем, содержащих нормальные алкены и алкины и их расчет. Дисс. докт. хим. наук. Таллин: Институт химии, 1984. -370 с.

39. Баженова Е.Е. Получение полных моделей равновесия в промышленных смесях для широкого диапазона давлений. Дисс. . канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1982. -261 с.

40. Шульга Г.Е. Термодинамико-топологический анализ структур диаграмм многокомпонентных азеотропных смесей и синтез технологических схем ректификации с помощью ЭВМ. Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1982. -23 с.

41. Баженова Е.Е., Гузаева Т.В., Костикова Л.В. Методика получения полной модели фазового равновесия в САПР технологических схем ректификации186

42. Тезисы докл. У Всесоюзн. конференции по теории и практике ректификации. Северодонецк, 1984. -с.45-47.

43. Сусарев М.П., Тойкка A.M. О составах и температурных смещениях тройных азеотропов. XIII. Величины азеотропных параметров, допускаемые условиями устойчивости // Журн. физ. химии. -1974. -Т.48, №11. -с.2680.

44. Сусарев М.П., Тойкка A.M. Составы и температурные смещения тройных азеотропов. XVII. О расположении тройного азеотропа относительно секущих концентрационного треугольника //Журн. физ. химии. -1977. -Т.51, №9. -с.2212-2214.

45. Сусарев М.П., Тойкка A.M. Классификация тройных систем, жидкость-пар по характеру и величине отступлений от идеальности составляющих бинарных//Журн. прикл. химии. -1974. -Т.47, №6. -с. 1289.

46. Тойкка A.M., Сусарев М.П. Ограничения на составы тройных азеотропов по данным о равновесии жидкость-пар в бинарных системах, вытекающие из условий устойчивости. П Вестн. ЛГУ. -1978. № 10. -с.86-91.

47. Сусарев М.П., Тойкка A.M. Составы и температурные смещения тройных азеотропов. XVIII. Расположение изолиний коэффициентов активности и относительных летучестей в окрестности азеотропа // Журн. физ. химии. -1978. -Т.52, №2.-с.317-320.

48. Тойкка A.M., Сусарев М.П. Оценка параметров тройных азеотропов по изобарическим данным о равновесии жидкость-пар в бинарных системах // Журн. физ. химии. -1979. -Т.53, №7. -с. 1761-1764.

49. Тойкка A.M. Термодинамический анализ равновесных свойств гетерогенных систем на основе теории устойчивости. Дисс. . докт. хим. наук. С-Пб: С-ПбГУ, 1995. -311 с.

50. Тойкка A.M. Сусарев М.П. Оценка составов тройных азеотропов по методу, основанному на применении условий устойчивости / В кн.: Вопросы187термодинамики гетерогенных систем и теории поверхностных явлений. -Л: Изд. ЛГУ. -1982. № 6. -с.77-93.

51. Сусарев М.П., Кудрявцева Л.С., Эйзен О.Г. Тройные азеотропные системы. Таллин: Валгус, 1973. -344 с.

52. Bankroft W.D. The phase rule. N.-Y.: Ithaca, 1897. -119 p.

53. Кушнер T.M., Никитский A.B., Серафимов Л.А. Точки Банкрофта различного рода в тройных смесях // Теор. осн. хим. техн. -1998. -Т.32, № 1. -с.33-41.

54. Морачевский А.Г., Смирнова H.A., Пиотровская Е.М. Термодинамика равновесия жидкость-пар. Л.: Химия, 1989. -344 с.

55. Серафимов Л.А. Правило азеотропии и классификация многокомпонентных смесей //Журн. физ. химии. -1970. -Т.44, №4. -с. 1021.

56. Готлиб В.А., Блях Г.И., Воробьева И.П. и др. Таблицы расчетных параметров точек Банкрофта. Горький: ЦНИЛХИ, 1986. -174 с.

57. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропные смеси. Л.: Химия, 1971. -848 с.

58. Никитский А. В., Кушнер Т.М., Серафимов Л.А. Диаграммы избыточного термодинамического потенциала Гиббса в тройных смесях // Журн. физ. химии. -1998. -Т.72, №12. -с.2138-2143.

59. Коган В.Б. Фридман В.М. Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Справочное пособие. М.-Л.: Наука, 1966. -642 с.

60. Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Раева В.М. Термодинамический анализ полного пространства избыточных функций смешения бинарных растворов // Тор. осн. хим. техн. -1996. -Т.30, №6. -с.611-617.

61. Нисельсон Л.А., Астахова Г.В. О равновесии жидкость-пар в системе сера-фосфор, имеющей три экстремальные точки // Доклады Академии наук СССР. -1970. -Т. 192, №6. -с. 1311-1312.

62. Сусарев М.П., Тойкка A.M. Равновесие жидкость-пар в системе толуол-диоксан-изобутиловый спирт при 80 и 100 °С // Журн. прикл. химии. -1973. -Т.46, №11. -С.2451-2464.188

63. Hirata M., Ohe S., Nagahama K. Computer Aided Data Book of Vapor-Liquid Equilibria. Tokio-Amsterdam-Oxford-N.Y.: Kodanska Limited Elsevier Sei. Publ. -1978.

64. Стэлл Д.Р. Таблицы давления паров индивидуальных веществ. М.: Иностранная литература, 1949. -72 с.

65. Вайсбергер А., Поскауер Э, Риддик Дж., Тупс Э. Органические растворители. М.: Иностранная литература, 1958. -520 с.

66. Серафимов Л.А. Теоретические принципы построения технологических схем ректификации неидеальных многокомпонентных смесей. Дисс. . докт. техн. наук. М: МИТХТ, 1968.

67. Раева В.М. Особенности поведения азеотропных смесей и их разделение при варьировании давления. Дисс. . канд. техн. наук. М: МИТХТ, 1998. 168 с.

68. Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Павленко Т.Г. Определение условий существования стационарных режимов работы комплексов с рециклами для разделения тройных смесей // Теор. осн. хим. техн. -1992. -Т.26, №2. -с.281-286.

69. Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Павленко Т.Г. Влияние структуры диаграммы фазового равновесия и состава исходной смеси на работоспособность комплексов разделения с рециклами // Теор. осн. хим. техн. -1992. -Т.26, №3. -с.425-428.

70. Раева В.М., Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей с использованием комплексов, основанное на варьировании давления // Росс. хим. журн. -1998. -Т.42, №6. -с.76-86.189