01 июля 2017г.
На стадии предпроектной разработки технологической схемы разделения необходима исчерпывающая информация о структуре диаграммы фазового равновесия (СДФР) разделяемой смеси. Азеотропия играет значительную роль в процессе ректификации, так как накладывает термодинамические ограничения на возможность выделения чистых компонентов из смеси [1]. Явление биазеотропии, т.е., наличие двух азеотропных точек на одном элементе концентрационного симплекса, значительно усложняет структуру диаграммы парожидкостного равновесия (ПЖР). Таким образом, исследования в области разделения смесей необходимо начинать с изучения физико-химических свойств самой смеси. Биазеотропия в системе может возникнуть двумя способами: через стадию образования внутреннего тангенциального азеотропа (ВТА) и через стадию образования граничных тангенциальных азеотропов (ГТА) [2]. Такие преобразования топологической структуры возможны при варьировании внешних условий. Структуры, которые существуют в широком диапазоне изменения внешних условий, называются грубыми. Преобразование структуры диаграммы ПЖР осуществляется путем образования и исчезновения особых точек, а именно тангенциальных азеотропов, являющихся неустойчивыми особыми точками, соответствующими тонкой структуре [3]. Настоящая работа посвящена изучению взаимных переходов структур диаграмм парожидкостного равновесия зеотропных, моно- и биазеотропных трехкомпонентных смесей на примере системы, относящейся к классу 3.[2.0.0].0-2a по классификации [4] (рис. 1, 2).
В начале эволюции СДФР температуры кипения чистых компонентов образуют ряд T1 С целью иллюстрации эволюции структур диаграмм ПЖР, представленной на рисунках 1 и 2, с использованием современного программного обеспечения «Aspen Plus®V8.0» нами проведено математическое моделирование парожидкостного равновесия при варьировании давления в трехкомпонентных системах метилэтилкетон (МЭК) - перфторбензол (ПФБ) - диметилсульфоксид (ДМСО) и
метилэтилкетон - изобутилацетат (ИБА) - уксусная кислота (УК) с использованием модели Wilson (МЭК - ПФБ - ДМСО) и модели NRTL-HOC (МЭК-ИБА-УК). На основе псевдоэкспериментальных и экспериментальных данных проведена собственная оценка параметров моделей. Выбран тот набор параметров, с использованием
которого ПЖР в бинарных составляющих описывается в широком
диапазоне давлений (300-760 мм рт. ст.) с наименьшими погрешностями (меньше 3 %). На основе полученных в вычислительном эксперименте полных данных о ПЖР в исследуемых трехкомпонентных системах (рассчитано около 1500 точек исходных составов) построены структуры диаграмм дистилляционных линий и определены их классы.
Выявлено, что
эволюция СДФР трехкомпонентных систем МЭК – ПФБ – ДМСО и МЭК – ИБА – УК соответствует представленной на рисунках 3 и 4.
Таким образом, нами проведен анализ взаимных переходов структур диаграмм ПЖР трехкомпонентных систем, содержащих зеотропные, моно- и биазеотропные бинарные составляющие, результаты которого наглядно продемонстрированы на примере реальных систем, в том числе, имеющих промышленное значение.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований (проект № 15-03-05291-а).
Список литературы
1.
Тимофеев B.C., Серафимов Л.А., Тимошенко A.B. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: учебное пособие для вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2010. 408 с.
2.
Челюскина Т.В., Серафимов Л. А. Закономерности поведения биазеотропных систем: учебное пособие. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2003. 44 с.
3.
Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.: Химия, 1975. 240 с.
4.
Серафимов Л.А., Челюскина T.B. Принципы классификации диаграмм различных типов биазеотропных тройных смесей // Журнал физической химии. 2011. Т. 85, № 5. С. 854-863.
5.
Кушнер Т.М., Никитский А.В., Серафимов Л.А. Точки Банкрофта различного рода в тройных системах // Теоретические основы химической технологии. 1998. Т. 32, № 1.
С.
33-41.
6.
Шутова Г.В. Физико-химические закономерности биазеотропии в бинарных системах. Дис. . канд. хим. наук. М.: МИТХТ, 1992, 193 с.
