ВКР Сотина. Исследование фазовых эффектов и методов разделения азеотропных смесей, утверждена приказом ргу имени С. А. Есенина от 20 г

• Название: Исследование фазовых эффектов и методов разделения азеотропных смесей, утверждена приказом ргу имени С. А. Есенина от 20 г
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 1.21 Mb.
• Имя файла: ВКР Сотина.docx
• Тип: Исследование; #557448
• страница: 16 из 16

Заключение

Явление азеотропии это сложное взаимодействие между молекулами в жидкости, которое базируется на силах сцепления, ассоциации и сольватации. Водородные связи в данном случае играют немало важную роль.

Исследование азеотропизма имеет большое значение как теоретическое, так и практическое значение. Балагодаря азеотропизму возможно получение многих ценных продуктов органического синтеза. Почти половина всех изученных смесей (около 10 000 систем) являются азеотропными, поэтому явление азеотропизма является объектом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. Для получения чистых химических соединений, например, для выделения из нефти бутадиена, изопрена, бензола, циклогексана, толуола и ксилола, требуются более совершенные методы, например, экстракционная или азеотропная ректификация. Для технологии переработки нефти явление азеотропии является актуальным направлением. Часто методом обычной ректификации невозможно получить из нефти химические соединения достаточной степени чистоты, так как образуются азеотропные смеси. А азеотропные смеси устанавливают пределы разделения систем методом обычной ректификации. Можно привести пример: при выделении бензола и толуола образуются азеотропные смеси с некоторыми неароматическими углеводородами, которые кипят при близких температурах. Также азеотропные смеси имеют широкое применение в производстве полимеров и сополимеров.

Азеотропные смеси невозможно разделить методом фракционной перегонки или методом обычной ректификации. Для разделения таких смесей в настоящее время применяют химические методы, перегонку с третьим компонентом либо фракционную перегонку при другом давлении. Самым эффективным методом разделения азеотропных систем можно считать азеотропную ректификацию.

Главными преимуществами метода азеотропной ректификации по отношению к другим методам является: повышение чистоты конечных продуктов за счет исключения загрязнения их азеотропным агентом и обеспечение универсальности способа разделения бинарных азеотропных смесей. Возникает проблема разделения смесей близкокипящих углеводородов в связи с широким развитием химического использования нефти и природного газа. Для этих целей используют методы экстрактивной и азеотропной ректификации. Эта колоссальная проблема остается одной из важнейших областей применения методов азеотропной и экстрактивной ректификации. Также данные методы разделения используются для выделения и очистки разнообразных продуктов органического синтеза. Азеотропная ректификация имеет обширное применение в химической технологии; нефтепереработке; в химической, лесохимической и пищевой промышленности для производства спиртов, кислот, эфиров, азотсодержащих и многих других соединений; а также в смежных областях. С помощью азеотропной и экстрактивной ректификации удалось организовать крупное промышленное производство толуола, выделение бутадиена из смесей углеводородов С₄.

В ходе данного исследования был осуществлен сравнительный анализ

разделения азеотропных систем методом азеотропной ректификации, совмещенный методом разделения. Было выявлено, что технологии совмещенного процесса непосредственно позволяет ускорить степень превращения реагентов до 60-70%, повысить коэффициент извлечения кислот (70-72%), повысить качество извлекаемых компонентов (10-12%), снизить материало-и энергоемкость производства, то есть являются важнейшими факторами создания малоотходных технологий (коэффициент безотходности 85-855), также дает возможность создания высокой концентрации растоврителя в колонне (75-90%), все это позволяет повысить селективность, а также эффективность разделения.

В ходе выполнения дипломной работы были выявлены факторы, влияющие на фазовые эффекты в бинарных азеотропных смесях. К таким параметрам относятся: а) температура - при повышении температуры в азеотропной смеси с минимумом температуры кипения возрастает относительное содержание компонентов с большей, а в азеотропной смеси с максимумом температуры кипения - с меньшей парциальной молярной теплотой испарения;

б) давление - с уменьшением давления содержание компонентов смеси увеличивается;

в) расход разделяющего агента - степень ректификации прямо пропорционально зависит от количества вступающего реагента в процесс;

г) энтропия - линейная зависимость от состава смеси;

д) концентрация - при изменении концентрации смеси значительно сильно меняются значение таких величин как: объем, энтальпия и энтропия газовой смеси;

е) состав фаз.

Термодинамическое поведение систем с азеотропными смесями значительно отличается от поведения простых систем. Это можно объяснить наличием критических точек на диаграммах жидкость - пар в азеотропных системах. Однако эти отличия незначительно влияют на температуру систем вблизи критических точек. Зависимости объема, энтальпии и энтропии газовой смеси от состава при постоянных температуре и давлении (изотермы - изобары) при составе, близком к азеотропу, имеют точки перегиба с вертикальной касательной. Данные величины зависят от концентрации. Критическая фаза азеотропной смеси имеет двойственный характер. Многие ее свойства напоминают свойства критической фазы чистого вещества. Однако, азеотропная фаза - только псевдооднокомпонентная смесь, в действительности это двойной раствор.

Явление азеотропизма имеет популярность, однако его можно отнести к особому состоянию сложных систем. Несмотря на то, что явление азеотропизма было открыто 170 лет назад, эта особенность состояния и термодинамика изучены очень ограниченно и касаются почти исключительно поведения систем с азеотропизмом при низких давлениях. Только проведенные в последние годы исследования двойных систем с азеотропами при высоких давлениях в критической и закритической областях показали, столь необычное их фазово-объемное и термодинамическое поведение. Изучены не только фазовые равновесия, но и объемные соотношения при высоких давлениях для таких систем. Изучение основ термодинамики и развитие ее аппаратов играет важную роль в НТР. Это связано с тем, развитие данной науки основывается на выявление характера термодинамического вещества, находящегося в каком-либо особом, нетривиальном состоянии, одним из которого является азеотропизм.

Список используемой литературы

1. Findley A. The phase rule and its applications, seventh edition. Longmans, green and Co, London, New York, Toronto 1931. Перевод Раковского А.В. ОНТИ 1935г.

2. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г. А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, в 2 книгах, книга 2. Под ред. проф. Айнштейна В.Г. М.: «Химия», 2000. - 1760 с.

3. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. Наука 1976. - 504с.

4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебник / С.А. Ахметов; М.:«Гилем», 2002.

5. Ахметов С.А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С.А. Ахметов, Т. П. Сериков, И.Р. Кузеев; Под редакцией С. А. Ахметова, 2006.

6. Балашов М.И., Тимофеев В.С., Писаренко Ю.А. Совмещенные процессы в химической технологии. М.: «Знание», 1984. - 32 с.

7. Биттрих Г.И., Гайле А.А., Лемпе Д., Проскуряков В.А., Семенов Л.В. Разделение углеводородов с использованием селективных растворителей. М.: «Химия», 1987. - 192с.

8. Вовк Е.А. Получение абсолютного спирта азеотропным методом. Кандидатская диссертация, 1941.

9.Воробьев В.К., Елисеев С.Ю., Врублевский А.В. Практические и самостоятельные работы по химии. - Мн.: УП «Донарит», 2005. - 60 с.

10. Гельперин Н.И. Дистилляция и ректификация. М.: «Госхимиздат», 1947. - 312с.

11. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. М.: «Химия», 1981.

12. Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии, т. 1. Изд. 2-е, исправленное. - М.: «Химия», 1969. - 592 с.

13. Гиббс Д.В. Термодинамика, статистическая механика. М.: «Наука», 1982. - 584с.

14. Даниэльс Ф., Альберти Р. Физическая химия. Пер. со 2-го анг. издания / Под ред. К. В. Топчиевой. М.: «Высшая школа», 1967. - 784 с.

15. Добычин Д. П., Каданер Л. И., Серпинский В. В. и др. Физическая и коллоидная химия: Учеб. пособие для студентов хим. и биол. спец. пед. ин-тов / Под ред. Д. П. Добычин, Л. И. Каданер, В. В. Серпинский и др. - М.: «Просвещение», 1986. - 463 с., ил.

16. Древинг В.П., Калашников П.А. Правило фаз с изложением основ термодинамики. Изд. МГУ 1964. - 456с.

17. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. М.: «Химия», 1995.

18. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е. Е. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фарм. вузов и факультетов / Под ред. К. И. Евстретовой. - М.: Высш. шк., 1990. - 487 с.: ил.

19. Елисеев С.Ю. Бинарные жидкие системы. Учебно-методическое пособие. - Мн.: КИИ МЧС РБ, 2004. - С. 28.

20. Захаров А.М. Диаграммы состояния двойнных и тройных систем. М.: «Металлургия», 1990.

21. Казакова Н. Е., Системы с азеотропизмом при высоких давлениях, М., 1978.

22. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Химия», 1971. - 784с.

23. Кириллин В.А., Шейндлин. Термодинамика растворов. М.: «Госэнергоиздат». 1980. - 288 с.

24. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. - Л.: «Химия», 1971. - 432 с.

25. Коган В.Б. Гетерогенные равновесия. Л.: «Химия», 1968. - 432с.

26. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Научные основы процессов ректификации: В 2 т. Т. 2. Учебное пособие для вузов / Под ред. Л.А. Серафимова. -М.: «Химия», 2004. - 416 с.

27. Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. и др. Физическая химия: Учебник для вузов / Под ред. К.С. Краснова - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: «Высшая школа», 1995. - 512 с., ил.

28. Львов С.В. Рукопись лекций по технологии основного органического синтеза. 1956. - 105 с.

29. Мюнстер А. Химическая термодинамика. Пер. с нем. под ред. Герасимова Я.Ч. М.: «Мир», 1971. - 296 с.

30. Никольский Б.П., Смирнова Н.А., Панов М.Ю. и др. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство: Учебное пособие для вузов / Под ред. акад. Б.П. Никольского. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: «Химия», 1987. - 880 с.

31. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В. Б., Азеотропные смеси. Справочник, Л., 1971.

32. Палатник Л.С., Ландау А.И.. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах. Изд. Харьковского университета 1961г. 407с.

33. Партингтон Д.Р., Раковский А.В. Курс химической термодинамики. Пер. с англ. Герасимова Я.И. Издание второе.1932г. Гос. науч. техн. изд-во. 384с.

34. Петлюк Ф.Б., Серафимов Л.А. Многокомпонентная ректификация. Теория и расчет: М.: «Химия», 1983. Серия «Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии». 304 с.

35. Пригожин И.Р., Дефэй. Химическая термодинамика. Новосиб.: «Наука», 1966. - 510с.

36. Райнз Ф. Диаграммы фазового равновесия в металлургии. пер. с англ. М.: «Металлургиздат», 1960. - 184 с.

37. Серафимов Л.А. Преобразование Лежандра и его роль в химической технологии. //Ученые записки МИТХТ 2001., в. 3. С.4-12

38. Серафимов Л.А., Фролкова А.К. Общие закономерности классификации бинарных жидких растворов в терминах избыточных термодинамических функций. АО Росвузнаука, 1992. - 40с.

39. Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Раева В.М. Термодинамический анализ пространства избыточных функций смешения бинарных растворов.//ТОХТ – 1996. Т. 30, №6. С.611-617.

40. Свентославский В., Азеотропия и полиазеотропия, пер. с англ., М., 1968.

41. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. Изд. ЛГУ. 1967. ч.1 и 2. 448с.

42. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы и технологии основного органического и нефтехимического синтеза. М.: «Высшая школа», 2003. - 536 с.

43. Уэйлес С., Федоров П. И. Фазовые равновесия в химической технологии, пер. с англ., ч. 1-2, M., 1989.

44. Хазанова Н. Е., Соминская Е.Э., Захарова А.В., "Журнал физической химии", 1981, т. 55, № 10, с. 2640-42. Н. Е. Хазанова.

45. Химическая энциклопедия в пяти томах. М: Научное изд. «Большая Российская энциклопедия», 1992.

46. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Изд. 2-е, пер. Л.: «Химия», 1977. - 424 с.

47. http://www.physics.usu.ru

48. http://www.ximicat.com

49. http://www.himi.oglib.ru

50. http://ru.encydia.com