Особенности формирования внутренних сепаратрических многообразий в системах разной физико-химической природы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предельные возможности процесса ректификационного разделения многокомпонентных смесей зависят от особенностей структуры диаграммы равновесия жидкость-пар, в частности от присутствия на диаграмме внутренних разделяющих поверхностей. В настоящей работе исследованы закономерности формирования структуры сепаратрических поверхностей максимальной размерности для систем разной химико-химической природы. Для систем с одноименными отклонениями, когда азеотропы относительно составляющих той же компонентности являются узловыми точками, предложен подход к определению числа седловидных азеотропов первого и (n-2) порядка и соответственно числа внутренних сепаратрических многообразий. Предлагаемый подход проиллюстрирован и подтвержден на примере модельных систем и промышленных смесей. Показана целесообразность использования одного из видов разделения (первое, второе, промежуточное) в зависимости от количества и структуры внутренних сепаратрических поверхностей. Представленные в статье исследования направлены на развитие фундаментальной теории термодинамики гетерогенных систем в части исследования структур фазовых диаграмм и механизмов их формирования с использованием термодинамико-топологического анализа в рамках общей концепции научной школы д.т.н., профессора Леонида Антоновича Серафимова.

Об авторах

А. В. Фролкова

МИРЭА – Российский технологический университет Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Email: frolkova_nastya@mail.ru
Москва, Россия

А. К. Фролкова

МИРЭА – Российский технологический университет Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Email: frolkova_nastya@mail.ru
Москва, Россия

А. Н. Новрузова

МИРЭА – Российский технологический университет Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Автор, ответственный за переписку.
Email: frolkova_nastya@mail.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Жаров В.Т., Серафимов Л.А.Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.: Химия, 1975.
  2. Serafimov L.A.Thermodynamic and topological analysis of heterogeneous equilibrium diagrams of multicomponent mixtures // Russ. J. Phys. Chem. 2002. V. 76. № 8. С. 1211. [Серафимов Л.А. Термодинамико-топологический анализ диаграмм гетерогенного равновесия многокомпонентных смесей // Журн. физ. химии. 2002. Т. 76. № 8. С. 1351.]
  3. Serafimov L.A.State of the art in the thermodynamic and topological analysis of phase diagrams // Theor. Found. Chem. Eng. 2009. V. 43. № 3. С. 268. [Серафимов Л.А. Современное состояние термодинамико-топологического анализа фазовых диаграмм // Теор. основы хим. технологии. 2009. Т. 43. №3. C. 284.] https://doi.org/10.1134/S0040579509030051.
  4. Serafimov L.A., Frolkova A.V.Determination of vapor-liquid equilibrium diagrams of multicomponent systems // Chem. Pap. 2016. V. 70. № 12. P. 1578.https://doi.org/10.1515/chempap-2016-0091
  5. Серафимов Л.А., Фролкова А.В., Семин Г.А. Определение структуры диаграммы парожидкостного равновесия пятикомпонентной моноазеотропной системы // Вестник МИТХТ. 2014. Т. 9. № 3. С. 36.
  6. Фролкова А.В.Структурный анализ фазовой диаграммы и оценка возможности ректификации многокомпонентных смесей // Теор. основы хим. технологии. 2024. Т. 58. № 1. С. 78.https://doi.org/10.31857/S0040357124010105
  7. Frolkova A.V., Ososkova T.E., Frolkova A.K.Thermodynamic and topological analysis of phase diagrams of quaternary systems with internal singular points // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. № 2. P. 289. [Фролкова А.В., Ососкова Т.Е., Фролкова А.К. Термодинамико-топологический анализ фазовых диаграмм четырехкомпонетных систем с внутренними особыми точками // Теор. основы хим. технологии. 2020. Т. 54. № 2. C. 289.] doi: 10.31857/S0040357120020049
  8. Safrit B.T., Westerberg A.W.Algorithm for generating the distillation regions for azeotropic multicomponent mixtures // Ind. Eng. Chem. Res. 1997. V. 36. P. 1827.https://doi.org/10.1021/ie960344r.
  9. Ahmad B.S., Zhang Y., Barton P.I.Product Sequences in Azeotropic Batch Distillation // AIChE J. 1998. V. 44. № 5. P. 1051.
  10. Rooks R.E., Doherty M.F., Malone M.F., Julka V.Structure of distillation regions for multicomponent azeotropic mixtures // AIChE J. 1998. V. 44. № 6. P. 1382.
  11. Popken T., Gmehling J.Simple Method for Determining the Location of Distillation Region Boundaries in Quaternary Systems // Ind. Eng. Chem. Res. 2004. V. 43. P. 777. doi: 10.1021/ie030303c.
  12. Hegely L., Lang P.A new algorithm for the determination of product sequences in azeotropic batch distillation // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. № 22. P. 12757. doi: 10.1021/ie2016575
  13. Blagov S., Hasse H.Topological analysis of vapor–liquid equilibrium diagrams for distillation process design // Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. № 4. P. 896. doi: 10.1039/b109541b.
  14. Фролкова А.В., Охлопкова Е.А., Фролкова А.К. Термодинамико-топологический анализ структуры фазовой диаграммы пятикомпонентной системы и синтез схемы разделения смеси органических продуктов // Химия и технология органических веществ. 2020. Т. 16. № 4. C. 15. doi: 10.54468/25876724_2020_4_15
  15. Serafimov L.A., Frolkova A.V.The law of the algebraic sum of stationary points of vapor-liquid equilibrium diagrams of multicomponent mixtures // Theor. Found. Chem. Eng. 2013. V. 47. № 6. P. 680. [Серафимов Л.А., Фролкова А.В. Закон алгебраической суммы стационарных точек диаграмм фазового равновесия жидкость-пар многокомпонентных смесей // Теор. основы хим. технологии. 2013. Т .47. № 6. С. 680.] doi: 10.7868/S0040357113060092
  16. Serafimov L.A., Frolokova A.K., Frolkova A.V.Poincaré integral invariants and separating manifolds of equilibrium open evaporation diagrams// Theor.Found. Chem. Eng. 2013. V. 47. № 2. P. 168.[Серафимов Л.А., Фролкова А.К., Фролкова А.В. Интегральные инварианты Пуанкаре и разделяющие многообразия диаграмм открытого равновесного испарения // Теор. основы хим. технологии. 2013. Т. 47. № 2. С. 168.] doi: 10.7868/S004035711206022X
  17. Frolkova A.V., Frolkova A.K., Zhuchkov V.I., Makhnarilova Y.G.Homology and isomerism of the structures of phase diagrams and distillation flowsheets // Theor. Found. Chem. Eng. 2020. V. 54. № 5. P. 544.[Фролкова А.В., Фролкова А.К., Жучков В.И., Махнарылова Е.Г. Гомология и изомерия структур фазовых диаграмм и технологических схем ректификации // Теор. основы хим. технологии. 2020. Т. 54. № 5. С. 544.] doi: 10.31857/S0040357120050061
  18. Yang A., Zou H., Chien I-L., Wang D. et al. Optimal Design and Effective Control of Triple-Column Extractive Distillation for Separating Ethyl Acetate/Ethanol/Water with Multi-Azeotrope // Ind. Eng. Chem. Res. 2019. V. 58. P. 7265.https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b00466
  19. Jian X., Li J., Qing Ye, Lia X. Intensification and analysis of extractive distillation processes with preconcentration for separating ethyl acetate, isopropanol and water azeotropic mixtures // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 287. P. 120499.https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120499
  20. Ma Z., Yao D., Zhao J., et al.Efficient recovery of benzene and n-propanol from wastewater via vapor recompression assisted extractive distillation based on techno-economic and environmental analysis // Process Safety and Environmental Protection. 2021. V. 148. P. 462.https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.10.033
  21. Shan B., Zheng Qi, Chen Z., Shen Y. et al.Dynamic control and performance comparison of conventional and dividing wall extractive distillation for benzene/isopropanol/water separation // J. Taiwan Institute of Chem. Engineers. 2021. V. 128. P. 1.https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.08.005
  22. Жучков В.И., Рыжкин Д.А., Раева В.М.Экстрактивная ректификация смеси тетрагидрофуран–ацетонитрил–хлороформ // Теоретические основы химической технологии. 2023. Т. 57. № 1. C. 125. doi: 10.31857/S0040357123010153
  23. Golikova A.D., Anufrikov Y.A., Shasherina A.Y., Misikov G.H., Toikka M.A., Samarov A.A., Toikka A.M.Excess enthalpies and heat of esterification reaction in acetic acid–n-butanol–n-butyl acetate–water system at 313.15 K // Russ. J. Gen. Chem. 2024. V. 94. № S1. P. S177.https://doi.org/10.1134/S1070363224140184
  24. Misikov G., Zolotovsky K., Samarov A., Prikhodko I., Toikka M., Toikka A.Chemical equilibrium in the system acetic acid–n-amyl alcohol–n-amyl acetate–water at 323.15 K and atmospheric pressure: experimental data and equilibrium constant estimation // J.Chem. Eng. Data. 2024. V. 69. № 3. P. 1169. doi: 10.1021/acs.jced.3c00744
  25. Toikka M., Smirnov A., Trofimova M., Golikova A., Prikhodko I., Samarov A., Toikka A.Peculiarities of chemical equilibria in acetic acid–n-butyl alcohol–n-butyl acetate–water system at 318.15 K and 101.3 kPa // J. Chem. Eng.Data. 2023. V. 68. № 5. P. 1145. doi: 10.1021/acs.jced.3c00009
  26. Chicheva D.S., Krasnykh E.L., Shakun V.A.Kinetic regularities of neopentyl glycol esterification with acetic and 2-ethylhexanoic acids. // Fine Chem. Technol. 2024. V. 19.№ 1. P. 28.[ЧичеваД.С.,Красных Е.Л.,ШакунВ.А.Кинетические закономерности этерификации неопентилгликоля уксусной и 2-этилгексановой кислотами // Тонкиехимические технологии. 2024. Т. 19. №1. С. 28].https://doi.org/10.32362/2410-6593-2024-19-1-28-38
  27. Serafimov L.A.The azeotropic rule and the classification of multicomponent mixtures. XI. Tangential azeotropy for three-component systems and chains of topological structures // Russ. J. Phys. Chem. 1971. Т. 45. № 10. С. 1388.[Серафимов Л.А. Правило азеотропии и классификация многокомпонентных смесей. XI. Тангенциальная азеотропия в трехкомпонентных смесях и цепи топологических структур // Журн. физ. химии. 1971. Т. 45. № 10. С. 2448].
  28. Serafimov L.A., Chelyuskina T.V.Basic Properties of Tie-Line Vector Fields of Two-Phase Ternary Mixtures: Complex Singular Points. Theor. Found. Chem. Eng. 2003. V. 37, P. 482 [Серафимов Л.А., Челюскина Т.В. Основные закономерности векторных полей нод двухфазных трехкомпонентных смесей. сложные особые точки. Теор. основы хим. технологии. 2003. Т. 37. № 5. С. 516.].https://doi.org/10.1023/A:1026094725970

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».