Разделение смеси метилцеллозольв – вода экстрактивной ректификацией с применением N-метилпирролидона
Введение
Ректификация – один из самых распространенных технологических процессов химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Движущей силой процесса является различие химических потенциалов компонентов во взаимодействующих фазах, обусловленное разной относительной летучестью компонентов.Информация о фазовом равновесии жидкость-пар является основой для расчетов процессов дистилляции и ректификации и разработки технологических схем разделения жидких смесей с помощью термодинамико-топологического анализа CITATION АСМ04 \l 1033 [1].Условия фазового равновесия зависят от физико-химической природы компонентов заданной смеси, температуры и давления. Последнее в процессах ректификации практически постоянно и выбирается по технологическим соображениям. Поэтому при заданном давлении условия равновесия между жидкостью и паром оказываются физико-химической характеристикой разделяемой системы и не могут быть изменены без введения в нее новых компонентов.
Оглавление
Введение
Литературный обзор
1. Экспериментальные методы исследования парожидкостного равновесия
2. Математическое моделирование
3. Методы разделения зеoтропных и азеотропных смесей
4. Экстрактивная ректификация бинарных систем
5. Выбор разделяющего агента
Постановка задачи исследования:
Выбор объектов и методы исследования
1. Система вода – метилцеллозольв
2. Обоснование выбора разделяющего агента
Выбор математической модели и ее параметров для описания фазового равновесия
1. Система вода – метилцеллозольв
2. Система вода – N-метилпирролидон
3. Система метилцеллозольв – N-метилпирролидон
Моделирование данных о парожидкостном равновесии в трехкомпонентной системе и ее бинарных составляющих
1. Бинарные составляющие системы вода – метилцеллозольв – N-метилпирролидон
2. Анализ структуры диаграммы фазового равновесия трехкомпонентной смеси и оценка возможности разделения смеси заданного состава
2.1. Анализ фазовых диаграмм при различных давлениях
2.2 Определение расхода разделяющего агента
Расчет параметров работы ректификационных колонн комплекса экстрактивной ректификации
Выводы:
Экономическая часть
1. Организация и планирование работ по теме.
1.1. Организация работ:
1.2. График проведения работ:
Табл. 15. Календарный график исполнения работы.
2. Расчёт стоимости проведения работ.
Список литературы:
Список литературы:
1.Мозжухин А.С., Митропольская В.А., Челюскина Т.В. Исследование парожидкостного равновесия с помощью автоматизированной компьютерной системы. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2004. 44 с.
2.Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация. Изд. 2-е доп. и пер. Л.: Химия. 1971. 432 с.
3.Челюскина Т.В., Фролкова А.К., Серафимов Л.А. Выбор экстрактивных агентов для разделения биазеотропных смесей. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2009. 44 с.
4.Коган В.Б.. Фридман В.М.. Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. 1966. Л: Наука. 642 с.
5.Челюскина Т.В., Фролкова А.В. Экспериментальное исследование фазового равновесия бинарных и трехкомпонентных систем. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2016. 26 с.
6.Морачевский А.Г., Смирнова Н.А., Пиотровская Е.М. Термодинамика равновесия жидкость-пар. Л.: Химия. 1989. 344 с.
7.Wilson G.M. Vapor-Liquid Equilibrium. XI. A new Expression for the Excess Free Energy of Mixing // J. Am. Chem. Soc. V. 86. № 2. 1964. P. 127 - 130.
8.Тимофеев В.С., Серафимов Л.А., Тимошенко А.В. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. 3-е изд. пер. и доп. М.: Высшая школа. 2010. 408 с.
9.Renon H., Prausnitz J.M. Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures// AIChE J. V. 14. № 1, 1968. P. 135 – 144.
10.База данных Aspen Plus® V10.0.
11.Abrams D.S., Prausnitz J.M. Statistical Thermodynamics of liquid mixtures: A new expression for the Excess Gibbs Energy of Partly or Completely Miscible Systems // AIChE J. V. 21. № 1. 1975. P. 116 - 128.
12.Bondi A. Physical Properties of Molecular Crystals. Liquids and Gases. 1960.
13.Фролкова А.К. Физико-химические основы процессов разделения многокомпонентных смесей (часть 2). М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2003. 52 с.
14.Фролкова А.К. Разделение азеотропных смесей. М.: ВЛАДОС. 2010. 187 с.
15.Кофман Л.С.. Матвеева Т.Н. Синтез мономеров для производства синтетического каучука. 1960. 28 с.
Циркуляционный метод заключается в отгонке пара, его конденсации и возвращении конденсата паровой фазы в прибор, пока составы жидкости в приборе и конденсата в паровой фазе не будут отвечать условиям равновесия. Циркуляционные приборы применяются для исследования равновесия между жидкостью и паром при атмосферном давлении, а также под вакуумом и при повышенном давлении.Основные требования, предъявляемые к циркуляционным приборам – обеспечение хорошего перемешивания жидкости в кубе и достаточно полный контакт равновесной жидкости и пара. Лучше всего это достигается применением насоса Кoттреля или бaрботированием пара через равновесную жидкость [6]. Одно из существенных затруднений, с которым приходится сталкиваться экспериментатору при работе со стеклянными приборами, неравномерность кипения раствора в кубе или кипятильнике, сопровождающаяся толчками вследствие самoиспарения перегретой жидкости. Обусловлено это отсутствием центров парообразования на гладкой поверхности стекла. Неравномерность кипения тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости и ниже давление. Обычно наибольшие трудности возникают при кипении водных растворов различных веществ. Чтобы обеспечить наличие достаточного количества центров парообразования, в куб помещают (если это позволяет конструкция прибора) кусочки пористой керамики, запаянные с одной стороны капилляры длиной 1-3 см, или напаивают толченое стекло на соприкасающуюся с жидкостью поверхность кипятильника. Эти меры очень важны, однако, не всегда устраняют неравномерность кипения. Резкое вскипание жидкости приводит к мгновенному повышению давления в кубе, вследствие чего жидкость из куба может перебрасываться в приемник парового конденсата. Принцип работы циркуляционного прибора изображен на рис. 3 [5].