Оценка адекватности моделирования фазовых равновесий на основе различных наборов экспериментальных данных

Objectives. The purpose of the paper is to compare the adequacy of mathematical models of vapor–liquid equilibrium (VLE) and their ability to reproduce the phase behavior of the ternary system benzene–cyclohexane–chlorobenzene using different experimental data sets to evaluate binary interaction parameters.Methods. The research methodologies were mathematical modeling of VLE in the Aspen Plus V.10.0 software package using activity coefficient models (Non-Random Two-Liquid (NRTL), Wilson) and the Universal quasichemical Functional-group Activity Coefficients (UNIFAC) group model, which allows for independent information. For the benzene–cyclohexane–chlorobenzene ternary system, the use of the NRTL equation is warranted because it provides a better description of the VLE experimental data.Results. The diagram construction of the constant volatility of cyclohexane relative to benzene lines revealed three topological structures. Only one of them can be considered reliable because it corresponds to the experimental data and coincides with the UNIFAC model diagram constructed based on independent UNIFAC model data. The results indicate that to study systems containing components with similar properties, it is necessary to improve the description quality of the available data sets (the relative error should not exceed 1.5%).Conclusions. The reproduction of the thermodynamic features of various manifolds in the composition simplex obtained by processing direct VLE data can be used to supplement the adequacy of the model. For the cyclohexane–benzene–chlorobenzene system, the best NRTL equation parameters are those regressed from the extensive experimental VLE data available in the literature for the ternary system as a whole.Цели. Сравнительный анализ адекватности математических моделей парожидкостного равновесия (ПЖР) и их возможности воспроизводить особенности фазового поведения тройной системы бензол–циклогексан–хлорбензол при использовании разных наборов экспериментальных данных для оценки параметров бинарного взаимодействия.Методы. В качестве методов исследования выбрано математическое моделирование ПЖР в программном комплексе AspenPlus V.10.0. с использованием уравнений локальных составов (NRTL, Wilson) и групповой модели UNIFAC, позволяющей получить независимую информацию. Для системы бензол–циклогексан–хлорбензол обоснован выбор уравнения NRTL, обеспечивающего более высокое качество описания экспериментальных данных ПЖР.Результаты. Построение диаграммы хода линий постоянной летучести циклогексана относительно бензола выявило три топологических структуры, из которых только одна может считаться достоверной, поскольку соответствует данным натурного эксперимента и совпадает с диаграммой, построенной на основе независимых данных модели UNIFAC. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при исследовании систем, содержащих близкие по свойствам компоненты, необходимо повышать качество описания имеющихся массивов данных (относительная ошибка не должна превышать 1.5%).Выводы. Воспроизведение термодинамических особенностей хода различных многообразий в концентрационном симплексе, полученных обработкой прямых данных ПЖР, может служить дополнительной оценкой адекватности модели. Для системы циклогексан–бензол–хлорбензол наилучшим является набор параметров уравнения NRTL, которые оценены по обширным экспериментальным данным ПЖР, имеющимся в литературе для тройной системы в целом

Особенности ректификационного разделения многокомпонентных смесей

Objectives. To improve the process of developing energy-efficient flowsheets for the distillation separation of multicomponent aqueous and organic mixtures based on a comprehensive study of the phase diagram structures, including those in the presence of additional selective substances.Methods. Thermodynamic-topological analysis of phase diagrams; modeling of phase equilibria in the AspenTech software package using the equations of local compositions: Non-Random Two Liquid and Wilson; computational experiment to determine the column parameters for separation flowsheets of model and real mixtures of various nature.Results. The fractionation conditions of the origin multicomponent mixture due to the use of sharp distillation, pre-splitting process, extractive distillation with individual and binary separating agents were revealed. The columns operation parameters and the energy consumption of the separation flowsheets ensuring the achievement of the required product quality with minimal energy consumption were determined.Conclusions. Using the original methods developed by the authors earlier and based on the generalization of the results obtained, new approaches to the synthesis of energy-efficient multicomponent mixtures separation flowsheets were proposed. The provisions that form the methodological basis for the development of flowsheets for the separation of multicomponent mixtures and supplement the standard flowsheet synthesis plan with new procedures were formulated.Цели. Совершенствование процесса разработки энергоэффективных схем ректификационного разделения многокомпонентных водных и органических смесей на основе комплексного исследования структуры фазовой диаграммы, в том числе в присутствии селективных дополнительных веществ.Методы. Термодинамико-топологический анализ фазовых диаграмм; моделирование фазовых равновесий в программном комплексе AspenTech с использованием уравнений локальных составов Non-Random Two Liquid, Вильсона; вычислительный эксперимент по определению параметров работы колонн схем разделения модельных и реальных смесей разной природы.Результаты. Выявлены условия фракционирования исходной многокомпонентной смеси за счет использования промежуточного заданного разделения, предварительного расслаивания, экстрактивной ректификации с индивидуальными и бинарными разделяющими агентами. Определены параметры работы колонн и энергозатраты схем разделения, обеспечивающие достижение требуемого качества продуктов при минимальных энергозатратах.Выводы. С использованием разработанных ранее авторами оригинальных методик и на основе обобщения полученных результатов предложены новые подходы к синтезу энергоэффективных схем разделения многокомпонентных смесей. Сформулированы положения, которые составляют методологическую основу разработки принципиальных схем разделения многокомпонентных смесей и дополняют типовой план синтеза схем новыми процедурами

Сравнение альтернативных методов разделения смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид

Objectives. The paper is a comparative analysis of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride industrial mixture separation flowsheets based on the use of special distillation methods (extractive distillation and pressure-swing distillation). The results obtained illustrate the variability of the structure of the technological separation flowsheet.Methods. Mathematical modeling using the software package Aspen Plus V. 10.0 was chosen as the research method. The simulation was based on the local composition equation NRTL and the Hayden–O’Connell equation of state. The relative uncertainties of phase equilibrium description do not exceed 3%.Results. The vapor–liquid diagram of the quaternary mixture of methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride was studied using thermodynamic topological analysis. It was shown that the system contains one binary azeotrope and is characterized by one distillation region. Although the structure is not complex, there is a possibility of using several methods for mixture separation: pressure-swing distillation, and extractive distillation with different entrainers. Twelve flowsheets with different structure were proposed, and 29 variants of separation were compared.Conclusions. It was shown that the most perspective structure for the separation of a methyl acetate + methanol + acetic acid + acetic anhydride mixture is a combination of distributed sequence separation and extractive distillation.Цели. Целью работы является сравнительный анализ технологических схем разделения промышленной смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид, основанных на использовании специальных методов разделения: экстрактивная ректификация и варьирование давления. Полученные результаты иллюстрируют вариативность структуры технологической схемы разделения.Методы. В качестве метода исследования выбрано математическое моделирование в программном комплексе Aspen Plus V. 10.0. Моделирование основывалось на уравнении локального состава NRTL и уравнении состояния Хейдена–О'Коннелла. Относительные ошибки описания фазового равновесия не превышают 3%.Результаты. С помощью термодинамико-топологического анализа изучена диаграмма парожидкостного равновесия четырехкомпонентной системы метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид. Показано, что система содержит один бинарный азеотроп и характеризуется одной областью дистилляции. Несмотря на то, что структура не является сложной, существует возможность использования нескольких методов разделения смеси: ректификация с варьированием давления, экстрактивная ректификация с различными разделяющими агентами. Предложено 12 технологических схем различной структуры и проведен сравнительный анализ 29 вариантов разделения.Заключение. Показано, что наиболее эффективным для разделения смеси метилацетат – метанол – уксусная кислота – уксусный ангидрид является сочетание промежуточного режима разделения смеси и экстрактивной ректификации

Разделение четырехкомпонентной системы ацетон - хлороформ - этанол - вода автоэкстрактивно- гетероазеотропной ректификацией

A vapor-liquid equilibrium model was obtained. Topological analysis of the phase diagram of complex four-component system acetone - chloroform - ethanol - water thermodynamic- was carried out, a separation flowchart was proposed, column's operation factors were obtained.Получена модель парожидкостного равновесия, проведен термодинамико-топологический анализ фазовой диаграммы сложной четырехкомпонентной промышленной системы ацетон - хлороформ - этанол - вода, предложена технологическая схема разделения, получены режимные параметры работы колонн

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ С ТРЕХФАЗНЫМ РАССЛАИВАНИЕМ

A review of scientific publications that describe systems with a three-phase splitting region is presented. Mechanisms of a three-phase splitting region formation are shown. All the suggested classifications of diagrams with a three-phase splitting region are presented. Methods for studying the evolution of a three-phase splitting region are described. Problems connected with the mathematical modeling of liquid - liquid - liquid equilibrium are considered. The ability of mixtures to form three-phase splitting regions and opportunities of separating such mixtures by special methods is analyzed. A list of known systems with three and more liquid phases is presented.В работе представлен обзор научных публикаций, посвященных исследованию систем с трехфазным расслаиванием, образованных соединениями различных классов. Рассмотрены механизмы образования областей трехфазного расслаивания. Приведены примеры классификаций диаграмм расслаивания многокомпонентных систем и описаны подходы к исследованию эволюции области трехфазного расслаивания. Также уделено внимание проблемам моделирования равновесия жидкость-жидкость-жидкость и использованию свойства смеси образовывать области трехфазного расслаивания для разделения смесей экстракционными методами и методами, сочетающими ректификацию и расслаивание. Приведен список известных на сегодняшний день систем с тремя и более жидкими фазами

Bariatric patient: what is the key to success? Case from practice

Surgical treatment in the scope of laparoscopic gastric bypass for morbid obesity and type 2 diabetes mellitus (DM 2) with careful preoperative preparation, a gradual expansion of the diet with the obligatory observance of the recommendations of a nutritionist on the balance of micro- and macronutrients, a gradual increase in the amount of available physical activity in the postoperative period allows not only significantly reduce body weight, but also achieve compensation for obesity-related diseases. The expected development of micro- and macronutrient deficiencies requires an active search for and compensation for these conditions both at the pre- and postoperative stages. The development of postbariatric hypoglycemia confirms the need to comply with dietary recommendations not only at the stage of conservative treatment of obesity and DM 2, but also, no less important, after bariatric surgery

ПОЛИВАРИАНТНОСТЬ РАСЧЕТА МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРЕХКО МПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

An approach to the determination of free variables required for calculating the material balance of the flowsheet of ternary mixtures separation is presented. Phase diagrams of the considered ternary systems are characterized by the presence of a two-phase splitting area and by the presence of different amounts of azeotropes (classes 3.1.0, 3.1.1, 3.2.1 and 3.3.1). For all the systems flowsheets containing three rectification columns and a florentine vessel for separation were suggested. The multivariance of the solution of the balance problem was shown. The approach was illustrated by the example of real ternary systems characterized by different phase diagrams (methanol - chloroform - water, butyl alcohol - water - toluene, nitromethane - hexane - water). The parameters of the rectification columns were presented.В работе описан подход к определению свободных переменных, необходимых для расчета материального баланса комплекса разделения трехкомпонентных расслаивающихся смесей. Показана поливариантность решения балансовой задачи. Подход проиллюстрирован на примере реальных трехкомпонентных систем, характеризующихся различными фазовыми портретами

Соблюдение первого закона Коновалова в процессе ректификации с инертным газом.

The questions of Distillation Process and Reactive Distillation Process into inert stream are considered.Рассмотрены вопросы перегонки и ректификации в токе инертного газа

Схемы разделения бинарной смеси гидроксиацетон–фенол с использованием специальных методов ректификации

Objectives. To study the possibility of hydroxyacetone–phenol binary mixture (a constituent of a mixture of phenol production by the cumene method) separation in flowsheets based on the use of distillation special methods. This is the addition of separating agents to increase the relative volatility of the components of the original mixture, and the variation of pressure in the columns.Methods. A computational simulation in Aspen Plus® was used as the research method. Mathematical modeling of the vapor–liquid equilibrium was carried out using a local compositions model Non-Random Two Liquid. The viability of the latter was confirmed by comparing experimental and calculated on phase equilibrium data, and azeotropic data. The average relative error does not exceed 3%.Results. The dependence of the composition and boiling point of the hydroxyacetone–phenol azeotrope on pressure was determined in a computational experiment (as the pressure increases, the azeotrope is enriched with phenol). The possibility of using a complex of columns operating under different pressures to separate the mixture was shown (the shift of the azeotrope is about 9%). The change in the relative volatility of components of the original mixture in the presence of a high(diethylene glycol) and a low-boiling (acetone) separating agent was investigated. Both solvents are selective agents used in extractive and re-extractive distillation processes. Three technological separation flowsheets containing two distillation columns were proposed.Conclusions. The study established the operation parameters of the columns (number of theoretical stages, feed stages of the original mixture and separating agent, and reflux ratio) and energy consumption (total heat supplied to the columns boiler) of three separation flowsheets ensuring the production of products of a given quality (not less than 0.99 mol fractions). The flowsheet with diethylene glycol is characterized by the lowest energy consumption. It is recommended that complexes of extractive and re-extractive distillation be further optimized. This enables the second product of cumulus production—acetone—to be involved in the technological cycle.Цели. Исследовать возможность разделения смеси гидроксиацетон–фенол (составляющей смеси производства фенола кумольным методом) в схемах, базирующихся на использовании специальных приемов ректификации: добавлении разделяющих агентов, повышающих относительную летучесть компонентов исходной смеси, и варьировании давления в колоннах.Методы. В качестве метода исследования применялся вычислительный эксперимент в среде программного комплекса Aspen Plus®. Математическое моделирование равновесия жидкость–пар проводилось с использованием модели локальных составов Non-Random Two Liquid. Адекватность последнего подтверждена сравнением экспериментальных и расчетных данных о фазовом равновесии, данных об азеотропии; средняя относительная ошибка не превышала 3%.Результаты. В вычислительном эксперименте определена зависимость состава и температуры кипения азеотропа гидроксиацетон–фенол от давления (при увеличении давления азеотроп обогащается фенолом), показана возможность использования комплекса колонн, работающих под разным давлением, для разделения смеси (сдвиг азеотропа составляет порядка 9%). Исследовано изменение относительной летучести пары компонентов исходной смеси в присутствии тяжело(диэтиленгликоль) и легкокипящего (ацетон) разделяющего агента. Оба растворителя являются селективными агентами для процессов экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Предложены три принципиальные технологические схемы разделения, содержащие две ректификационные колонны.Выводы. Определены статические параметры работы колонн (число теоретических тарелок, номера тарелок подачи исходной смеси и разделяющего агента, флегмовое число) и энергозатраты (суммарные нагрузки на кипятильники колонн) трех схем разделения, обеспечивающие получение продуктов заданного качества (не ниже 0.99 мол. долей). Наименьшими энергозатратами характеризуется схема с диэтиленгликолем. Для дальнейшей оптимизации рекомендованы комплексы экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Последняя позволяет вовлечь в технологический цикл второй продукт кумольного производства – ацетон

Особенности расчета материального баланса ректификационного комплекса с флорентийским сосудом

The number of freedom degrees of the separation complex comprising three rectification columns and Florentine vessel was determined. A ternary system isopropyl alcohol - acetonitrile - hexane characterized by the presence of three binary and one ternary azeotrope and a splitting area of the closed type was chosen as a research object. Variants of choosing free variables for determining the amounts and compositions of all material flows were proposed. On the basis of analysis of the mutual arrangement of separatrixes and tie-lines it was shown that it is not possible to realize limit rectification modes at the same time in all columns. Static parameters of the rectification columns were obtained.Определено число степеней свободы комплекса разделения смеси, включающего три ректификационные колонны и флорентийский сосуд. Предложены варианты задания свободных переменных для определения количеств и составов всех материальных потоков. На основе анализа взаимного хода сепаратрис и равновесных нод жидкость-жидкость показано, что одновременно реализовать предельные четкие режимы ректификации во всех колоннах невозможно. Получены статические параметры работы ректификационных колонн