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

Технологическое и аппаратурное оформление ферментационного узла процесса получения биопротеина из природного газа

Objectives. To conduct a comparative analysis of the features of a fermentation unit design for obtaining bioprotein from natural gas and determine the main technical and structural solutions used in the development of fermentation apparatus, which vary according to the method of organizing hydraulic and mass transfer processes.Results. An analysis of publications devoted to the problem of developing technological equipment for conducting the process of obtaining a bioprotein from natural gas is presented. Using the comparative analysis, the key features of bioreactors and their internal elements are indicated according to the method of organizing the hydrodynamic regime. The main approaches to the technological development of fermentation units for obtaining bioprotein from natural gas are described and technical solutions used in the implementation of these structures are identified.Conclusions. Fermenter designs for the cultivation of methane-oxidizing microorganisms vary according to the main approaches for implementing the hydraulic regime inside the apparatus. While one class of fermentation systems is based on the principle of volumetric mixing in the working space of the apparatus, with the possibility of including external circulation circuits, additional tanks, and auxiliary bioreactors in the system, the other main class relies on the principle of flow (displacement) in the tube space with subsequent release of the gas phase from the circulating culture liquid.Цели. Провести сравнительный анализ особенностей аппаратурного оформления ферментационного узла процесса получения биопротеина из природного газа. Определить основные технические и конструкционные решения, применяемые при разработке ферментационных аппаратов, различающиеся по способу организации гидравлических и массообменных процессов.Результаты. Проведен анализ литературы, посвященной проблеме разработки технологической аппаратуры для получения биопротеина из природного газа. С использованием метода сравнительного анализа были выявлены ключевые особенности конструкций биореакторов и их внутренних элементов, отличающихся способом организации гидродинамического режима в аппаратах. Описаны различные подходы к разработке оборудования для ферментационного узла процесса получения биопротеина, а также определены основные технические решения, используемые при создании данных конструкций.Выводы. Установлено, что большинство конструкций ферментационных аппаратов, предназначенных для культивирования метанокисляющих микроорганизмов, базируется на реализации гидравлического режима внутри аппарата. Часть ферментационных систем построена на принципе объемного перемешивания в рабочем пространстве аппарата с возможным включением в систему внешних циркуляционных контуров, дополнительных емкостей и вспомогательных биореакторов, другая часть использует принцип движения потока (вытеснения) в трубном пространстве, с последующим выделением газовой фазы из рециркулирующей культуральной жидкости

ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ЗАДАННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ПРИ РЕКТИФИКАЦИИ ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ

Conditions of sharp distillation were considered for zeotropic quaternary system (two pairs of components are characterized by relative volatility close to 1) and systems with one (with minimum or maximum boiling point) and two (with minimum and maximum boiling point) binary azeotropes. Regions of compositions for which sharp distillation is effective (distillate and bottom flows don't contain common components) were determined on the basis of analyzing diagrams of unit manifolds of distribution coefficients (distribution coefficients of two components are higher than one, and those of another two components - lower than one). This kind of separation can be recommended if it doesn’t cause an increase in the number of apparatuses in the separation flowsheet. If the system contains azeotropes of saddle type that can generate separatric manifolds, the possibility and expedience of sharp separation decreases. The conclusions were confirmed by simulation of the distillation process in AspenPlus V.10.0 for real and industrially important quaternary systems: ethyl acetate - benzene - toluene - butyl acetate; acetone - methanol - ethanol - propanol-2; methyl acetate - methanol - acetic acid - acetic anhydride and cyclohexene - cyclohexane - cyclohexanone - phenol. Mathematical modeling was carried out using local compositions models Wilson and NRTL-HOC. The relative error of vapor-liquid equilibrium description is less than 4%. The vapor-liquid equilibrium was simulated, a phase diagram was constructed and analyzed, the parameters of sharp distillation column operation (the number of stages, the feed-stage and reflux ratio) were determined for all systems. The effectiveness of using sharp distillation for the system with phenol was confirmed for a wide range of compositions.Определены условия реализации промежуточного заданного разделения для четырехкомпонентных зеотропных систем (две пары компонентов характеризуются относительной летучестью компонентов, близкой к единице) и систем с одним (положительным или отрицательным) и двумя (положительным и отрицательным) бинарными азеотропами. На основе анализа диаграмм единичных многообразий коэффициентов распределения компонентов выделены области составов, для которых эффективно использование промежуточного (дистиллят и куб не содержат общих компонентов) разделения (коэффициенты распределения двух компонентов больше единицы, двух других - меньше единицы). Данное разделение рекомендуется, если оно не приводит к увеличению числа аппаратов в схеме. Если в системе присутствуют азеотропы седловидного типа, порождающие сепаратрические многообразия, возможность и целесообразность применения промежуточного заданного разделения резко сокращается. Полученные выводы подтверждены в ходе вычислительного эксперимента с использованием программного комплекса AspenPlus V.10.0 на примере реальных и промышленных систем этилацетат - бензол - толуол - бутилацетат, ацетон - метанол - этанол - пропанол-2, метилацетат - метанол - уксусная кислота - уксусный ангидрид и циклогексен - циклогексан - циклогексанон - фенол. Моделирование проводилось с использованием моделей локальных составов Wilson и NRTL-HOC. Относительная ошибка описания парожидкостного равновесия не превышала 3%. Для всех систем проведен расчет парожидкостного равновесия, построены и проанализированы диаграммы фазового равновесия, определены параметры работы ректификационной колонны (число теоретических тарелок, тарелка питания, флегмовое число), работающей в режиме промежуточного разделения смесей заданного состава. Для системы с фенолом подтверждена эффективность применения промежуточного разделения в широком диапазоне концентраций

СИНТЕЗ СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ РАССЛАИВАЮЩИХСЯ СМЕСЕЙ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

The paper presents an analysis of the current state of research on separation flowsheets based on the combination of distillation and phase separation processes, as well as heteroazeotropic distillation. It is shown that the works of foreign researchers devoted to the study of flowhseets with decanters are more focused on finding ways to reduce energy consumption by introducing additional separators, a combination of several methods (extractive and heteroazeotropic complex columns with external decanters. The task of synthesizing all possible separation flowsheets is not considered in these works. In this paper, a complete set of flowsheets of different structures based on the combination of distillation and phase separation processes, including the use of columns with an external decanter, is proposed for water - butyl acetate - methanol and methanol - heptane-water ternary mixtures separation. Aspen Plus and NRTL model were used for mathematical modelling of phase equilibrium (the relative error of describing liquid-vapor and liquid-liquid equilibrium is less than 5%) was chosen as a method of research. Operating parameters for distillation columns (the number of theoretical plates, feed plate, reflux ratio) and the total energy consumption were obtained for each case. The necessity of using a double feed-plate column for separating of propanol-1 - water - butanol-1 and ethyl acetate - water - butyl acetate ternary systems was explained by the presence of extractive effect. Analytical review of modern publications and results of own research allowed to formulate a number of recommendations for the synthesis of energy effective flowsheets based on a combination of distillation and phase separation processes.Представлен анализ современного состояния исследования структур схем разделения, основанных на сочетании ректификации и расслаивания, а также использовании гетероазеотропной ректификации. Показано, что работы зарубежных авторов, посвященные исследованию схем с сепараторами, в большей степени ориентированы на поиск путей снижения энергозатат путем введения дополнительных сепараторов, сочетания нескольких методов (экстрактивная и гетероазеотропная ректификация), использования сложных колонн с выносными сепараторами. Задача синтеза всего множества схем в этих работах не ставится. В настоящей работе синтезировано полное множество схем разделения различной структуры, основанных на сочетании ректификации и расслаивания, в том числе с использованием колонн с выносным сепаратором, для трехкомпонентных смесей вода - бутилацетат - метанол и метанол - гептан - вода. В качестве метода исследования выбрано математическое моделирование в программном комплексе AspenPlus с использованием уравнения локальных составов NRTL (относительная ошибка описания равновесий жидкость-пар и жидкость-жидкость не превышает 5%). Подобраны параметры работы ректификационных колонн(число теоретически тарелок, тарелка питания, флегмовое число) и определены суммарные энергозатраты, обеспечивающие получение веществ чистотой, отвечающих ГОСТ. Проведен сравнительный анализ схем различной структуры. Для систем пропанол-1 - вода - бутанол-1, этилацетат - вода - бутилацетат обоснована необходимость разновысотной подачи исходной смеси и разделяющего агента, обусловленная наличием экстрактивного эффекта. Аналитический обзор современных публикаций (2010-2017 гг.) и результаты собственных исследований позволили сформулировать ряд рекомендаций по синтезу энергоэффективных схем, основанных на сочетании ректификации и расслаивания

КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПРИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОМ ЯЗВЕННОМ КОЛИТЕ

Abstract. Our results suggest that the combined use of optical coherent tomography (OCT) and fluorescence diagnosis helps to refine the nature and boundaries of the pathological process in the tissue of the colon in ulcerative colitis. Studies have shown that an integrated optical diagnostics allows us to differentiate lesions respectively to histology and to decide on the need for biopsy and venue. This method is most appropriate in cases difficult for diagnosis. Резюме. Cовместное использование оптической когерентной томографии (ОКТ) и флюоресцентной диа- гностики способствует уточнению характера и границ патологического процесса в ткани толстой кишки при неспецифическом язвенном колите. Исследования показали, что комплексная оптическая диагностика позволяет дифференцировать патологические изменения соответственно гистологической картине и решить вопрос о необходимости биопсии и месте ее проведения. Применение данного метода наиболее целесообразно в трудных диагностических случаях.

SYNTHESIS OF FLOWSHEETS FOR SEPARATION OF MULTIPHASE MIXTURES: STATE OF THE ART

The paper presents an analysis of the current state of research on separation flowsheets based on the combination of distillation and phase separation processes, as well as heteroazeotropic distillation. It is shown that the works of foreign researchers devoted to the study of flowhseets with decanters are more focused on finding ways to reduce energy consumption by introducing additional separators, a combination of several methods (extractive and heteroazeotropic complex columns with external decanters. The task of synthesizing all possible separation flowsheets is not considered in these works. In this paper, a complete set of flowsheets of different structures based on the combination of distillation and phase separation processes, including the use of columns with an external decanter, is proposed for water - butyl acetate - methanol and methanol - heptane-water ternary mixtures separation. Aspen Plus and NRTL model were used for mathematical modelling of phase equilibrium (the relative error of describing liquid-vapor and liquid-liquid equilibrium is less than 5%) was chosen as a method of research. Operating parameters for distillation columns (the number of theoretical plates, feed plate, reflux ratio) and the total energy consumption were obtained for each case. The necessity of using a double feed-plate column for separating of propanol-1 - water - butanol-1 and ethyl acetate - water - butyl acetate ternary systems was explained by the presence of extractive effect. Analytical review of modern publications and results of own research allowed to formulate a number of recommendations for the synthesis of energy effective flowsheets based on a combination of distillation and phase separation processes

SHARP DISTILLATION FOR QUATERNARY SYSTEMS

Conditions of sharp distillation were considered for zeotropic quaternary system (two pairs of components are characterized by relative volatility close to 1) and systems with one (with minimum or maximum boiling point) and two (with minimum and maximum boiling point) binary azeotropes. Regions of compositions for which sharp distillation is effective (distillate and bottom flows don't contain common components) were determined on the basis of analyzing diagrams of unit manifolds of distribution coefficients (distribution coefficients of two components are higher than one, and those of another two components - lower than one). This kind of separation can be recommended if it doesn’t cause an increase in the number of apparatuses in the separation flowsheet. If the system contains azeotropes of saddle type that can generate separatric manifolds, the possibility and expedience of sharp separation decreases. The conclusions were confirmed by simulation of the distillation process in AspenPlus V.10.0 for real and industrially important quaternary systems: ethyl acetate - benzene - toluene - butyl acetate; acetone - methanol - ethanol - propanol-2; methyl acetate - methanol - acetic acid - acetic anhydride and cyclohexene - cyclohexane - cyclohexanone - phenol. Mathematical modeling was carried out using local compositions models Wilson and NRTL-HOC. The relative error of vapor-liquid equilibrium description is less than 4%. The vapor-liquid equilibrium was simulated, a phase diagram was constructed and analyzed, the parameters of sharp distillation column operation (the number of stages, the feed-stage and reflux ratio) were determined for all systems. The effectiveness of using sharp distillation for the system with phenol was confirmed for a wide range of compositions

Areas of energy advantage for flowsheets of separation modes for mixtures containing components with similar volatilities

Objectives. The conditions for the effective application of the sharp distillation technique (without a component distributed between the distillate and bottom flows) for the separation of quaternary zeotropic mixtures containing components with similar volatilities were determined. The area of energy advantage for the flowsheet based on the preliminary fractionation of the mixture, compared with the flowsheet, the first distillation column of which works based on the indirect separation mode, was identified for an ethyl acetate–benzene–toluene–butyl acetate system. Energy savings of up to 20% were achieved. The direct and indirect distillation modes can become competitive when the point of the original composition is located near single K-surfaces or in a region with a different ratio of distribution coefficients. Sharp distillation is not suitable for the separation of a mixture containing a pair of components exhibiting relative unity volatility with medium boiling points.Methods. The mathematical modeling in the Aspen Plus V.10.0 software package was chosen as the research method. The simulation was based on the Wilson local composition equation. The relative errors in the description of the phase equilibrium did not exceed 3%.Results. The structure of the vapor–liquid equilibrium diagram and diagram of surfaces of the unit component distribution coefficients were studied for the ethyl acetate–benzene–toluenebutyl acetate and acetone–toluene–butyl acetate–o-xylene systems. Flowsheets based on the sharp, indirect (both systems), or direct (second system) distillation modes were proposed. The distillation process was simulated, and the parameters of the column work were determined (the quality of the substances meets the State Standard requirements of the Russian Federation for minimal energy consumption).Conclusions. Recommendations regarding the use of sharp distillation for the separation of quaternary mixtures containing components with similar volatilities were devised

Области энергетического преимущества схем разделения смесей, содержащих компоненты с близкими летучестями

Objectives. The conditions for the effective application of the sharp distillation technique (without a component distributed between the distillate and bottom flows) for the separation of quaternary zeotropic mixtures containing components with similar volatilities were determined. The area of energy advantage for the flowsheet based on the preliminary fractionation of the mixture, compared with the flowsheet, the first distillation column of which works based on the indirect separation mode, was identified for an ethyl acetate–benzene–toluene–butyl acetate system. Energy savings of up to 20% were achieved. The direct and indirect distillation modes can become competitive when the point of the original composition is located near single K-surfaces or in a region with a different ratio of distribution coefficients. Sharp distillation is not suitable for the separation of a mixture containing a pair of components exhibiting relative unity volatility with medium boiling points.Methods. The mathematical modeling in the Aspen Plus V.10.0 software package was chosen as the research method. The simulation was based on the Wilson local composition equation. The relative errors in the description of the phase equilibrium did not exceed 3%.Results. The structure of the vapor–liquid equilibrium diagram and diagram of surfaces of the unit component distribution coefficients were studied for the ethyl acetate–benzene–toluenebutyl acetate and acetone–toluene–butyl acetate–o-xylene systems. Flowsheets based on the sharp, indirect (both systems), or direct (second system) distillation modes were proposed. The distillation process was simulated, and the parameters of the column work were determined (the quality of the substances meets the State Standard requirements of the Russian Federation for minimal energy consumption).Conclusions. Recommendations regarding the use of sharp distillation for the separation of quaternary mixtures containing components with similar volatilities were devised.Цели. Для ректификации четырехкомпонентных зеотропных смесей, содержащих компоненты с близкими летучестями, определены условия эффективности применения промежуточного заданного разделения (при отсутствии компонента, распределенного между дистиллятным и кубовым потоками). На примере системы этилацетат–бензолтолуол–бутилацетат выделена область энергетического преимущества схемы, основанной на использовании предварительного фракционирования смеси, по сравнению со схемой, первая ректификационная колонна которой работает по второму заданному разделению. Экономия энергозатрат составляет до 20%. Реализация первого и второго заданного разделения может стать конкурентной при расположении точки исходного состава вблизи единичных K-поверхностей или в области с другим соотношением коэффициентов распределения. Промежуточное разделение не может быть рекомендовано для разделения смеси с близкой к единице относительной летучестью пары компонентов со средними температурами кипения.Методы. В качестве метода исследования выбрано математическое моделирование в программном комплексе Aspen Plus V.10.0. Моделирование основывалось на уравнении локального состава Wilson. Относительные ошибки описания фазового равновесия не превышают 3%.Результаты. Исследована структура диаграммы парожидкостного равновесия и диаграммы поверхностей единичных коэффициентов распределения компонентов для систем этилацетат–бензол–толуол–бутилацетат и ацетон–толуол–бутилацетат–о-ксилол. Предложены схемы, основанные на использовании промежуточного, второго (обе системы) или первого (вторая система) заданного разделения. Проведен расчет процесса ректификации и подобраны параметры работы колонн, обеспечивающие получение веществ, качество которых отвечает требованиям ГОСТ при минимальных энергозатратах.Выводы. На основе проведенных исследований сформулированы рекомендации по использованию промежуточного разделения при ректификации четырехкомпонентных смесей, содержащих компоненты с близкими летучестями

PULMONARY EMBOLISM IN BREAST CANCER: ETIOLOGY, PATHOPHYSIOLOGY AND TREATMENT APPROACHES

Pulmonary embolism in breast cancer is one of the causes of major deterioration of health status of the patients. Pulmonary artery occlusion is most often a  consequence of venous thromboembolism; this condition is referred to as "pulmonary thromboembolism". Significantly less common cause of occlusion of the pulmonary artery branches can be embolism by a  cluster of tumor cells, accompanied by development of pulmonary tumor thrombotic microangiopathy. This paper reviews data on the etiology and pathogenesis of pulmonary embolism in breast cancer, and approaches to its prevention and treatment