К истинной пользе и славе Отечества

On the 120th anniversary of the M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical TechnologiesК 120-летию МИТХТ имени М.В. Ломоносов

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

К 90-летию со дня рождения Леонида Антоновича Серафимова

The article is dedicated to the 90th birthday of Leonid Antonovich Serafimov, an outstanding scientist, Doctor of Engineering Sciences, professor at the M.V. Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies. Serafimov made an invaluable contribution to the development of the theoretical foundations of chemical technology. The article briefly describes the research conducted by the scientific school "Theoretical Foundations and Technological Principles of Mass-Transfer and Combined Processes of Organic Synthesis" founded and led by him. Special attention is given to the ideological component of his scientific and pedagogical activity; and his active civil position, encyclopedic knowledge and remarkable personal qualities are also duly noted.Статья посвящена 90-летию со дня рождения выдающегося ученого, доктора технических наук, профессора МИТХТ им. М.В. Ломоносова Леонида Антоновича Серафимова, внесшего неоценимый вклад в развитие теоретических основ химической технологии. Кратко описаны исследования, проводимые научной школой «Теоретические основы и технологические принципы массообменных и совмещенных процессов органического синтеза», основанной и возглавляемой им; обращено внимание на мировоззренческую составляющую в его научно-педагогической деятельности; отмечены его активная гражданская позиция, энциклопедические знания и замечательные личностные качества

О химической технологии. Заметки на полях студенческих работ Менделеевского конкурса

The general results of the 2018-2019 Mendeleev competitions for chemistry students have been presented and a detailed analysis of technological work of the last few years are given from the point of view of compliance of their subject and content to modern representations about chemical technology as science. An increased interest by representatives of leading companies, scientific organizations, and enterprises in the Mendeleev competition has been demonstrated. This is largely determined by the request of the chemical industry to train motivated chemical and technical specialists that possess research and implementation competencies. The possibility of forming the topics and content of students' scientific research based on the hierarchical structure of the chemical-technological system, the achievements of the theoretical foundations of chemical technology, and the principles of technology creation is shown.Представлены общие результаты Менделеевских конкурсов студентов-химиков 2018-2019 г.г. и дан более подробный анализ технологическихработ последних лет с точки зрения соответствия их тематики и содержания современным представлениям о химической технологии как науки. Отмечен возросший интерес представителей ведущих компаний, научных организаций и предприятий к Менделеевскому конкурсу, что в значительной степени определяется запросом химической промышленности на подготовку мотивированных специалистов химико-технологического профиля, обладающих научно-исследовательскими и внедренческими компетенциями. Показана возможность формирования тематики и содержания научных исследований студентов, исходя из иерархической структуры химико-технологической системы, достижений теоретических основ химической технологии и принципов создания технологий

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

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

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

ВЗАИМОСВЯЗЬ ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ И СТРУКТУР СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫХ ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ

In this work the structures of phase equilibrium diagrams of multiphase four-component systems n-hexane (n-heptane, n-octane) - cyclohexane - furfural - water were investigated. The systems are characterized by the existence of areas of three-phase separation. On the basis of the obtained data the synthesis of feasible variants of separation schemes was carried out, rational modes of functioning of each column were found, the energetically favorable variant was chosen. It was found that the use of preliminary phase separation in systems with n-hexane and n-octane is power-efficient, and the profit in case of the octane system (equimolar mixture) in comparison with the application of the first predetermined separation at the first stage is more than 25%. Certain difficulties (the high values of columns effectiveness: 60 and 40 theoretical plates) upon the separation of the hexane and heptane systems are due to the similar volatilities of n-hexane (n-heptane) and cyclohexane in the vicinity of the point of pure alkane.В настоящей работе исследованы структуры диаграмм фазового равновесия многофазных четырехкомпонентной систем: н-гексан (н-гептан, н-октан) - циклогексан - фурфурол - вода, характеризующихся наличием областей трехфазного расслаивания. На основе полученных данных: проведен синтез возможных вариантов схем разделения, подобраны рациональные режимы функционирования каждой из колонн, выбран энергетически выгодный вариант. Установлено, что использование предварительного расслаивания в системах с н-гексаном и н-октаном является энергоэффективным, причем выигрыш в случае октановой системы (эквимолярная смесь) по сравнению с применением первого заданного разделения на первой стадии составляет более 25%. Определенные трудности (высокие значения эффективностей колонн: 60 и 40 теоретических тарелок) при разделении гексановой и гептановой систем связаны с близкими летучестями н-гексана (н-гептана) и циклогексана в окрестности точки чистого алкана