Методика исследования фазового равновесия жидкость — жидкость в трехкомпонентных системах со смешанным растворителем N-метилпирролидон — этиленгликоль (90/10 % мас.). Сравнение экспериментальных данных с расчетными по Aspen Hysys | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля, печатный экземпляр отправим 10 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №27 (369) июль 2021 г.

Дата публикации: 03.07.2021

Статья просмотрена: 85 раз

Библиографическое описание:

Баранова, Н. С. Методика исследования фазового равновесия жидкость — жидкость в трехкомпонентных системах со смешанным растворителем N-метилпирролидон — этиленгликоль (90/10 % мас.). Сравнение экспериментальных данных с расчетными по Aspen Hysys / Н. С. Баранова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 27 (369). — С. 85-88. — URL: https://moluch.ru/archive/369/83056/ (дата обращения: 28.03.2024).



В данной работе описывается серия опытов одноступенчатой экстракции растворителем N-метилпирролидон — этиленгликоль(N-MП-ЭГ) (90/10 %мас.) арена или гетероатомного соединения из модельной смеси с н-ундеканом; сравнение данных, полученных в ходе эксперимента, с расчетными в Aspen HYSYS по методу UNIFAC.

Ключевые слова: экстракция, N-метилпирролидон, этиленгликоль, степень извлечения, выход рафината, Aspen Hysys.

Одноступенчатые экстракции ряда аренов и гетероциклических компонентов смешанным растворителем N-МП-ЭГ (90/10 % мас.) проводили из смеси с ундеканом при массовом соотношении растворитель:сырьё 1:1 и 25 °С при атмосферном давлении. Содержание экстагируемого компонента в сырье (бинарной системе с алканом) 10 %мас.

Экстрагируемые компоненты (арены и/или гетероатомные соединения), их брутто-формулы, молекулярные массы и нормальные температуры кипения приведены в таблице 1 [1,2].

Таблица 1

Экстрагируемые компоненты и их свойства

Экстрагируемый компонент

Брутто-формула

М, г/моль

t кип., °С

Дибензотиофен

С12Н8S

184

331.5

Дифениламин

С12Н11N

169

302.0

Индол

С8Н7N

117

253.0

Экстрагируемый компонент

Брутто-формула

М, г/моль

t кип., °С

Карбазол

С12Н9N

167

354.7

Флуорантен

С16Н10

202

382.8

Пирен

С16Н10

202

394.8

Нафталин

С10Н8

128

218.0

Дифенил

С12Н10

154

255.0

Бензол

С6Н6

78

80.1

Далее составлялся материальный баланс для псевдотройной системы ундекан — экстрагируемый компонент — N-MП-ЭГ (90/10 %мас.). Затем по материальным балансам для каждой из систем были рассчитаны следующие основные параметры процесса экстракции: коэффициенты распределения и разделения компонентов, степень извлечения экстрагируемого компонента, выход рафината (табл. 2).

Коэффициент распределения i-го компонента К i рассчитывается по формуле:

(1)

где содержание i-компонента в экстрактной фазе, % мас.;

содержание i-компонента в рафинантной фазе, % мас.

Коэффициент разделения компонентов β представляет собой отношение коэффициентов распределения пары компонентов друг к другу. Для данной работы представляют интерес коэффициенты разделения н-ундекана и экстрагируемого компонента, поэтому β рассчитывается по формуле:

(2)

где К 2 — коэффициент распределения экстрагируемого компонента;

К 1 — коэффициент распределения н-ундекана.

Степень извлечения компонента α показывает, какая часть экстрагируемого компонента, содержащегося в сырье, была извлечена растворителем и перешла в экстрактную фазу. Степень извлечения рассчитывается следующим образом:

α =

(3)

где масса экстрагируемого компонента в экстрактной фазе, г;

масса экстрагируемого компонента в сырье, г.


Таблица 2

Экспериментальные данные о равновесии жидкость — жидкость в трехкомпонентных системах н-ундекан (1) — экстрагируемый компонент (2) N -метилпирролидон-этиленгликоль (3) при 25 °С

Компонент

рафинантная фаза

экстрактная фаза

К1

К2

β

α, %мас.

Выход рафина-та, % мас.

Х1

Х2

Х1

Х2

1

Бензол

92,3

2,40

2,71

6,71

0,03

2,84

96,6

74,7

90,6

2

Дибензотиофен

94,0

1,37

11,5

7,07

0,12

5,16

42,0

89,4

75,8

3

Нафталин

90,3

1,82

10,4

7,79

0,12

4,28

37,3

84,7

89,7

4

Пирен

92,0

2,84

10,5

4,77

0,11

1,68

14,8

70,8

85,6

5

Индол

88,1

0,77

13,9

7,35

0,16

9,55

60,4

92,9

75,2

6

Карбазол

84,4

0,2

11,6

4,03

0,14

20,2

147

95,3

84,6

7

Флуорантрен

71,5

2,67

12,1

8,15

0,17

3,05

18,0

71,5

81,6

8

дифениламин

72,6

1,26

11,7

9,74

0,16

7,73

48,0

86,7

80,2

9

дифенил

96,4

1,62

11,0

7,3

0,11

4,51

39,6

87,3

77,8


Соединениями с несколькими ароматическими кольцами экстрагируются легче, чем с одним ароматическим кольцом. А также соединения, имеющие гетероатом превосходят по извлечению другие соединения, особенно, если этот гетероатом — азот. Чем больше N-МП содержится в рафинатной фазе, тем больше остается в ней соединений ароматического характера, образующих с молекулами растворителя — комплексы; с протонодонорными компонентами (дифениламином, индолом, карбазолом) N-МП образует еще и водородные связи, и со всеми гетероциклическими соединениями, имеющими дипольные моменты, проявляются и ориентационные взаимодействия.

Представляет интерес сравнить данные, полученные в ходе эксперимента, с расчетными в Aspen HYSYS по методу UNIFAC.

Метод UNIFAC (UNIQUAC функциональная группа Activity Coefficients) — это полуэмпирическая система для прогнозирования неэлектролитной активности в неидеальных смесях. UNIFAC использует функциональные группы, присутствующие в молекулах, составляющих жидкую смесь, для расчёта коэффициентов активности. Используя взаимодействия для каждой из функциональных групп, присутствующих в молекулах, а также некоторые коэффициенты бинарного взаимодействия, можно рассчитать активность каждого из растворов. Эта информация может быть использована для получения информации о жидкостном равновесии, которая полезна во многих термодинамических расчётах, таких как химический реактор расчёт и дистилляция.

Также программой рассчитываются материальные балансы и значения коэффициентов распределения i-го компонента К i ; коэффициентов разделения (β) н-ундекана и экстрагируемого компонента; степени извлечения α.

Обобщенные результаты экстракции для исследованных в работе систем, рассчитанные с использованием программы Aspen HYSYS по методу UNIFAC, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Расчетные данные о равновесии жидкость-жидкость в трехкомпонентных системах н-ундекан (1) — экстрагируемый компонент (2) N - M П:ЭГ (3) при 25 °С

Компонент

рафинантная фаза

экстрактная фаза

К1

К2

β

α, % мас.

Выход рафината, % мас.

Х1

Х2

Х1

Х2

Бензол

85,28

5,83

1,18

4,09

0,014

0,70

50,1

39,2

95,0

Дибензотиофен

85,74

1,17

1,38

9,10

0,016

7,78

486

87,9

89,9

Компонент

рафинантная фаза

экстрактная фаза

К1

К2

β

α, % мас.

Выход рафината, % мас.

Х1

Х2

Х1

Х2

Нафталин

82,19

4,87

1,41

5,15

0,017

1,06

61,8

47,4

94,0

Пирен

85,61

2,52

1,30

7,67

0,015

3,04

200

73,9

91,4

Индол

86,99

0,58

1,01

9,63

0,012

16,6

1383

94,1

89,6

Карбазол

88,86

0,2

0,87

9,83

0,01

49,2

5020

98,0

89,3

Флуорантрен

85,03

2,87

12,9

7,21

0,152

2,51

16,5

68,9

91,7

Дифениламин

86,96

1,51

1,37

8,63

0,016

5,71

363

84,6

90,2

Дифенил

82,06

5,13

1,31

4,84

0,016

0,94

56,0

44,5

94,4

Экспериментальные данные, приведенные в таблице 2, удовлетворительно согласуются по составам равновесных фаз и степени извлечения экстрагируемых компонентов с расчетными данными в таблице 3. Таким образом, для примерных расчетов допустимо использование метода UNIFAC c целью моделирования фазовых равновесий в подобных тройных системах.

Литература:

  1. Гайле, А. А. Процессы разделения и очистки продуктов переработки нефти и газа / А. А. Гайле, В. Е. Сомов, А. В. Камешков. — 2. — 2018: Химиздат, 2018. — 432 c.
  2. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов (рекомендуемые значения) / под ред. В. М. Татевского. — М.: Гостоптехиздат, 1960. — 412 с.
Основные термины (генерируются автоматически): UNIFAC, экстрагируемый компонент, HYSYS, фаза, компонент, коэффициент распределения, UNIQUAC, коэффициент разделения, содержание i-компонента, ходя эксперимента.


Ключевые слова

Экстракция, этиленгликоль, степень извлечения, N-метилпирролидон, выход рафината, Aspen Hysys

Похожие статьи

Моделирование коэффициентов активности компонентов...

Остапчук, А. В. Моделирование коэффициентов активности компонентов системы ацетон — пропанол с помощью уравнений Вильсона, NRTL и UNIFAC / А. В. Остапчук.

Рис. 1. График зависимости общего давления в системе от содержания ацетона в жидкой и газовой фазах.

Моделирование коэффициентов активности для бинарной...

Коэффициенты активности компонентов при x 1 = 40 % мол. методом UNIFAC: при γ 1 = 1,676 с погрешностью расчета Δ 1 = 2,86 % и при γ 2 = 1,157 с погрешностью расчета Δ 2 = 3,50 %. Литература: Гайле, А. А. Процессы разделения и очистки продуктов переработки нефти и газа...

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Для описания зависимости коэффициентов активности компонентов от состава фазы предложен ряд полуэмпирических уравнений.

Наиболее полный набор параметров группового взаимодействия представлен в работах [6] для модели UNIFAC.

Моделирование процесса разделения фракций реакционной...

Для расчета термодинамических свойств компонентов фракций использовали метод Peng-Robinson.

Модель колонны К-1, предназначенной для разделения фракций, и её обвязка с аппаратами технологической схемы показаны на рисунках 3 и 4. Разделением компонентов...

Моделирование коэффициентов активности компонентов...

4) Коэффициенты активности компонентов системы рассчитаны по методу UNIFAC.

В связи с низким общим давлением в системе при заданной температуре и отсутствием сильной ассоциации компонентов в паровой фазе считаем данную паровую систему идеальной.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Представлен анализ проблемы построения колонны реактивной ректификации в программном продукте Honeywell Unisim на примере процесса мономеризации дициклопентадиена, определена акутальность этой проблемы, а также возможным пути решения.

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Ахметов, К. Т. Определение активности компонентов в биметаллическом расплаве / К. Т. Ахметов, К. Ж. Симбатов.

В реальных металлургических расплавах протекают химические взаимодействия двух или более компонентов, сопровождающиеся непосредственно...

Похожие статьи

Моделирование коэффициентов активности компонентов...

Остапчук, А. В. Моделирование коэффициентов активности компонентов системы ацетон — пропанол с помощью уравнений Вильсона, NRTL и UNIFAC / А. В. Остапчук.

Рис. 1. График зависимости общего давления в системе от содержания ацетона в жидкой и газовой фазах.

Моделирование коэффициентов активности для бинарной...

Коэффициенты активности компонентов при x 1 = 40 % мол. методом UNIFAC: при γ 1 = 1,676 с погрешностью расчета Δ 1 = 2,86 % и при γ 2 = 1,157 с погрешностью расчета Δ 2 = 3,50 %. Литература: Гайле, А. А. Процессы разделения и очистки продуктов переработки нефти и газа...

Корреляционно-предсказывающие модели условий фазового...

Для описания зависимости коэффициентов активности компонентов от состава фазы предложен ряд полуэмпирических уравнений.

Наиболее полный набор параметров группового взаимодействия представлен в работах [6] для модели UNIFAC.

Моделирование процесса разделения фракций реакционной...

Для расчета термодинамических свойств компонентов фракций использовали метод Peng-Robinson.

Модель колонны К-1, предназначенной для разделения фракций, и её обвязка с аппаратами технологической схемы показаны на рисунках 3 и 4. Разделением компонентов...

Моделирование коэффициентов активности компонентов...

4) Коэффициенты активности компонентов системы рассчитаны по методу UNIFAC.

В связи с низким общим давлением в системе при заданной температуре и отсутствием сильной ассоциации компонентов в паровой фазе считаем данную паровую систему идеальной.

Проблема построения модели колонны реактивной ректификации...

Представлен анализ проблемы построения колонны реактивной ректификации в программном продукте Honeywell Unisim на примере процесса мономеризации дициклопентадиена, определена акутальность этой проблемы, а также возможным пути решения.

Определение активности компонентов в биметаллическом...

Ахметов, К. Т. Определение активности компонентов в биметаллическом расплаве / К. Т. Ахметов, К. Ж. Симбатов.

В реальных металлургических расплавах протекают химические взаимодействия двух или более компонентов, сопровождающиеся непосредственно...

Задать вопрос