Русский
English
Цели: сравнение экстрактивных агентов для разделения трехкомпонентных азеотропных смесей с использованием диаграмм избыточной энергии Гиббса на примере смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил; прогноз результатов экстрактивной ректификации.
Методы. Вычислительный эксперимент для расчетов фазовых равновесий и процесса ректификации с использование модели Non Random Two Liquid (NRTL); построение и визуализация массивов данных по избыточной энергии Гиббса для четырехкомпонентных систем с использованием алгоритма «marching cubes», реализованный на языке программирования Python.
Результаты. Проведен вычислительный эксперимент по математическому моделированию парожидкостного равновесия производных четырехкомпонентных систем, включающих разделяемые вещества метанол, тетрагидрофуран, ацетонитрил и экстрактивный агент. Построены диаграммы избыточной энергии Гиббса производных систем, проведен анализ селективных свойств экстрактивных агентов и дан прогноз результатов экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил с диметилсульфоксидом, валеронитрилом и глицерином. Прогноз подтверждён расчетами экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил с рассматриваемыми агентами для смесей разных составов. Энергоэффективным вариантом разделения является схема экстрактивной ректификации с диметилсульфоксидом.
Выводы. С использованием алгоритма marching cubes можно визуализировать массив данных состав – избыточная энергия Гиббса для четырехкомпонентных систем; показана возможность оценки селективного действия агентов и прогноза результатов экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил, что играет ключевую роль для разработки принципиальных технологических схем разделения.
Методы. Вычислительный эксперимент для расчетов фазовых равновесий и процесса ректификации с использование модели Non Random Two Liquid (NRTL); построение и визуализация массивов данных по избыточной энергии Гиббса для четырехкомпонентных систем с использованием алгоритма «marching cubes», реализованный на языке программирования Python.
Результаты. Проведен вычислительный эксперимент по математическому моделированию парожидкостного равновесия производных четырехкомпонентных систем, включающих разделяемые вещества метанол, тетрагидрофуран, ацетонитрил и экстрактивный агент. Построены диаграммы избыточной энергии Гиббса производных систем, проведен анализ селективных свойств экстрактивных агентов и дан прогноз результатов экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил с диметилсульфоксидом, валеронитрилом и глицерином. Прогноз подтверждён расчетами экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил с рассматриваемыми агентами для смесей разных составов. Энергоэффективным вариантом разделения является схема экстрактивной ректификации с диметилсульфоксидом.
Выводы. С использованием алгоритма marching cubes можно визуализировать массив данных состав – избыточная энергия Гиббса для четырехкомпонентных систем; показана возможность оценки селективного действия агентов и прогноза результатов экстрактивной ректификации смесей метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил, что играет ключевую роль для разработки принципиальных технологических схем разделения.
1. Kong Z.Y., Lee H.Y., Sunarso J. The evolution of process design and control for ternary azeotropic separation: Recent advances in distillation and future directions // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 284. P. 120 – 292.
2. Фролкова А.К., Фролкова А.В., Раева В.М., Жучков В.И. Особенности ректификационного разделения многокомпонентных смесей // Тонкие химические технологии. 2022. Т. 17. № 2. С. 87 – 106.
3. Рыжкин Д.А., Раева В.М. Анализ энергопотребления схем экстрактивной ректификации четырехкомпонентной смеси растворителей // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. Вып. 6. С. 47 – 55.
4. Benyounes H., Frolkova A.K. Aspects of multicomponent mixture separation in the presence of selective solvents // Chemical Engineering Communications. 2010. Vol. 197. P. 901 – 918.
5. Раева В.М., Стоякина И.Е. Выбор экстрактивных агентов с использованием данных состав – избыточная энергия Гиббса // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 9. С. 1320 – 1331.
6. Анохина Е.А., Рудаков Д.Г., Афаунов А.А. Энергосберегающие схемы ректификации изопропанола-сырца с применением разделяющих агентов // Химия и технология органических веществ. 2021. Т. 2. № 18. С. 19 – 29.
7. Фролкова А.В., Фролкова А.К., Рытова Е.В. Экстрактивная ректификация тройных смесей с двумя бинарными азеотропами // Chemical Bulletin. 2021. Том 4. № 4. С. 84-92.
8. Челюскина Т.В., Бедретдинов Ф.Н., Потемин С.А. Применение фракционирования и экстрактивной ректификации для разделения смеси бутилпропионат-пропионовая кислота-бутилбутират-масляная кислота // Теор. основы хим. технологии. 2024. Т. 58. № 1. С. 122 – 128.
9. Fan S., Cheng Y., Cheng X., Xia T., Li J., Li J., Sun L. Design and optimization of extractive distillation for separating methyl ethyl ketone/isopropanol/n-heptane ternary azeotropes // Separation and Purification Technology. 2026. Vol. 381. P. 135559.
10. Wu T., Wang C., Zhuang Y., Xu H., Du J. Control of extractive distillation processes with preconcentration for the separation of ternary azeotropic mixture ethyl acetate-ethanol-water in the face of multiple feed disturbances // Separation and Purification Technology. 2025. Vol. 354. P. 129297.
11. Ryzhkin D.A., Raeva V.M., Frolkova A.K. Regularities of extractive distillation of the methanol-acetonitrile-tetrahydrоfuran-water mixture under various pressures // Theor. Found. Chem. Eng. 2024. Vol. 58. P. 202 – 210.
12. Wang Y., Bu G., Geng X., Zhu Z., Cui P., Liao Z. Design optimization and operating pressure effects in the separation of acetonitrile/methanol/water mixture by ternary extractive distillation // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 218. P. 212 – 224.
13. Новрузова А.Н., Раева В.М. Сравнение селективного действия экстрактивных агентов при разделении смеси метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил // Булатовские чтения. 2023. Т. 2. С. 106 – 111.
14. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: в 2-х ч. Ч. 1. М.: Мир, 1989. 304 с.
15. Standard Reference Database of National Institute of Standards and Technology (NIST). 2022. № 69. URL: https://doi.org/10.18434/T4D303
16. Lorensen W.E., Cline H.E. Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm // ACM Computer Graphics. 1987. Vol. 21. Issue 4. P. 163 – 169.
17. Эрнандес Фариас Д.И., Гусман Кабрера Р., Кордова Фрага Т., Уамани Луна Х.З., Гомез Агилар М. Модификация алгоритма Marching Cubes для получения трехмерного представления плоского изображения // Труды ИСП РАН. 2020. Том 32. Вып. 5. С. 167 – 180.
2. Фролкова А.К., Фролкова А.В., Раева В.М., Жучков В.И. Особенности ректификационного разделения многокомпонентных смесей // Тонкие химические технологии. 2022. Т. 17. № 2. С. 87 – 106.
3. Рыжкин Д.А., Раева В.М. Анализ энергопотребления схем экстрактивной ректификации четырехкомпонентной смеси растворителей // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. Вып. 6. С. 47 – 55.
4. Benyounes H., Frolkova A.K. Aspects of multicomponent mixture separation in the presence of selective solvents // Chemical Engineering Communications. 2010. Vol. 197. P. 901 – 918.
5. Раева В.М., Стоякина И.Е. Выбор экстрактивных агентов с использованием данных состав – избыточная энергия Гиббса // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 9. С. 1320 – 1331.
6. Анохина Е.А., Рудаков Д.Г., Афаунов А.А. Энергосберегающие схемы ректификации изопропанола-сырца с применением разделяющих агентов // Химия и технология органических веществ. 2021. Т. 2. № 18. С. 19 – 29.
7. Фролкова А.В., Фролкова А.К., Рытова Е.В. Экстрактивная ректификация тройных смесей с двумя бинарными азеотропами // Chemical Bulletin. 2021. Том 4. № 4. С. 84-92.
8. Челюскина Т.В., Бедретдинов Ф.Н., Потемин С.А. Применение фракционирования и экстрактивной ректификации для разделения смеси бутилпропионат-пропионовая кислота-бутилбутират-масляная кислота // Теор. основы хим. технологии. 2024. Т. 58. № 1. С. 122 – 128.
9. Fan S., Cheng Y., Cheng X., Xia T., Li J., Li J., Sun L. Design and optimization of extractive distillation for separating methyl ethyl ketone/isopropanol/n-heptane ternary azeotropes // Separation and Purification Technology. 2026. Vol. 381. P. 135559.
10. Wu T., Wang C., Zhuang Y., Xu H., Du J. Control of extractive distillation processes with preconcentration for the separation of ternary azeotropic mixture ethyl acetate-ethanol-water in the face of multiple feed disturbances // Separation and Purification Technology. 2025. Vol. 354. P. 129297.
11. Ryzhkin D.A., Raeva V.M., Frolkova A.K. Regularities of extractive distillation of the methanol-acetonitrile-tetrahydrоfuran-water mixture under various pressures // Theor. Found. Chem. Eng. 2024. Vol. 58. P. 202 – 210.
12. Wang Y., Bu G., Geng X., Zhu Z., Cui P., Liao Z. Design optimization and operating pressure effects in the separation of acetonitrile/methanol/water mixture by ternary extractive distillation // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 218. P. 212 – 224.
13. Новрузова А.Н., Раева В.М. Сравнение селективного действия экстрактивных агентов при разделении смеси метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил // Булатовские чтения. 2023. Т. 2. С. 106 – 111.
14. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: в 2-х ч. Ч. 1. М.: Мир, 1989. 304 с.
15. Standard Reference Database of National Institute of Standards and Technology (NIST). 2022. № 69. URL: https://doi.org/10.18434/T4D303
16. Lorensen W.E., Cline H.E. Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm // ACM Computer Graphics. 1987. Vol. 21. Issue 4. P. 163 – 169.
17. Эрнандес Фариас Д.И., Гусман Кабрера Р., Кордова Фрага Т., Уамани Луна Х.З., Гомез Агилар М. Модификация алгоритма Marching Cubes для получения трехмерного представления плоского изображения // Труды ИСП РАН. 2020. Том 32. Вып. 5. С. 167 – 180.
Ванюшин А.С., Раева В.М. Использование диаграмм избыточной энергии Гиббса четырехкомпонентных систем для выбора экстрактивных агентов: // Chemical Bulletin. 2026. Том 9. № 2. 4. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2026-9-2-4