авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
-- [ Страница 1 ] --

Российское химическое общество им. Д. И. Менделеева

Московское химическое общество им. Д. И. Менделеева

Российский Союз химиков

Российский химико-технологический

университет им. Д. И. Менделеева

ИННОВАЦИОННЫЕ

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ

МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКТОВ

II МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

РОССИЙСКОГО ХИМИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА

имени Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

28 сентября 2010 года Тезисы докладов Москва 2010 УДК (620.9+553.982.2):66(063) ББК 31.15:35.35:65.9(2)304.13 И66 Инновационные химические технологии и биотехнологии И66 материалов и продуктов II Международная конференция Российского химического общества им. Д. И. Менделеева : тезисы докладов. – М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева 2010 – 404 c.

ISBN 978-5-7237-0865- Сборник тезисов докладов содержит материалы современных научных, технологических производственных разработок в области химической и нефтехимической технологии, биотехнологии и родственных областях.

Сборник предназначен для научных, инженерно-технических работников и аспирантов НИИ, вузов, промышленных предприятий.

Редакционная коллегия:

П. Д. Саркисов, Е. Г. Винокуров, Н. Р. Косинова, Н. Н. Кулов УДК (620.9+553.982.2):66(063) ББК 31.15:35.35:65.9(2)304. ISBN 978-5-7237-0865-5 © Российское химическое общество им. Д. И. Менделеева, © Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 2-я Международная конференция Российского химического общества им. Д. И. Менделеева «ИННОВАЦИОННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКТОВ»

Председатель конференции: академик Саркисов П. Д., Сопредседатели: профессор Кулов Н. Н.

член-корреспондент РАН Мешалкин В. П.

Программный комитет Председатель: профессор Кулов Н. Н.

профессор Гордеев Л. С.

профессор Дмитриев Е. А.

доцент Винокуров Е. Г.

Организационный комитет Председатель: академик Саркисов П. Д.

Зам. председателя: профессор Кулов Н. Н.

Учёный секретарь: Косинова Н. Р.

Члены оргкомитета: профессор Баранов Д. А.

Богачёв Н. Н.

профессор Голубков С. В.

академик Золотов Ю. А.

профессор Иванов В. П.

член-корреспондент РАН Койфман О. И.

профессор Колесников В. А.

член-корреспондент РАН Ляхов Н. З.

член-корреспондент РАН Мешалкин В. П.

член-корреспондент РАН Новаков И. А.

профессор Тимофеев В. С.

академик Цивадзе А. Ю.

Контакты Богачёв Н. Н. (зам. председателя МХО им. Д. И. Менделеева) – тел.:(495) 625-86- Винокуров Е. Г. (исп. директор РХО им. Д. И. Менделеева) – тел./факс: (499) 978-85- Косинова Н. Р. (ученый секретарь РХО им. Д. И. Менделеева), тел: (495) 632-18- 2-ю Международную конференцию Российского химического общества им. Д. И. Менделеева «ИННОВАЦИОННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКТОВ»

и конференцию-спутник молодых учёных поддерживают Российский Союз химиков ЗАО «Росхимнефть»

ЗАО «Экспоцентр»

Секция 1.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ И ЭТИЛАЦЕТАТА ПО КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЕ А. М. Алиев, А. З. Таиров, Ф. В. Алиев, А. Р. Сафаров* Институт Химических Проблем им. М.Ф.Нагиева НАН Азербайджана, AZ1143, г. Баку, просп. Г.Джавида 29, Тел.: (99412) 439-91-95, Fax: (99412) 510-85-93, E-mail: agil_s@mail.ru Уксусная кислота и этилацетат являются важными продуктами органического синтеза и широко используются как в промышленности, так и в быту. Однако существующие промышленные способы получения данных продуктов обладают рядом недостатков. Эти недостатки вызваны большой энергоемкостью проводимых процессов и использованием агрессивных субстанций, вызывающих экологические проблемы. Поэтому большой практический и теоретический интерес представляет поиск более совершенной технологии получения данных соединений.

За последние годы большое применение приобрели катализаторы, приготовленные на основе цеолитов. Цеолиты являются экологически чистым природным сырьём. Благодаря своим структурным особенностям, высокой термической и химической стабильности цеолиты непосредственно и в качестве носителей широко используются при исследованиях в различных областях катализа.

В лаборатории Института Химических Проблем имени М.Ф.Нагиева НАН Азербайджана разработаны эффективные цеолитные катализаторы для парофазных процессов: окисления этилового спирта в уксусную кислоту и этерификации уксусной кислоты этиловым спиртом в этилацетат. На основе природного цеолита – клиноптилолита (кристалличность 80-85%, SiO2/Al2O3=8.68) Айдагского месторождения Азербайджана был синтезирован высокоактивный катализатор для парофазного окисления этилового спирта в уксусную кислоту, содержащий ионы Cu2+, Mn2+ и Pd2+ в количестве 0.25, 0.05, 0.05 мас.% соответственно. Для процесса парофазной этерификации уксусной кислоты этиловым спиртом исследована активность ряда цеолитных катализаторов. В результате исследований было выявлено, что катализатор цеолит проявляет относительно высокую активность.

Учитывая растущие потребности, как в уксусной кислоте, так и в этилацетате нами была разработана комбинированная технология процессов получения уксусной кислоты и этилацетата на основе высокоэффективных цеолитных катализаторов.

Разработанная нами комбинированная технология предполагает создание сложной химико-технологической системы (ХТС) состоящей из двух стадий. В первой стадии процесса происходит парофазное каталитическое окисление этилового спирта в уксусную кислоту, а во второй – парофазная этерификация части полученной уксусной кислоты из первой стадии процесса этиловым спиртом с целью получения заданного количества этилацетата. Промышленная реализация данной комбинированной технологии требовала его оптимального проектирования. Разработанная нами методика оптимального проектирования данной ХТС предполагала вначале проведение локальной оптимизации второго процесса с целью определения необходимого количества уксусной кислоты, которое следует подавать из первого реакторного элемента во второй с целью получения заданного количества этилацетата (3500 кг/час). Значение 3500 кг было принято исходя из потребности Азербайджана в этилацетате.





С этой целью согласно методике оптимального проектирования, как для первой, так и для второй стадии процесса были изучены их кинетические закономерности и на их основе разработаны теоретически-обоснованные кинетические модели. Однако, как известно кинетика не определяет весь процесс в целом. Поэтому для каждой стадии процесса были разработаны их полные математические модели, где уравнение кинетики для каждой стадии процесса было дополнено соответствующим уравнением теплового баланса и уравнением гидродинамики.

Затем на основе кинетической модели этерификации уксусной кислоты этиловым спиртом была проведена теоретическая оптимизация данного процесса. Были определены оптимальные мольные соотношения уксусной кислоты к этиловому спирту () при заданных температурах (Т) соответствующему максимальному съему этилацетата с единицы массы катализатора. В результате теоретической оптимизации нами были приняты следующие оптимальные значения температуры и мольного соотношения уксусной кислоты к этиловому спирту: Т=1850С;

=2.5.

По оптимальным значениям параметров (Т=1850С;

=2.5) математической модели процесса (включая уравнение кинетики и теплового баланса) определено оптимальное значение катализатора G=500 кг для второго реакторного элемента.

Принятое количество катализатора обеспечивает полное превращение этилового спирта (конверсия спирта Хк=100%) и позволяет получить заданное количество этилацетата (3500 кг/час). Согласно производительности реактора по этилацетату и стехиометрическому балансу реакции количество этилового спирта подаваемого в этот реактор составило 40 кмоль/час. Тогда, согласно ранее найденному мольному соотношению уксусной кислоты к этиловому спирту (=2.5) для достижения максимальной производительности катализатора, количество уксусной кислоты на входе во второй реактор должно быть 100 кмоль/час.

Учитывая, что стехиометрические коэффициенты уксусной кислоты и этилового спирта равны единице, в контуре второго реактора должно рециркулировать 60 кмоль/час непревращенной уксусной кислоты, так как кмоль/час будет реагировать с этиловым спиртом, превращаясь в этилацетат.

Таким образом, для второй стадии процесса необходимо подавать 1840 кг/час (40 кмоль/час) этилового спирта и 6000 кг/час (100 кмоль/час) уксусной кислоты (из них 2400 кг/час, или 40 кмоль/час свежей и 3600 кг/час, или 60 кмоль/час рециркулирующей уксусной кислоты). Исходя из этих соображений, критерий оптимизации для первой стадии процесса был сформулирован следующим образом: Gу.к. 2400 кг/час (количество уксусной кислоты);

1500 C T 2500 C (температура процесса);

0.5 3 (мольные соотношения кислорода к этиловому спирту);

0 Gкат N10 150 (отношение массы катализатора к входному значению этилового спирта, время контакта).

При такой постановке задачи оптимизации значительное количество этилового спирта превращается в диоксид углерода (СО2), что приводит к снижению селективности процесса. Поэтому в задаче оптимизации было включено дополнительное ограничение на выход диоксид углерода в виде GCO2Gспирт. В итоге для первой стадии процесса были найдены следующие оптимальные значения параметров: =9,95% ( – доля этилового спирта превращенного в СО2);

Хк=59% (конверсия этилового спирта);

Т0С=2500С;

Gкат=5220 кг;

GСО2=1073 кг/час;

Gук(количество уксусной кислоты)=3255 кг/час;

=2.5. Принципиальная технологическая схема рассматриваемой ХТС представлена на рис. 1.

Рис.1. Принципиально-технологическая схема процессов получения уксусной кислоты и этилацетата по комбинированной технологии. R1-реактор окисления этилового спита в уксусную кислоту;

R2-реактор этерификации уксусной кислоты этиловым спиртом;

I - газоразделитель;

II - емкость для сбора уксусной кислоты;

III - емкость для сбора этилацетата;

K1, K2, K3, K4, K5 – ректификационные колонны: K1-разделение ацетальдегида;

K2-разделение азеотропной смеси от общей смеси, часть которой рециркулирует, а часть направляется во второй реактор;

K3 – разделение воды от уксусной кислоты;

K4-разделение этилацетата;

K5 - разделение воды от уксусной кислоты.

ПРОВОДИМОСТЬ НЕКОТОРЫХ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ *Ю. М. Артемкина, 2Н. В. Плешкова, 2К. Р. Седдон, 1В. В. Щербаков Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, Миусская п., 9, тел. (499) 978-87-51, yulyart@mail.ru Королевский Университет Белфаста, Белфаст, Северная Ирландия, Stranmillis Road, Belfast, BT9 5AG, Northern Ireland, UK, nataplecha@mail.ru В настоящее время к химическим производствам предъявляется ряд требований, из которых наиболее значимым является экологическая чистота, отсюда следует актуальность разработки технологий, не загрязняющих окружающую среду. Наибольшее число производственных химических процессов протекают в жидкой фазе, причем в качестве растворителей кроме воды используются также различные неорганические и органические вещества.

К растворителям, используемым в химической технологии, предъявляются строгие требования по токсичности, взрывоопасности, воспламеняемости, термической устойчивости и др.

Ионные жидкости (ИЖ) являются одним из перспективных классов растворителей для химической технологии. Органические и неорганические вещества обладают хорошей растворимостью в ионных жидкостях. Так как ИЖ остаются жидкими в широком интервале температур, не летучи, не воспламеняются и термически очень устойчивы, они очень удобны в использовании для проведения в них различных химико-технологических процессов. К достоинствам ИЖ следует отнести также то, что их химические свойства можно изменять в широких пределах путем соответственного подбора и комбинации входящих в их состав катионов и анионов. Следует отметить, что большинство ионных жидкостей менее токсичны по сравнению с другими органическими растворителями.

Исследовать ионные жидкости начали сравнительно недавно, но, несмотря на это, они уже начинают использоваться в различных процессах в качестве катализаторов, в органическом синтезе, в различных электрохимических системах. Процессы алкилирования и аллилирования в ИЖ, например, протекают более эффективно, чем в таких традиционных растворителях, как диметилсульфоксид и дихлорметан. Изучение комплексообразования в ионных жидкостях показало, что с использованием ИЖ можно осуществлять процессы окисления, гидрирования, полимеризации и другие целенаправленные реакции.

Топливные элементы с ИЖ в качестве электролита работают с очень высокой эффективностью даже при комнатной температуре.

Несмотря на значительный интерес к ионным жидкостям, их электрохимические свойства, в частности, электропроводность (ЭП) изучены недостаточно.

Следует отметить, что в литературе отсутствуют данные по зависимости ЭП и энергии активации ЭП ионных жидкостей от температуры. Эти данные необходимы для подбора электролитов топливных элементов на основе ИЖ, повышения эффективности проводимых с использованием ионных жидкостей процессов путем наложения внешних электромагнитных полей. В связи с этим в настоящей работе кондуктометрическим методом исследованы следующие ионные жидкости: 1-бутил-3-метилимидазолий бис{(трифторметил)сульфонил} амид (ИЖ I), 1-бутил-3-метилимидазолий трифторметансульфонат (трифлат) (ИЖ-II), 1 октил-3-метилимидазолий трифлат (ИЖ-III) и 1-бутил-3-метилпиридиний бис{(трифторметил)сульфонил}амида (ИЖ-IV). ИЖ-I и ИЖ-II содержат одинаковый катион. ИЖ II и III, а также ИЖ I и IV имеют в своем составе одинаковые анионы.

Проводимость ионных жидкостей в диапазоне температур 20 – 220 оС определялась с помощью цифрового автоматического моста переменного тока Е 7– 20 в интервале частот 0,5–50 кГц. С целью учета влияния поляризационных процессов на результаты кондуктометрических измерений искомое сопротивление растворов находилось экстраполяцией его измеренного значения R к бесконечной частоте в координатах R–1/F. В интервале температур 20 – 80оС в качестве термостатирующей жидкости использовалась вода. При высоких температурах термостатирование проводилось с использованием глицерина. Максимальная погрешность измерения удельной ЭП ионных жидкостей не превышала 1 %.

Удельная электропроводность исследованных ионных жидкостей повышается с ростом температуры t во всём исследованном её интервале. Значения удельной ЭП содержащих одинаковый катион (имидазолий трифлат) ИЖ-I и ИЖ-II близки во всем исследованном интервале температур. Удельная ЭП ИЖ-III в 3– раза ниже проводимости ИЖ-I, ИЖ-II и ИЖ-IV. Этот факт объясняется тем, что октильная цепь длиннее бутильной. ЭП ИЖ-IV, содержащей катион 1-бутил-3 метилпиридиний ниже, чем ИЖ-I и ИЖ-II, содержащих катион имидазолий трифлат, что может быть связано с большей ассоциацией ионов в ИЖ-IV. Таким образом, удельная ЭП исследованных ИЖ определяется, в основном, природой катиона. И в меньшей степени зависит от строения аниона.

На основе результатов измерений удельной ЭП для всех исследованных ИЖ были рассчитаны величины энергии активации проводимости Е. Энергии активации ЭП исследованных жидкостей располагаются в следующем ряду:

Е(ИЖ-III) Е(ИЖ-II) Е(ИЖ-IV) Е(ИЖ-I).

При этом, если значения Е ИЖ-I, ИЖ-II и ИЖ-IV совпадают в пределах погрешности их определения, то энергия активации ЭП ИЖ-III существенно выше, в особенности при низких температурах. Как следует из полученных данных, повышение температуры приводит к снижению энергии активации электропроводности, что обусловлено, по-видимому, уменьшением их вязкости.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПИРОЛИЗА ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ИХ СМЕСЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ А. И. Бабаев, А. М. Алиев, А. З.Таиров*, А. М. Гусейнова, Н. Р. Исмаилов Институт Химических Проблем им. М.Ф.Нагиева НАН Азербайджана, AZ1143, г. Баку, просп. Г. Джавида 29, Тел.: (99412) 439-91-95, Fax: (99412) 510-85-93, E-mail: abid_tahirov@mail.ru На основе разработанной в Институте Химических Проблем НАН Азербайджана общей методики для оптимального проектирования процессов пиролиза парафиновых углеводородов С2-С4 и их смесей с обратной связью проведено исследование промышленных процессов пиролиза пропана, этана и этана совместно с бутан-бутиленовой фракцией. Составлены их полные математические модели, основанные на кинетическом, термодинамическом и гидродинамическом анализах протекающих в реакторах процессов, а также с учетом особенностей проведения процессов с рециркуляцией непрореагировавшего сырья. При исследовании процессов по разработанным для каждого процесса моделям в качестве критериев оптимальности принимали суммарный выход целевых продуктов (этилен +пропилен), а также относительные выходы этих компонентов на пропущенную общую загрузку реактора.

В случае пиролиза пропана на рециркуляцию подавались не все выходящие из реактора продукты, а только непрореагировавшие пропан и этан, т.к. именно они по первичным реакциям превращаются в целевые.

Исследование процесса проводили в широком интервале изменения варьируемых переменных: температуры и давления на входе в реактор при ограничении на конечное давление и общий загрузки реактора. В результате оптимизации процесса были определены оптимальные значения загрузок, соответствующих максимальным выходам целевых продуктов, а также выведены формулы для определения оптимальной входной температуры и оптимальной доли рециркулята. Для комплексной оптимизации процесса вводился экономический критерий оптимальности – себестоимость целевых продуктов. Сравнение расчетной и заводской себестоимостей показало, что проведение процесса в рекомендуемых оптимальных условиях, определенных по математической модели, имеет значительные преимущества перед существующим проведением его в промышленности и дает значительный годовой экономический эффект.

Предложен способ оптимального управления многопоточной пиролизной печью, преимущество которого состоит в более обоснованной оценке состояния каждого из змеевиков печи с учетом перепада температур и давлений на каждом из змеевиков, что позволяет более рационально распределить сырьевую нагрузку между ними и тем самым увеличить производительность печи, а, значит, и прибыль завода.

Разработана схема управления четырехпоточной пиролизной печью по предлагаемому способу. В случае процесса пиролиза этана дополнительно к известной стехиометрической модели Сноу и Шатта впервые были учтены реакции образования СО и СО2, которые наблюдаются в промышленных условиях.

Для выяснения влияния состава поступающего на пиролиз сырья на основные показатели процесса рассматривали два случая:

1. в качестве сырья использовался практически чистый этан, а количество рециркулята бралось равным количеству всего непрореагировавшего этана на выходе из реактора;

в этом случае составы рециркулята и свежей загрузки совпадают;

2. сырье-этан, рециркулят-(этан +метан) т.е. указанные составы не одинаковы. Сравнение обоих случаев проведения процесса говорит о преимуществах использования этана в качестве сырья для пиролиза при одинаковых составах сырья и рециркулята. Однако может оказаться, что затраты на разделение для получения чистого этана столь значительны, что будет более выгодным использовать в качестве сырья углеводородную смесь. В отличие от осуществления процесса пиролиза этана в промышленности при средней постоянной теплонапряженности по всей длине змеевика предложен способ позонного подвода топливного газа к змеевику. Перед нами стояла задача найти такое оптимальное распределение тепла по зонам реактора, которая принесла бы заводу наибольшую прибыль при наименьших усилиях. Для нахождения оптимального температурного профиля по длине змеевика оптимизацию проводили в два этапа.

По найденному для каждого выбранного варианта оптимальному температурному профилю определяли полезное тепло печи, необходимое для подвода к реакционной поверхности к-ой зоны, а также оптимальные значения теплонапряженностей и оптимальные количества топливного газа, которое необходимо поднести к к-ой зоне.

Количество и длина зон, на которые разбивался змеевик, выбирались в зависимости от кривой оптимального температурного профиля. Сделан расчет прибыли завода от применения предлагаемого способа позонного подвода топливного газа. На основании результатов оптимизации получено аналитическое выражение для определения необходимого количество подводимого к к-ой зоне топливного газа, которое можно использовать также при любых измененных условиях на входе в реактор.

С целью проведения промышленного эксперимента в газовую печь пиролиза одновременно с этаном подавалось и фракция БИФ (н-бутан - 10%, -бутилен - 70%, цис-бутилен - 5%, транс-бутилен - 15%), которые также была использована в качестве сырья для пиролиза с целью дополнительного получения целевых продуктов.

На основании математической модели была проведена оптимизация процесса пиролиза (этан + БИФ), которая позволила рекомендовать заводу оптимальные сочетания загрузок этана и БИФ, соотношений водяной пар/сырье и температур на входе в реактор, позволяющие получить наилучшие выходы целевых продуктов. Вычислен ожидаемый экономический эффект от применения смеси (этан + БИФ) в качестве сырья для пиролиза.

Рассмотрены три варианта рециркуляционного процесса:

1. случай рециркуляции только непревращенного сырья (этан + БИФ);

2. случай возврата всего состава реакционной смеси на выходе из реактора;

3. промежуточный случай, в котором в состав рециркулята входят помимо (этан + БИФ) селективно выбранные метан-водородная и пропан пропиленовая фракции и сумма углеводородов С5-С7.

Сравнение выходов целевых продуктов в этих трех случаях с выходами без рециркуляционного процесса показано, что в первых двух вариантах выходы значительно выше для всего интервала изменения доли рециркулята (0.05-0.95), но лучшие результаты наблюдаются для случая возврата в реактор непрореагировавших (этан + БИФ), т.е. при одинаковых составах сырья и рециркуляте. В промежуточном случае проводить процесс с рециркуляций не всегда целесообразно.

Разработана схема управления процессами пиролиза углеводородных газов С2-С4 и их смесей в четырехпоточной пиролизной печи, благодаря которой автоматическая стабилизация функции жесткости позволяет устанавливать оптимальные режимы во всех змеевиках печи в зависимости от поступающих в змеевик количеств сырья и пара.

Показаны преимущества проведения рассмотренных процессов для пиролиза различных видов сырья с рециркуляций непрореагировавшего сырья по сравнению с безрециркуляционным их осуществлением.

МНОГОМЕРНЫЕ РАЗВЕДОЧНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА В ТЕРМОДИНАМИКЕ ХИМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСИЙ С. Н. Бондарев, * Н. В. Бондарев Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина пл. Свободы 4, Харьков, 61077, Украина, е-mail: bondarev_n@rambler.ru Наличие в физикохимии растворов больших массивов экспериментальных данных обусловливает востребованность математических методов, которые позволяли бы перед проведением углубленного многомерного статистического анализа структурировать информацию, находить объективные закономерности в больших объемах данных, выявлять прогностические возможности обобщений и правил.

Цель работы: на основе многомерного разведочного анализа свободных энергий Гиббса (констант) диссоциации уксусной кислоты и свойств водно органических растворителей построить решающее правило классификации и прогнозирования силы уксусной кислоты.

Анализируемые данные: зависимые переменные – аквамоляльные стандартные энергии Гиббса (God,HAc) диссоциации уксусной кислоты;

независимые переменные – физико-химические свойства водно-органических растворителей (вода-метанол, вода-этанол, вода-пропан-2-ол) – диэлектрическая проницаемость, электроноакцепторные параметры Димрота-Райхардта, электронодонорные параметром Камлета-Тафта и плотность энергии когезии.

На первом этапе в качестве метода редукции данных использован факторный анализ. Факторы выделены методом главных компонент. Число значимых факторов выбрано равным двум по критерию каменистой осыпи.

Факторные нагрузки найдены методом вращения варимакс. Процедура редукции данных позволила выделить два значимых фактора, влияющих на силу уксусной кислоты в водно-органических растворителях, Фактор 1 и Фактор 2 и сократить число независимых переменных с четырех до двух.

Решением задачи кластерного анализа (древовидная классификация, метод k-средних) явилось разбиение массива данных по константам диссоциации уксусной кислоты, удовлетворяющее критерию оптимальности.

Древовидная кластеризация проведена по методу Варда. На рис. приведена дендрограмма для изменения энергии Гиббса диссоциации уксусной кислоты в водно-органических растворителях. Пример соответствует случаю наблюдений и 4 характеристикам (независимым признакам) для каждого наблюдения. На евклидовом расстоянии de(Xi, Xj) = 5 константы объединены в три кластера, характеризующих силу кислоты: 1 – очень слабая (в растворителях с высоким содержанием неводного компонента – девять констант диссоциации);

2 – слабая (в растворителях промежуточного состава – десять констант диссоциации);

3 – умеренно слабая (в растворителях с высоким содержанием воды – четырнадцать констант диссоциации). На расстоянии de(Xi, Xj) = 10 имеем два кластера: 1 и 2, 3. Окончательно все константы группируются в один кластер на расстоянии de(Xi, Xj) 21. В табл.1 приведены результаты кластерного анализа по методу k-средних Таблица 1. Энергии Гиббса (константы) диссоциации уксусной кислоты в кластерах и расстояния до центра кластера Элементы кластера номер 1 и расстояния до центра кластера. Кластер содержит 9 набл.

интервал изменения pK: 7.025 – 9. С-11 С-20 С-21 С-22 С-29 С-30 С-31 С-32 С- Расст. 0.52 0.35 0.17 0.43 0.48 0.35 0.22 0.33 0. Элементы кластера номер 2 и расстояния до центра кластера. Кластер содержит 11 набл.

интервал изменения pK: 5.945 – 7. С-7 С-8 С-9 С-10 С-16 С-17 С-18 С-19 С-26 С-27 С- Расст. 0.27 0.18 0.16 0.32 0.25 0.12 0.08 0.24 0.18 0.18 0. Элементы кластера номер 3 и расстояния до центра кластера. Кластер содержит 13 набл.

интервал изменения pK: 4.756 – 5. С-1 С-2 С-3 С-4 С-5 С-6 С-12 С-13 С-14 С-15 С-23 С-24 С- Расст. 0.24 0.14 0.05 0.06 0.15 0.25 0.24 0.07 0.10 0.23 0.24 0.07 0. Проведен пошаговый дискриминантный анализ (табл. 2):

Таблица 2. Итоги дискриминантного анализа Итоги анализа дискриминантных функций;

Переменных в модели: 4;

Группир.: God HAc (3 гр.) Лямбда Уилкса: 0.10135;

F (8,54)=14.453 p 0. F-исключ -Уилкса Частная p-уров. Толер.

-Уилкса 1/N 0.2037 0.4977 13.6274 0.0001 0. N ET 0.1033 0.9807 0.2655 0.7688 0. BKT 0.1027 0.9866 0.1833 0.8335 0. 2N 0.1125 0.9008 1.4866 0.2441 0. Из таблицы видно, что переменная 1/N вносит наибольший вклад в дискриминацию констант диссоциации кислоты.

Для дальнейшего исследования природы дискриминации проведен канонический анализ на основе оцениваемых дискриминантных функций и с учетом того, что каждая последующая дискриминантная функция будет вносить все меньший и меньший вклад в общую дискриминацию. Получены классификационные функции для трех групп констант диссоциации уксусной кислоты в водно-органических растворителях:

G_1:1 = -3792.99 +123.18·1/N + 5872.45·ETN + 4030.93·BKT + 795.35·2N G_2:2 = -3743.55+110.91·1/N + 5837.51·ETN + 4032.59·BKT + 809.39·2N G_3:3 = -3709.62+104.85·1/N + 5807.43·ETN + 4014.23·BKT + 822.45·2N Для анализа структуры данных было дерево построено классификации (рис. 2).

Процесс построения дерева классификации состоял из четырех основных этапов:

а) выбора критерия б) точности прогноза;

выбора вариантов ветвления;

в) определения момента прекращения ветвления;

г) определение оптимального размера дерева. В заголовке графа (рис. 2) приведена общая информация, согласно которой полученное дерево классификации имеет ветвления и 3 терминальные вершины. Началом дерева считается самая верхняя решающая вершина, которую иногда также называют корнем дерева.

Первоначально все 33 константы приписываются к этой корневой вершине и предварительно классифицируют кислоту как умеренно слабая (3 класс) – на это указывает число 3 в правом верхнем углу вершины. Класс 3 был выбран для начальной классификации потому, что число констант, характеризующих кислоту как умеренно слабая (13) немного больше, чем число констант, характеризующих кислоту как слабая (11) и очень слабая (9). В левом верхнем углу графа имеется надпись – легенда, указывающая, какие столбики гистограммы вершины соответствуют силе кислоты: 1 – очень слабая;

2 – слабая;

3 – умеренно слабая.

Корневая вершина разветвляется на две новых вершины. Под корневой вершиной приведено условие данного ветвления. Из него следует, что константы диссоциации, которым соответствуют значения обратной приведенной диэлектрической проницаемости меньшие или равное 1.665, отнесены к вершине номер 2 и классифицированы как константы умеренно слабой кислоты (3), а константы, которым соответствуют значения 1/N 1.665, приписаны к вершине 3 и предположительно классифицированы как константы слабой кислоты (2). Числа 13 и 20 над вершинами 2 и 3 соответственно обозначают число констант диссоциации, попавших в эти две дочерние вершины из родительской корневой вершины. Затем точно так же разветвляется вершина 2.

В результате 11 констант со значениями 1/N меньшими или равными 2. приписываются к вершине 4 и классифицируют кислоту как слабая, а остальные 9 констант диссоциации с 1/N 2.696 – к вершине 5 и классифицируют кислоту как очень слабая.

Получено правило, состоящее из двух этапов и позволяющее квалифицировать уксусную кислоту как умеренно слабую, слабую или очень слабую по значениям диэлектрической проницаемости водно-органических растворителей. На первом этапе проверяется справедливость неравенства 1/N 1.665. Если неравенство выполняется, то константы диссоциации будут квалифицировать кислоту как умеренно сильную (pK: 4.756 – 5.706). Если 1/N 1.665, то константы диссоциации классифицируют кислоту как слабую или очень слабую. На втором этапе для констант, неквалифицированных на предыдущем этапе как константы диссоциации кислоты умеренной силы, проверяется справедливость неравенства 1/N 2.696. Если неравенство выполняется, то константы характеризуют кислоту как слабую (pK: 5.945 – 7.583). Если неравенство не выполняется, то константы квалифицируют кислоту как очень слабая (pK: 7.025 – 9.907).

Прогностические возможности полученного правила проверены на константах диссоциации уксусной кислоты в водно-диоксановых и водно диметилсулфоксидных растворителях (табл. 3).

Таблица 3. Подтверждение выполнимости правила классификации силы уксусной кислоты в водно-органических растворителях 1/N мол. д pKэксп Правило, класс (кластер), интервал изменений pK DO Вода – диоксан (DO) – уксусная кислота 1/N 1.665 4.756 – 5. 0 1 4.756 N 4.756 – 5. 1/ 1. 0.1 1.645 5.703 N 5.945 – 7. 1.665 1/ 2. 0.2 2.625 6.666 N 7.025 – 9. 1/ 2. 0.3 3.848 7.71 N 7.025 – 9. 1/ 2. 0.4 5.326 8.903 N 7.025 – 9. 1/ 2. 0.5 9.229 10.315 Вода – диметилсульфоксид (DMSO) – уксусная кислота мол. д.

DMSO 1/N 1.665 4.756 – 5. 0 1 4.756 N 4.756 – 5. 1/ 1. 0.1 1.025 5.17 N 4.756 – 5. 1/ 1. 0.2 1.047 5.786 Вывод. На основе многомерного разведочного анализа построено решающее правило классификации и прогнозирования силы уксусной кислоты по диэлектрической проницаемости водно-органических растворителей.

Высокий прогностирующий потенциал правила классификации подтвержден на независимых экспериментальных данных.

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ КОМПЛЕКСОНАМИ М. В. Бузаева*, О. А. Завальцева, Е. С. Климов Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, Тел.: (8422)778132, e-mail: m.buzaeva@mail.ru Большая часть методов утилизации гальванических шламов (ГШ) выдвигает жесткие требования к их составу и свойствам, что делает проблематичным утилизацию шламов и приводят к безвозвратной потере цветных металлов. На предприятиях машиностроительной отрасли для очистки сточных вод от ионов металлов достаточно широко применяются комплексоны.

Нами изучена возможность селективного извлечения металлов из гальванических шламов с помощью комплексонов, в качестве которых использовали нитрилотриметиленфосфоновую кислоту (НТФ), динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), пирокатехин, фенантролин.

Валовое содержание тяжелых металлов в сухом гальваношламе предприятия составило (г/кг): медь – 5,97;

никель – 4,49;

цинк – 4,22;

хром – 35,20. В суспензию ГШ (влажность – 95 %, плотность – 1,05 г/см3) вводили различные количества комплексонов по отношению к объему шлама, перемешивали 2 ч, отфильтровывали, в фильтрате определяли содержание ионов металлов. Степень извлечения () определяли по разнице содержания металлов в исходном ГШ (Сисх.) и после обработки комплексоном (С):

(%)=(Сисх. – С)100 / Сисх..

С катионами металлов в широком интервале рН все приведенные комплексоны образуют устойчивые хелатные металлокомплексы с ковалентными и координационными связями между лигандом (L) и центрально координированным атомом металла (Ме).

L + Men+ LnMe Исходный шлам имеет щелочную среду, рН=9,3. Среда водных растворов комплексонов слабощелочная для фенантролина (рН=7,9) или кислая:

пирокатехин, рН=5,7;

ЭДТА, рН=5,2;

НТФ, рН=2,7. Добавление фенатролина к суспензии ГШ практически не меняет рН смеси. Остальные комплексоны повышают кислотность среды.

При введении комплексонов в суспензию ГШ часть тяжелых металлов переходит из шлама в раствор с образованием соответствующих комплексов [1].

Комплексы имеют как ковалентный, так и ионный характер и в растворе частично диссоциированы. Концентрация ионов металлов в растворе зависит от устойчивости комплекса, его концентрации, растворимости, рН среды.

Увеличение кислотности среды при введении комплексонов способствует выходу свободных ионов в раствор.

В табл. 1 приведены результаты по извлечению комплексонами металлов из гальванического шлама.

Таблица Степень извлечения металлов из гальванического шлама при оптимальной концентрации комплексона Пирокатехин Фенантролин Металл, % СК, г/л, % СК, г/л Медь 85,3 0,6 – 0,8 73,2 0, Никель 85,4 0,6 – 0,8 84,4 0, Цинк 68,5 0,04 – 0,8 64,5 0, Хром 74,0 0,2 65,2 0, Металл ЭДТА НТФ, % СК, г/л, % СК, г/л Медь 88,5 0,2 72,4 2, Никель 68,1 0,2 71,1 1, Цинк 72,7 0,4 67,2 0, Хром 72,8 1,2 71,2 1, Известно, что для большинства лигандов устойчивость комплексонатов металлов сохраняется в ряду: Cu Ni Zn Cr [2]. В рассмотренных системах наблюдается такая же последовательность.

Степень извлечения меди, никеля, цинка и хрома из гальванического шлама комплексонами составляет 64 – 88 %. Пирокатехин проявляет наибольшую селективность по отношению к меди и никелю, фенантролин – к никелю, ЭДТА – к меди. НТФ не проявляет выраженной селективности при извлечении металлов из гальванического шлама.

Для всех комплексонов в широком интервале концентраций наблюдается достаточно высокая степень извлечения металлов из гальванического шлама, что позволяет рекомендовать их для практического применения.

Литература 1. Завальцева О.А., Климов Е.С. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2005. Т. 48. Вып. 9. С. 48 – 50.

2. Дятлова Н.М. Комплексоны и комплексонаты металлов. М.: Химия, 1988. 544 с.

МЕТОДОЛОГИЯ СИНТЕЗА СОСТАВА РАСТВОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ Е. Г. Винокуров Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева 125047 г. Москва, Россия, Миусская пл., д. 9, e-mail: vin@muctr.ru Методологию можно рассматривать как упорядоченную совокупность различных моделей, процедур принятия решений и порядок применения этих моделей, что позволяет получить научно-обоснованный результат.

Логическая схема разработки составов растворов комплексных соединений для электроосаждения сплавов А-В может быть представлена несколькими этапами.

Первый этап – сбор необходимой для построения модели выбора лигандов [1-3] исходной информации о различных физико-химических характеристиках, входящих в модель, а также логарифмах констант устойчивости комплексных соединений ионов металлов А и В с различными лигандами ( lg, lg );

A B Второй этап – построение для конкретной задачи вероятностно термодинамической модели [2, 3] и её решение для выделения предпочтительной области () значений удельных логарифмов констант lg lg A, B ).

устойчивости комплексных соединений ионов металлов А и В ( nA nB Третий этап – сравнение экспериментально установленных пар значений удельных логарифмов констант устойчивости комплексных соединений ионов металлов А и В с прогнозируемой вероятностно-термодинамической моделью предпочтительной областью () значений этих величин. Если лиганд(ы) образуют с ионами металлов А и В комплексные соединения, для которых пары значений принадлежат области, то на основе этих комплексных соединений может быть приготовлен раствор для электроосаждения сплава А-В. При наличии нескольких подходящих лигандов выбор лучшего или наиболее приемлемого осуществляется на основе дополнительной информации, например, о сырьевой базе, токсичности, дефицитности или стоимости компонента и др.

В ситуации, когда не удаётся удовлетворить требования по всем неравенствам модели, необходимо выработать компромиссное решение, которое обычно можно сформулировать следующим образом: рассмотреть в качестве приемлемых те комплексные соединения, для которых требования нарушаются по минимальному числу неравенств модели и др.

Четвёртый этап – для выбранных на предыдущем этапе комплексных соединений строят модель определения допустимой области общих концентраций ионов металлов А и В в растворах для электроосаждения сплавов [3, 4] и выделяют область допустимых концентраций сВ, сА. Для последующей экспериментальной проверки выбирают из указанной области точечное решение модели и затем такую концентрацию лиганда, чтобы образующиеся в растворе комплексные соединения соответствовали прогнозируемому на этапе 3 составу.

Пятый этап – экспериментальная проверка выводов моделей: проводят анализ катодных осадков, полученных электролизом (при разных плотностях тока) раствора, состав которого определён на этапах 3 и 4.

Шестой этап – выделение показателей качества и проведение оптимизации состава раствора (на множестве решений, полученных на четвёртом этапе) известными методами.

Разбивку исследований на этапы не следует воспринимать как некую жёсткую конструкцию. Некоторые из них могут не реализоваться в полной мере или последовательность этапов иногда может быть нарушена.

Применение описанной выше методологии разработки рецептов растворов для электроосаждения сплавов и мультивалентных металлов проиллюстрировано на конкретных примерах: электроосаждение сплавов Cu-Zn, Sn-Co, Cu-Co.

Использование предложенных моделей, как научной основы при разработке составов растворов для электроосаждения сплавов, позволяет:

сочетать требования к качеству электрохимического процесса и ресурсосбережению сырья.

существенно снизить трудоёмкость поиска оптимальных концентраций основных компонентов составов растворов.

1. Винокуров Е. Г., Бондарь В. В. Вероятностная модель выбора лигандов для электроосаждения сплавов // Теоретич. основы химич. технол. 2007. Т. 41, № 4.

С. 208–217.

2. Винокуров Е. Г., Бондарь В. В. Теоретические основы и модели выбора лигандов при разработке составов растворов для электроосаждения сплавов // Известия вузов. Химия и химич. технология. 2009. Т. 52, № 2. С. 69–74.

3. Винокуров Е. Г., Бондарь В. В. Модельные представления для описания и прогнозирования электроосаждения сплавов. – М. : ВИНИТИ, 2009. – 164 с.

4. Винокуров Е. Г., Бурухина Т. Ф., Каранаева М. Н., Бондарь В. В.

Прогнозирование предпочтительной области общих концентраций ионов металлов в растворах для электроосаждения сплавов // Теоретич. основы химич.

технол. 2008. Т. 42, № 6. С. 671–675.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЫБОРА КОНЦЕНТРАЦИЙ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ Е. Г. Винокуров, Т. Ф. Бурухина Российский химико-технологический университет им. Д. И.

Менделеева 125047 г. Москва, Россия, Миусская пл., д. 9, e-mail: vin@muctr.ru На основе статистического и регрессионного анализа данных о составе растворов для электроосаждения сплавов А-В предложены статистические модели, позволяющие прогнозировать предпочтительный диапазон общих концентраций ионов металлов (модель M) и лигандов (модель L) в растворах для электроосаждения сплавов:

модель M модель L c A c B 0,1 () L c c 0,5T ( ' ) c A c B 0,7 ( ) A B c 2,19e 0,0036 M ALn L () c c 2,7T ( ' ) A c 2,19e 0,0036 M BLm A B ( ) B 1 (' ) 6 ( ' ) где сA, cB, cL – общие концентрации (моль/л) ионов металлов (А и В) и лиганда в растворе для электроосаждения сплава А-В;

Tср – средневзвешенное теоретическое преобладающее число лигандов в координационной сфере комплексных соединений;

МALn, MBLm – молярные массы (г/моль) предполагаемых комплексных соединений ионов соответственно металлов А и В в растворе для электроосаждения сплава А-В, 2,19, –0,0036, 0,5, 2,7 – эмпирические коэффициенты.

Работоспособность предложенных моделей проиллюстрирована на примерах электроосаждения сплава Cu-Co из раствора аммиакатных комплексов Cu(II), Co(II) и из раствора глутаматных комплексов этих металлов.

Использование предложенных моделей, как научной основы при разработке составов растворов для электроосаждения сплавов, позволяет:

сочетать требования к качеству электрохимического процесса и ресурсосбережению сырья.

существенно снизить трудоёмкость поиска оптимальных концентраций основных компонентов составов растворов.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕКИХ ПРОЦЕССОВ – ВАЖНЕЙШЕЕ УСЛОВИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕСУРСОЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ Т. Н. Гартман РХТУ им. Д. И. Менделеева, 125047, Миусская пл., д. 8-499-973-84-11, E-mail: gartman@muctr.ru Важнейшая задача при реализации современных систем сквозного проектирования технологических процессов в химической, нефтегазохимической и смежных сегментах промышленности состоит в разработке ресурсоэнергосберегающих технологий.

Необходимым условием решения задачи такого типа является синтез оптимальных технологических схем производств с определением наилучших режимных и конструкционных параметров единиц оборудования и аппаратов с позиций ресурсоэнергосбережения, экономической эффективности и охраны окружающей среды.

Современный подход к решению такого класса задач основан на использования принципов системного анализа, процедур решения неформализованных смысловых задач с помощью экспертных систем и алгоритмов математического моделирования и оптимизации на базе комплексов универсальных моделирующих программ химических производств CHEMCAD, HYSYS, PRO-II, ASPEN [1].

Характерная особенность системного анализа технологических схем химических производств с применением моделирующих программ состоит в исследовании на компьютерах полной технологической схемы процесса со всеми стадиями и отделениями с учетом всех основных и вспомогательных, материальных и тепловых потоков, включая прямые, обратные (рециклические) и байпасные потоки, связывающие между собой все стадии и отделения производства.

Это позволяет реализовать комплексный, иерархический подход при построении модели полного производства, т.н. «виртуального» производства, и проводить расчетные исследования, оптимизацию и оценку эффективности полной технологической схемы процесса с учетом различных аспектов:

технологических, ресурсоэнергосбережения, экологических, экономических и социальных. Таким образом, объект исследований представляет собой большую систему – «виртуальное» производство с большим числом единиц оборудования, включающими аппараты производства и трубопроводные системы с комплексом дополнительного оборудования, которые влияют на параметры и показатели эффективности всего технологического процесса.

Так, например, распространенная технология получения синтетических жидких топлив из природного газа включает 5 отделений [2]: парокислородной конверсии (79 аппаратов,127 потоков);

синтеза углеводородов по реакции Фишера-Тропша (82 аппаратов, 126 потоков);

гидрокрекинга и ректификации( аппаратов, 64 потока);

короткоцикловой адсорбции (5 аппаратов,11 потоков;

водоподготовки (10 аппаратов, 22 потока).Отделения связаны между собой обратными рециклическими потоками: пара, технологического конденсата, парового конденсата, водорода, отбросных газов, пропана и бутана (линия «пропан-бутан»).

Для построения компьютерных моделей таких производств с большим числом стадий требуется разработка и реализация моделей процессов во множестве отдельных аппаратов и трубопроводах, составляющих реальное производство.

При проектировании и для построения моделей таких больших систем следует рассматривать два аспекта: технологический и вычислительный.

Под технологическим аспектом компьютерного моделирования в случае автоматизированного проектирования понимается:

а) выбор варианта оформления технологического схемы полного производства;

б) выбор варианта реализации процесса в отдельных узлах технологической схемы производства (выбор физико-химического способа проведения процесса в аппаратах, их конструкционного оформления и др.).

Для построения виртуальной модели производства используются универсальные моделирующие программы, с применением которых реализуется компьютерная модель реального производства и решаются задачи исследования и оптимизации ресурсоэнергосберегающих технологий.

Поэтому под вычислительным аспектом компьютерного моделирования при автоматизированном проектировании понимается:

а) выбор математической модели для описания физико-химических свойств индивидуальных веществ и смесей, а также процесса в отдельных единицах оборудования полной технологической схемы производства ( аппаратах и трубопроводах);

б) выбор метода расчета в соответствии с выбранной математической моделью;

в) выбор численных алгоритмов для реализации выбранного метода расчета по модели.

В результате для компьютерного моделирования при автоматизированном проектировании необходимо решать 5 типов перечисленных выше смысловых неформализованных задач выбора вариантов. Такого типа задачи относятся к задачам искусственного интеллекта и возможно с применением эвристических процедур, реализуемых в экспертных системах [1].

Таким образом, компьютерное моделирование ресурсосберегающих технологий при автоматизированном проектировании следует рассматривать как совместное решение комплекса смысловых (неформализованных) и вычислительных (формализованных) задач.

При применении универсальных моделирующих программ CHEMCAD, HYSYS, PRO-II, ASPEN процедуры решения неформализованных задач выбора, связанных с технологическим аспектом – конкретной моделируемой технологией принципиально не могут решаться в полном объеме. Разработка такой процедуры – прерогатива специалиста по компьютерному моделированию технологий.

В то же время некоторые процедуры решения смысловых (неформадизованных) задач, связанных с виртуальным аспектом моделирования, включаются в современные моделирующие программы. Так, например, процедура автоматического выбора моделей для расчета условий фазовых равновесий и энтальпий в многокомпонентных смесях включена в моделирующую программу CHEMCAD.

В общем случае комплекс неформализованных задач выбора вариантов и формализованных вычислительных задач включает 13 этапов расчетов: свойств индивидуальных веществ и многокомпонентных смесей, процессов в реакторах, аппаратах разделения и теплообменниках, вспомогательном оборудовании, а также в трубопроводных системах и в полной технологической схеме, конструкционный расчет, анализ параметрической чувствительности производства, оптимизацию ресурсосберегающей технологии, расчет динамических характеристик и параметров системы управления.

Таким образом, процедуры решения неформализованных задач выбора вариантов, необходимых для интеллектуализации моделирующих программ, тесно связаны с особенностями и спецификой моделируемых химико технологических процессов, что требует разработки нового поколения моделирующих программ - интеллектуальных и специализирующихся на конкретных химических производствах.

Литература 1. Гартман Т.Н. Компьютерное моделирование энерго- и ресурсосберегающих химических производств. Программные продукты и системы. SOFTWARE@SYSTEMS, № 4, 2002, с. 29 –32.

2. Гартман Т.Н., Советин Ф.С. и др. // Хим. промышлен. сегодня. № 1. 2009. С. 40 – 50.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЕ АЦЕТИЛЕНА В ЭТАН-ЭТИЛЕНОВОЙ ФРАКЦИИ НА КАТАЛИЗАТОРЕ G-58C.

М. А.Гасанов, А. М. Алиев, А. З. Таиров*, О. А. Исмаилов Институт Химических Проблем им. М. Ф.Нагиева НАН Азербайджана,AZ1143, г. Баку, просп. Г. Джавида 29,Тел.: (99412) 439-91 95, Fax: (99412) 510-85-93, E-mail: abid_tahirov@mail.ru Процессы селективного гидрирования этан-этиленовой фракции (ЭЭФ) пирогаза традиционно проводятся в присутствии палладиевых катализаторов.

Поскольку палладий является драгоценным металлом, цена на который в течение последних лет значительно колебалась и достигла уровня цены на платину, вполне понятно стремление использовать каталитические системы с его минимальной концентрацией. Поэтому современные зарубежные катализаторы гидрирования ацетилена в ЭЭФ содержат палладий 0.01-0.01%. Катализатор G-58C фирмы SUD CHEMIE относятся к этим группами катализатором.


В научно-исследовательской лаборатории завода «Этилен полиэтилен»

ПО «Азерихимия» нами были проведены кинетические исследования процесса гидрирование ацетилена в ЭЭФ пирогаза в проточном реакторе на катализаторах G-58C.

Условия кинетических экспериментов были следующими: объем загруженных катализатора 25 мл;

температура в реакторе от 30 до 75 оС;

давление в реакторе Р=6МПа;

объемная скорость подачи сырья 4000-10000 ч-1;

мольное соотношение водорода к ацетилену 2:1.

Анализ экспериментальных данных позволил выдвинуть три конкурирующие гипотезы о механизме гидрирования ацетилена и этилена. Для каждого механизма выведена кинетическая модель. Результаты расчета позволили выбрать модель, составленную по гипотезе: углеводороды и водород адсорбируются на сходных активных центрах, водород адсорбируется диссипативно, реакции гидрирования происходят взаимодействием между адсорбированными углеводородами и водородом. Выбранные модели имеют вид:

r1=k1 b2 P2(b1P1)1/2/(1+(b1P1)1/2+b2P2+b3P3+b4P4)2, r2= k2 b4 P4(b1P1)1/2/(1+(b1P1)1/2+b2P2+b3P3+b4P4)2, где r1, r2– скорость гидрирования ацетилена и этилена;

к1,к2–константы скоростей реакции гидрирования;

b1-4 – константы адсорбционного равновесия водорода, ацетилена, этана и этилена;

Р1-4 –парциальные давления компонентов (МПа).

Разработанная модель описывает экспериментальные данные с относительной ошибкой не превышающей 4.7%.

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПОДХОДОВ К СИНТЕЗУ НЕНАСЫЩЗЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ПРИРОДНОЙ СТРУКТУРЫ *А. Б. Голованов, Г. И. Мягкова, Н. В. Гроза Московская государственная академия тонкой химической технологии им.М.В. Ломоносова, Москва 119571 пр. Вернадского 86, golovanov@chemist.com Липиды выполняют важную функцию структурных компонентов мембран и накапливают энергию в клетке. В настоящее время известно, что некоторые виды липидов выступают в качестве сигнальных молекул, регулирующих множество клеточных реакций, включая рост и гибель клеток, а также воспалительные процессы. Биологически активные молекулы образуются в результате гидролиза мембранных липидов в при помощи фосфолипазы, что приводит к образованию ненасыщенных жирных кислот и лизофосфолипидов, которые либо напрямую оказывают своё действие, или далее преобразуются в активные медиаторы, которые усиливают или смягчают воспалительные ответ. К данным медиаторам относятся полиненасыщенные жирные кислоты (PUFA), эйкозаноиды, в том числе, эпоксиэйкозатриеновые кислоты (EET), каннабиноиды и производные сфинголипидов.

Воспаление является важной клеточной реакцией, вызванной различными механическими, химическими и иммунологическими факторами стресса, и регулируется тонким балансом между местными факторами, которые в конечном итоге определяют исход заболевания. Воспалительная реакция является сложной и строго регулируемой последовательностью событий, которые начинаются с первоначального образования провоспалительных медиаторов, направляющих специализированные клетки к месту повреждения.

Далее следует противовоспалительная фаза, в течении которой клетки могут развивать способность к защите от дальнейшего повреждения. Воспаление в настоящее время считается одним из центральных элементов в патогенезе различных широко распространенных заболеваний в современной западной цивилизации, таких как рак, атеросклероз, диабет, астма, различные неврологические расстройства, например: инсульт, болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Особое внимание исследователи направили на природные глицерогликолипиды, выделенные из различных биологических объектов (водоросли, редкие растения, бактерии, грибы), ряд из которых обладают ярко выраженной противоопухолевой активностью и не токсичны по отношению к здоровым клеткам. Было показано, что (7Z,10Z)-гексадекадиеновая кислота в составе глицеролипидов, выделенных из пресноводных водорослей, проявляла цитотоксичность по отношению к опухолевым клеткам на моделях in vitro.

Также установлено, что n-3 и n-6 жирные кислоты, такие как гамма-линоленовая и дигомо-гамма-линоленовая кислоты, оказывали цитотоксическое действие на клетки рака молочной железы, толстого кишечника. Таким образом, для расширения круга малотоксичных лекарственных средств и с целью выяснения механизмов действия глицеролипидов, содержащих различные ацильные пары минорных или распространенных жирнокислотных остатков, необходимо разработать способы получения препаративных количеств новых потенциальных противоопухолевых глицеролипидов с использованием классических и современных методов химического синтеза.

Также была разработана общая синтетическая схема получения диеновых соединений: короткоцепного аналога линолевой кислоты – (5Z,8Z) тетрадекадиеновой кислоты и природной (7Z,10Z)-гексадекадиеновой кислоты.

Метиловые эфиры полиацетиленовых кислот были синтезированы с применением металлорганических реагентов в реакции кросс-сочетания тозилата пропаргильного типа с метиловыми эфирами терминальных ацетиленовых кислот – 5-гексиновой и 7-октиновой соответственно.

Терминальные ацетиленовые кислоты были получены из предельных галогенидов с использованием ацетиленида натрия в жидком аммиаке. Было проведено сравнительное изучение возможности использования пропаргильных тозилатов или бромидов в реакции кросс-сочетания. Применение пропаргильного тозилата 2-октин-1-ола позволило повысить выходы ключевой конденсации на 10-15%.

Работа частично поддержена финансированием в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»

(госконтракт № П1340) УДК 66. ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНОВ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Е. О. Горда, Н. В. Чеканцев gordaeo@sibmail.com Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск В настоящее время нефтеперерабатывающая промышленность испытывает большое давление со стороны экологов и потребителей бензинов.

Для того, чтобы удовлетворить возрастающим требованиям экологии и при этом сохранить конкурентную способность на рынке, производители вынуждены искать новые пути модернизации действующих технологий производства моторных топлив. Одним из способов улучшения экологических свойств российских автомобильных бензинов по содержанию ароматики является переработка части отечественных риформатов в высокооктановые продукты с пониженным содержанием ароматических углеводородов, что позволяет снизить концентрацию бензола и общей суммы аренов в компаундированных бензинах российского производства. На рис. 1 представлена схема производства товарных бензинов с дальнейшей переработкой продуктов риформинга.

Рис. 1. Схема производства товарных бензинов с дальнейшей переработкой продуктов риформинга По данной схеме из продуктов бензольного риформинга в экстракторе отделяются ароматические соединения. Часть оставшейся смеси углеводородов идет на смешение с сырьем изомеризации, другая часть – на компаундирование.

Применение метода математического моделирование позволяет проводить расчеты оптимального соотношения продуктов каталитического риформинга бензинов с сырьем процесса изомеризации. Для решения этой задачи нами разработана компьютерная моделирующая система «Izom», которая позволяет рассчитывать оптимальное соотношение риформата к изомеризату с последующей экономической оценкой. Основу этой системы составляет математическая модель, которая построена с учетом физико-химических закономерностей превращения углеводородов на Pt- катализаторах. Для расчетов используются фактические данные по эксплуатации катализаторов на различных НПЗ России.

Для процесса изомеризации принята нестационарная математическая модель, которая адекватно описывает данный процесс:

m Ci C G i Wj G z V j m T T Q W G G j V C см z j p при Z=0, C=0, при r=0, C=C0, при Z=0, Т=Т0, при r=0, T=Tвх, где G – нагрузка по сырью, м3/с;

Сi – концентрация i-го компонента, моль/м3;

Z – объем переработанного сырья, м3;

i=1,..., N;

j=1,..., M;

N - число веществ, участвующих в реакциях;

M - число реакций;

Wj - скорость протекания j-ой реакции, моль/м3•с;

V – объем реактора изомеризации, м;

Т – температура в реакторе, °С;

– плотность, моль/м3;

Qj - тепловой эффект j-ой реакции, Дж/моль;

Срсм – удельная теплоемкость газовой смеси, Дж/(моль·град). В качестве исходных данных для рассчта использовались данные хроматографического анализа и технологические параметры процессов изомеризации (установка Л-35-11/300) и каталитического риформинга бензинов (установка ЛГ-35-8/300Б). Для соблюдения норм технического регламента (октановое число продуктов должно быть больше пункта и загрузка по сырью процесса изомеризации не должна превышать м3/час) предложено рассчитать оптимальное соотношение смешения продуктов каталитического риформинга с сырьем изомеризации. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица Результаты расчета оптимального соотношения Изомеризат без Изомеризат с добавления рафината добавлением рафината Оптимальное Дата отбора Прирост изомеризата Расход, Октано- Расход, Октано- соотношение октанотонн ОЧИ ОЧИ м3/ч м3/ч тонны тонны 09.01.08 60,0 83,1 3340 79,9 81,2 3743 0,55 402, 12.02.08 60,0 81,0 3238 70,8 81,3 3473 0,30 234, 24.04.08 65,0 85,8 3627 84,3 81,1 4017 0,54 383, 24.08.08 65,0 83,0 3507 84,9 81,1 3989 0,56 461, Исследования показали, что в зависимости от состава перерабатываемого сырья и условий проведения процесса оптимальное соотношение смешения продуктов каталитического риформинга и сырья изомеризации лежит в пределах 0,3-0,55:1. Использование рафинатов в процессе изомеризации позволяет повысить загрузку установки в среднем на 25%, при постоянных технологических условиях и заданном октановом числе. При этом октанотонны продукта увеличиваются на 200 450 пунктов в зависимости от состава сырья.


ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ КАК СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ БЕЗОТХОДНОЙ ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Е. С. Гуляева, М. Г. Беренгартен Московский государственный университет инженерной экологии, е-mail: egulyaeva@mail.ru Среди всего многообразия методов очистки сточных вод особое место занимает электродиализ. Его преимуществом является высокая степень очистки, возможность концентрировать и извлекать ценные химические вещества, отсутствие вторичного загрязнения стоков.

Настоящая работа посвящена разработке безреагентного бессточного способа электрохимической очистки сточных вод.

Первая часть работы посвящена исследованию закономерностей конвективного диффузионного переноса при электродиализе и установлению функциональной зависимости величины предельной плотности тока от гидродинамического фактора.

Исследования проводились на электродиализном аппарате фильтр прессного типа с гетерогенными ионообменными мембранами на модельных и реальных растворах.

В результате выявлена зависимость характеристики массопереноса от гидродинамического фактора. Показано, что применение инертного наполнителя, непроницаемого для ионов, а также экранирующего часть поверхности мембраны, увеличивает массоперенос в 1,5 раза за счет увеличения конвективной составляющей потока ионов и сопряженной конвекции.

Вторая часть работы была посвящена исследованию массопереноса ионов соли и продуктов диссоциации воды в широком диапазоне плотности тока.

Получены зависимости чисел переноса и потоков ионов от безразмерной плотности тока (рис.1).

На основании проведенных исследований, литературных данных и опыта существующих производств предложен способ выделения ионов натрия из технологических и сбросных растворов, с получением раствора серной кислоты и щелочи, направляемых повторно в цикл производства.

Предложено использовать электродиализатор, состоящий из чередующихся катионообменных и биполярных мембран (рис.2), где через нечетные секции прокачивается рабочий раствор, а в четных секциях циркулирует раствор щелочи.

Циркуляция концентрированного раствора щелочи позволяет поддерживать необходимое оптимальное значение электрического сопротивления электродиализатора, при котором плотность тока имеет постоянное значение в течении всего процесса. При наложении напряжения на биполярной мембране происходит разложение воды, а ионы натрия мигрируют через катионообменную мембрану, тем самым, насыщая циркуляционный раствор.

Н2SO NaOH нат рий-ионы сульфат-ионы Б К Б К Б К J*10, моль/(см с) 4 _ Н+ _ ОН _ Н+ Н+ ОН ОН _ Na + Na + Na + + - 0 1 2 3 4 5 i/ilim Na2SO Рис. 1 Зависимость потоков ионов через Рис. 2. Схема электродиализатора ионообменные мембраны МК-40 и К – катионообменная мембрана, МА-40 от безразмерной плотности тока Б – биполярная мембран Одним из преимуществ разработанного способа является то, что он позволяет проводить процесс при высоких плотностях тока (выше предельных) без опасности выпадения на поверхности мембран труднорастворимых осадков, т.к. в камерах подачи раствора Na2SO4 рН7, что повышает эксплуатационную надежность при сохранении производительности электродиализа.

Для приближения исследований к промышленным условиям была взята сточная вода из цеха выщелачивания ОАО «ТЕРН» (производство стекловолокна), которая имеет следующий состав: C(Na+)=0,64г·экв/л, С(SO42-)=0,71г·экв/л. Проведенные исследования на реальных растворах подтверждают полученные результаты на модельных растворах.

Несмотря на высокое энергопотребление, способ обладает рядом преимуществ:

Обеспечение очистки до необходимой степени чистоты (с возможностью повторного использования растворов в цикле производства);

Снижение потребление исходного сырья за счет возврата в процесс растворов реагентов;

Система экологически чистая и не наносит вред окружающей среде;

За счет оборотного цикла кардинально снижены объемы сточных вод;

Исключена стадия нейтрализации кислых стоков, что снижает расходы на закупку реагента;

Схема позволяет провести реконструкцию существующих производств на малых площадях, обеспечить экологичность и производственную безопасность.

Результаты экспериментов позволяют сделать вывод о высокой эффективности предлагаемого способа и целесообразности его применения.

ПРОИЗВОДНЫЕ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ КАК КОМПОНЕНТЫ ЛИПОСОМАЛЬНЫХ СИСТЕМ ДОСТАВКИ БАВ Л. Ю. Гурьева, О. О. Колоскова, У. А. Буданова * Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ),г. Москва, пр-т Вернадского 86, тел: (495)936-82-16, e-mail: c-221@yandex.ru Эффективность использования липосом как носителей лекарств во многом зависит от того, сумеют ли они сохранить свою целостность после введения в организм. Дело в том, что у липосом имеется весьма серьезный «враг» – сыворотка крови. В ее состав входят липопротеины – сложные белки, содержащие липиды. Обмениваясь липидами с липосомами, липопротеины способствуют разрушению липосом и вытеканию наружу их содержимого.

Захват липосом ретикулоэндотелиальной системой (РЭС) является еще одной проблемой, препятствующей доставке инкапсулированных веществ к определённым органам и тканям в условиях in vivo. Для увеличения времени циркуляции частиц в кровотоке липосомальную поверхность модифицируют гибкими водорастворимыми полимерами, такими как производные полиэтиленгликоля (ПЭГ).

В задачи нашей работы входил синтез новых гидрофобных производных полиэтиленгликоля, изучение физико-химических свойств липосомальных транспортных систем с их включением и подбор соотношений компонентов для эффективного встраивания в них противоопухолевых препаратов. Полученные конъюгаты могут встраиваться в липосомы гидрофобным остатком октадециламина или холестерина, а гидрофильная часть ПЭГ способна обеспечить стерический барьер на липосомальной поверхности, что ингибирует адсорбцию белков, делая липосомы невидимым для клеток иммунной системы даже при низкой концентрации полимера, тем самым увеличивая время жизни липосом в кровотоке.

Исследования влияния размера липосом показывают, что большие (диаметр более 300 нм при стерической стабилизации ПЭГ5000) и маленькие (диаметр менее 70 нм при стерической стабилизации ПЭГ550) накапливаются в селезёнке и в печени, в то время как липосомы промежуточного размера остаются в кровотоке, поэтому для стерической стабилизации нами был выбран ПЭГ2000 (схема 1).

Схема HO O DMAP O O DCC CH3 (OCH2 CH2 )44 OH C 17 H35COOH DMAP a) DCC, DMAP K2 Cr2O b) Boc 2O, Py HOOCCH2 CH2 COO CH3 (OCH2 CH2 )43 OCH 2COOH CH3 (OCH2 CH2 )44 O CC17 H O HONSu CH3 O(CH2 CH2 O)43 OCH2 COO DCC O O CH3 (OCH2 CH2 )43 OCH 2C O N O NH2 C18H O CH3 (OCH2 CH2 )43 OCH 2C NHC 18 H Традиционные методы стерической стабилизации основаны на встраивании конъюгатов ПЭГ-липид в процессе формирования липосом. В данной работе разработана схема, позволяющая проводить по реакции 1,3 диполярного циклоприсоединения стерическую стабилизацию липосомальной поверхности гидрофобным производным ПЭГ после включения лекарственного вещества во внутренний объем липосомы.

Синтез компонентов, необходимых для проведения реакции «click chemistry» осуществляли по схеме 2.

Схема 2.

N H 2 C HC O O C 1 6 H 3 CH CH 2 CO O C 1 6 H (8 ) O C CH (9 ) O CH Br(C H 2 )2 O H N aN + C C H 3 (O CH 2 CH 2 )45 O H O (13 ) (5) H 2 SO 4 K 2 Cr2 O H O O C(C H 2 ) 2 CO N H CH CO O C 16 H 3 C H N 3 (CH 2 )2 O H (1 4) C H 2 CO O C 1 6 H3 CH 3 (O C H 2 C H 2 )4 4 C H 2 CO O H (15) (9) Boc 2 O Pyr DCC HO CH 2 C C H N 3 (C H2 ) 2 O O C(C H 2 )2 C O N H CH CO O C 1 6 H C H 3 (O CH 2 CH 2 )4 4 CH 2 C O O CH 2 C CH C H C H 2 C O O C 1 6 H (10 ) (16) C H3 (O CH 2 CH 2 )4 4 C H 2 C O O C H 2 C CH N N N (CH 2 )2 O O C(C H 2 )2 C O N H CH CO O C 1 6 H 3 C H C H 2 C O O C 16 H 3 (17) Поверхностную модификацию уже сформированных и нагруженных липосом проводили по реакции аналогичной схеме 2 в присутствии каталитического количества CuI. Контроль за процессом осуществляли по данным ТСХ после разрушения липосом этанолом. На пластинке наблюдали появление пятна, соответствующего контрольному производному ПЭГ (17) и исчезновение пятна исходной азидо-компоненты (16).

Таким образом, в ходе проделанной работе были синтезированы гидрофобные производные ПЭГ для модификации поверхности липосом, а также отработана схема получения стерически стабилизированной липосомальной формы доксорубицина по реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. Мембранообразующие свойства полученных средств доставки позволяют рассматривать сформированные липосомы на основе липодипептидов в качестве перспективных переносчиков противоопухолевых препаратов, в том числе при использовании мягкой локальной гипертермии.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-3023.2010.3.

УДК 539. КОМПЛЕКСНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ МАКРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Ю. А. Жабанов, А. Е. Погонин ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», г. Иваново, zhabanov@gmail.com, pogoninalexander@mail.ru Особенности строения молекул определяют комплекс физико-химических свойств веществ, что делает структурные исследования неотъемлемой частью современной химической науки. На сегодняшний день основным экспериментальным методом исследования детальной структуры свободных молекул является газовая электронография. С целью повышения достоверности экспериментальных данных нами был применен комплексный подход – комбинация электронографического и масс-спектрометрического (ЭГ/МС) экспериментов, а также квантово-химические расчеты высокого уровня. Развитая на этой основе методика существенно расширяет круг объектов исследования благодаря переходу на новый уровень в плане надежности и информативности.

В нашей лаборатории используется комплекс аппаратуры ЭМР-100/АПДМ-1, объединяющий электронограф и масс-спектрометр. Аппаратура позволяет проводить как автономные масс-спектрометрические исследования, так и синхронный электронографический и масс-спектрометрический эксперимент, в ходе которого во время съемки электронограмм производится мониторинг состава исследуемых паров. С помощью данной методики было успешно исследован целый ряд небольших молекул неорганических соединений. Данная работа направлена на структурные исследования молекул, состоящих из большого числа (до 100 и более) атомов, например, порфириновых комплексов металлов, порфиразинов и их аналогов, которые в последние годы стали предметом интенсивных исследований как в плане фундаментальной науки, так и в плане их применения в качестве медицинских препаратов, фотодинамических реагентов в диагностике и терапии рака, катализаторов, фоточувствительных материалах, элементов электрохромных устройств, устройств для хранения и считывания информации и т.д. Следует отметить, что в связи с трудностью проведения экспериментальной и расчетной частей исследования столь больших объектов, данной проблематикой занимается лишь несколько научных групп во всем мире. В настоящей работе нами были получены данные по строению и свойствам первых представителей классов соединений, изученных прямым структурным методом.

В литературе широко представлены исследования порфириновых комплексов олова(IV), тогда как аналогичные соединения олова(II) считаются менее распространенными в виду их неустойчивости при воздействии влаги и воздуха и преимущественно изучаются в твердой фазе. Нами было установлено строение свободных молекул олово(II)2,3,7,8,12,13,17,18-октаметилпорфина (SnOMP) с помощью ЭГ/МС эксперимента и доказано, что в исследуемом паре присутствует молекулы комплексов только двухвалентного олова. Найдено, что SnOMP является термически устойчивым и переходит в газовую фазу (700 K) в виде мономера. Результаты проведенных нами квантово-химических расчетов (DFT/cc-pVQZ) хорошо воспроизводят электронографические данные. На их основе мы сделали вывод, что структура, отвечающая глобальному минимума на поверхности потенциальной энергии, характеризуется симметрией C4v, в которой атом олова выходит за плоскость атомов азота и вызывает куполообразное искажение макрогетероцикла.

Еще одним уникальным соединением, исследованным в нашей лаборатории, является тритиадиазолтриизоиндолмакроцикл АВАВАВ-типа. В литературе указывалось, что в результате замещения двух противоположно расположенных изоиндольных фрагментов триазольными ядрами формируется система АВАВ-типа со слабым сопряжением в макрокольце. Первые работы по синтезу макроциклического соединения, содержащего циклы 1,3,4-тиадиазола, относится к 1971 г. Первоначально его структура была представлена как четырехчленный макроцикл типа ABAB. Повторно замещенный макроцикл был синтезирован двумя группами в 2001 г. Было найдено, что макроцикл является макрогетероциклической системой типа ABABAB, т.е. тиадиазолсодержащим порфириноидом с увеличенной координационной полостью. И только в нашей лаборатории молекулярная структура трет-бутилзамещенного макроцикла была напрямую охарактеризована с помощью ЭГ/МС эксперимента и квантовохимических расчетов методом DFT и подтверждено строение типа АВАВАВ.

Настоящая работа представляется актуальной, поскольку единственной на сегодняшний день опубликованной работой по экспериментальному исследованию строения свободной молекулы представленного класса соединений является статья по структуре комплекса октаметилпорфирина меди на основе ЭГ/МС эксперимента, выполненного в нашей лаборатории. Синхронные ЭГ/МС исследования систем со сложным составом пара, в ходе которых получены выше описанные результаты возможны лишь в нашей лаборатории, поскольку из существующих в мире трех подобных комплексов аппаратуры наш является наиболее мощным, позволяя проводить исследования в диапазоне температур 0 1300 С и массовых чисел 1-2500, в то время как зарубежные аналоги (в г. Осло, Норвегия и в г. Будапешт, Венгрия) работают в диапазоне массовых чисел 1-300.

КИНЕТИКА КАТАЛИТИЧЕСКО-КАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ В ПРИСУТСТВИИ ПСЕВДОГОМОГЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА С. Ш. Иманбаев, М. И Байкенов, М. Г. Мейрамов* ТОО «Сары-Арка Спецкокс» 100000, г. Караганда ул, Рыночная, E-mai: majit_m@mail/ru КарГУ им.Е.А.Букетова г. Караганда «ТОО ИОСУ РК» г. Караганда При исследовании кинетики каталитическо-кавитационной обработки (ККО) каменноугольной смолы (КС) мы исходили по аналогии с процессами гидрогенизационной нефтепереработки и углеобработки и получаемые продукты при гидрогенизации тяжелого углеводородного сырья разбивали на фракции, которые отражают температурное различие и химический состав получаемых фракций. Однако анализ литературных данных показывает, что практически отсутствуют работы по исследованию кинетики ККО в присутствии псевдогомогенного катализатора (ПГК) [1]. Полагаем, что исследование кинетических закономерностей кавитационной обработки КС в присутствии ПГК имеет существенное значение при разработке научных основ деструктивной переработки КС и ее осуществления.

Кинетику ККО КС в присутствии ПГК с концентрацией 3об. % изучали в интервале температур от 40 до 700С.

На рисунке 1 показаны кинетические зависимости выхода легких и средних фракций КС в процессе каталитическо-кавитационной обработки КС.

Анализ кривых показывает, что при увеличении продолжительности и повышении температуры кавитационной обработки КС выход легкой и средней фракции монотонно возрастает с 2 до 16 % и 2,2 - 2,4 до 21,5%.

Однако, кривая выхода фракции 473-543К имеет экстремальный характер.

Максимум для фракции 473-543К достигает времени контакта обработки 2,0 мин 23,0%, а для фракции 543-573К наблюдается минимум при времени обработки 4-5 мин. В условиях кавитационной обработки обеспечивается высокая скорость протекания реакции деструкции и гидрирования КС с преимущественным образованием легких и средних фракций из КС за счет высокой кинетической энергии жидкости, которая в момент схлопывания каверны она практически мгновенно превращается в другие виды энергии, чем и объясняется возникновение высоких значений давления (200-400МПа и температуры 104К [3]. Кроме того, псевдогомогенный катализатор (ПГК), размеры частиц которого составляют 0,01-0,04 мкм. имеет высокую активность и позволяет достигать высокой степени превращения КС в легкие и средние фракции. Из литературы [1] известно, что углеводороды, имеющие сопряженные связи, являются комплексообразователями по отношению к переходным металлам. Авторы в работе [2] показали, что кластеры никеля и железа с нафталином образуют промежуточные -комплексы, возможно, что и в нашем случае протекает селективное гидрирование атомом водорода одного кольца нафталина, который в дальнейшем разрушает образовавшийся комплекс и образуется донор водорода тетралин, который в дальнейшем участвует в реакции гидрирования высокомолекулярной части КС.

(1), где [Сi] – массовые доли фракции в момент времени ;

[C1] фракция выше 573 К;

[С2] – фракция до 453 К, [С3] – фракция 453-503 К;

[С4] – фракция 503-543 К;

[C5] – фракция 543-573 К. [Ci] = 1;

ki – константа скорости гидрогенизации, мин-1;

k1 - константа скорости превращения фракции до 453К;

k2 – константа скорости превращения 453-503К;

k3 – константа скорости превращения КС во фракцию 503-543К;

k4 – константа скорости превращения КС во фракцию 543-573К;

k5 – константа скорости превращения фракции 453-543К во фракция до 453К;

k6 – константа скорости превращения фракции 543-573К во фракцию 453К.

Расчет системы (1) проводили на персональном компьютере PentiumIV по специальной программе «Поиск».

Лимитирующей скоростью каталитическо-кавитационной обработки КС является стадия превращения фракции выше 573К во фракцию 543-573К и фракции 543-573К во фракцию 453К (k4 и k6).

Величины энергии активации были получены путем аппроксимации уравнения Аррениуса описываемого функцией ln k = f(1/T).

Кажущаяся энергия активации превращения КС в легкие и средние фракции возрастает от 54,9 до 132,1 кДж/моль.

Значение кажущейся энергии активации суммарного превращения фракции выше 573К в легкие и средине фракции составляет 54,9;

66,1;

77,95;

88,34 и 93,6 кДж/моль, что характерно для гетерогенно-каталитической реакции, а энергия активации с величиной 132,1 кДж/моль стадии превращения фракции выше 573К во фракцию 453К проходит в диффузионной области.

Таким образом, в диапазоне температур 313-343К определены константы скорости образования фракции до 453К, 453-503К и фракции 543-573К в условиях кавитационной обработки КС в присутствии ПГК рассчитаны энергии активации и установлено, что катализатор ПГК ускоряет реакции деструкции и гидрирования.

Литература 1. Зекель Л.А., Малолетнев А.С. //Химия твердого топлива. 2007. № 1. С 35-42.

2. Цодиков М.В., Передерий М.А.// Химия твердого топлива. 1990. № 1. С 49 55.

3. Нестеренко А.И., Берлизов Ю.С. //Химия и технология топлив и масел.

2008.№ 4. С 41-43.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТАВА КАТАЛИЗАТОРА И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ДЕГИДРИРОВАНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА В СТИРОЛ И. Ю. Климова *, В. А. Козловцев, В. А. Навроцкий, А. В. Навроцкий, М. В. Тростянская, О. Ю. Шавдина, В. М. Рыбецкая Волгоградский государственный технический университет 400131, Россия, Волгоград, пр. Ленина Тел: (8442) 24-84-35, e-mail:vak504@vstu.ru.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.