Научная статья на тему 'Растворимость пропиленгликоля в сверхкритическом СО2'

Растворимость пропиленгликоля в сверхкритическом СО2 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
230
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЬ / СВЕРХКРИТИЧЕСКИЙ ДИОКСИД УГЛЕРОДА / УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПЕНГА РОБИНСОНА / PROPYLENEGLYCOL / SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE / PENG ROBINSON EQUATION OF STATE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Каюмов Р. А., Галимова А. Т., Сагдеев А. А., Гумеров Ф. М.

Приведены результаты экспериментальных исследований растворимости пропиленгликоля в сверхкритическом диоксиде углерода с использованием динамического метода. Представлено математическое описание данных по растворимости с использованием уравнения Пенга-Робинсона и трех подгоночных параметров

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Каюмов Р. А., Галимова А. Т., Сагдеев А. А., Гумеров Ф. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Results of experimental researches of solubility of propyleneglycol in the supercritical carbon dioxide with use of a dynamic method are resulted. The mathematical description of the data on solubility with use of the equation of PengRobinson and three adjustable parameters is presented.

Текст научной работы на тему «Растворимость пропиленгликоля в сверхкритическом СО2»

УДК 536.7

Р. А. Каюмов, А. Т. Галимова, А. А. Сагдеев,

Ф. М. Гумеров

РАСТВОРИМОСТЬ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ СО2

Ключевые слова: пропиленгликоль, сверхкритический диоксид углерода, уравнение

состояния Пенга - Робинсона.

Приведены результаты экспериментальных исследований растворимости пропиленгликоля в сверхкритическом диоксиде углерода с использованием динамического метода. Представлено математическое описание данных по растворимости с использованием уравнения Пенга-Робинсона и трех подгоночных параметров.

Keywords: propyleneglycol, supercritical carbon dioxide, Peng - Robinson equation of state.

Results of experimental researches of solubility of propyleneglycol in the supercritical carbon dioxide with use of a dynamic method are resulted. The mathematical description of the data on solubility with use of the equation of Peng-Robinson and three adjustable parameters is presented.

Введение

На современном этапе развития химическая промышленность не может обойтись без отходов и проблема их утилизации актуальна для любого химического производства. Основным направлением утилизации инертных и малоопасных промышленных отходов продолжает оставаться их захоронение на полигонах.

Для токсичных отходов, не нашедших применение в производстве, существует множество методов перевода их в безопасное состояние с последующим их захоронением. Основными направлениями утилизации токсичных промышленных отходов являются их термическое обезвреживание или физико-химическая нейтрализация.

Одним из отходов, подвергающихся методу термического обезвреживания, является отход процесса совместного получения стирола и окиси пропилена гидропероксидным методом, реализованного на ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Этот отход представляет собой раствор солей и не расслоившихся углеводородов в виде непрозрачной эмульсии бурого цвета, с резким запахом ароматических углеводородов, рН = 11. Основными компонентами отхода являются: этилбензол, ацетофенон (АЦФ), фенол, метилфенилкарбинол (МФК), пропиленгликоль, в незначительных количествах стирол, так же в данном отходе содержится молибден в виде, преимущественно, молибда-та натрия (Na2MoO4).

Для решения задачи извлечения углеводородов, являющихся сырьем для нефтехимического производства, предлагается технология, основанная на использовании сверх-критического флюидного экстракционного (СКФЭ) процесса. Реализация предлагаемой технологии возможна лишь при удовлетворительной растворимости компонентов отхода, по этой причине изучение их растворимости в сверхкритическом СО2 является первоочередной задачей на пути реализации технологии утилизации отхода. В данной работе была

исследована растворимость одного из основных компонентов отхода - пропиленгликоля, концентрация которого в отходе может достигать 12 %.

Экспериментальная часть

В качестве растворителя применялась углекислота 1-го или высшего сорта, с содержанием углекислого газа не менее 99,5%.

Используемый в ходе экспериментов пропиленгликоль соответствовал марке ч.д.а. (чистый для анализа) с содержанием основного вещества не менее 98%.

В рамках проведения работы по разработке процесса утилизации отхода сконструирована экспериментальная установка [1] для экстракции сверхкритическим диоксидом углерода (рис. 1).

Рис. 1 - Схема экспериментальной установки: 1 - баллон с углекислотой; 2 - охладитель углекислоты; 3 - плунжерный насос; 4 - экстракционная ячейка; 5 - дросселирующее устройство; 6 -сборник экстракта; 7 - газовый расходомер; 8 - нагреватель; 9 - термостатическая ванна

Установка смонтирована на базе жидкостного плунжерного насоса 3. Перед насосом 3 установлен охладитель 2, представляющий собой емкость объемом 25 мл, охлаждаемый хладоноси-телем при температуре минус 5 С, хладоноситель так же подавался в рубашку охлаждения цилиндров насоса 3.

Расход растворителя задавался на панели плунжерного насоса с точностью 0,01 мл/мин, давление системы контролировалось образцовым манометром.

Экстракционная ячейка 4 помещалась в термостатическую ванну 9 с нагревателем 8, что позволяло проводить эксперимент при постоянной температуре. Нагреватель 8 имел собственный терморегулятор с точностью установки 0,1 °С, дополнительно температура в термостатической ванне контролировалась ртутным термометром. Сборник экстракта 6 снабжен дросселирующим устройством 5, проходя через которое давление сверхкритического раствора снижалось до атмосферного. Расход газа после сборника экстракта замерялся газовым расходомером 7.

Определение растворимости проводилось динамическим методом [2]. Перед подачей растворителя ячейка, заполненная исследуемым веществом и герметизированная, термостатировалась в течение 20 минут. Подаваемый в экстракционную ячейку растворитель предварительно нагревался в змеевике для минимизации температурных градиентов.

Учитывая особенности использования динамического метода, для измерения растворимости были проведены эксперименты по исследованию зависимости концентрации пропиленгликоля от расхода растворителя и уровня заполнения ячейки. Данный этап исследования являлся неотъемлемой частью измерения растворимости, поскольку использование динамического метода подразумевает неравновесную концентрацию сверхкритического раствора и задачей данного этапа явля-

лось определение оптимальных параметров проведения эксперимента с целью получить концентрацию максимально приближенную к равновесной.

На рис. 2 представлена зависимость концентрации пропиленгликоля от расхода растворителя, где условно обозначены: I - зона максимально приближенной к равновесной концентрации, II - зона заведомо неравновесной концентрации. На рис. 3 представлены зависимости концентрации пропиленгликоля от объема заполнения ячейки, где условно обозначены: I - зона неравновесной концентрации (недостаточная растворимость), II - зона максимально приближенной к равновесной концентрации (оптимальная растворимость), III - зона капельного уноса.

Рис. 2 - Зависимость концентрации пропи- Рис. 3 - Зависимость концентрации пропиленгликоля от расхода растворителя при ленгликоля от объема заполнения ячейки

Р = 20 МПа и Т = 323 К при Т = 318К

Обсуждение результатов

Результаты экспериментальных исследований и расчетов растворимости пропиленгликоля в диапазоне давлений 12 ^30 МПа для трех изотерм представлены на рис. 4. Экспериментальные данные по растворимости пропиленгликоля в СК СО2 получены при заполнении ячейки на уровне 50 - 60% и объемом расходе растворителя 1,5 ^1,8 мл/мин.

Описание результатов растворимости пропиленгликоля, полученных экспериментальным путем, производилось по уравнению Пенга-Робинсона с тремя коэффициентами [3].

Растворимость, мол .доли

Давление, МПа

Рис. 4 - Растворимость пропиленгликоля (линии расчет)

Заключение

Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности извлечения про-пиленгликоля из отхода процесса эпоксидирования олефинов. Предлагаемые авторами настоящей работы технологии, основанные на использовании СКФЭ процесса для утилизации отхода процесса каталитического эпоксидирования олефинов и извлечения из отходов углеводородов защищены патентами [4, 5].

Исследования выполнены в рамках гранта программы Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (гос. контракт №5856р/8278).

Литература

1. Заявка на пат. № 20109098/05. Установка для исследования растворимости веществ с использование сверхкритических флюидов / А.А. Сагдеев, Р.А. Каюмов, А.Т. Галимова (Тухватова), Р.Ф. Галлямов; заявитель ООО «Металлокрит». - №2010109098/05; заявл. от 11.03.10 (уведомление о выдаче патента №20109098/05(012748)).

2. Газизов, Р.А. Практикум по основам сверхкритических флюидных технологий / Р.А. Газизов [и др.] - Казань. : ООО "Инновационно-издательский дом "Бутлеровское наследие", 2010. - 452 с.

3. Галимова (Тухватова), А. Т. Уравнение Пенга-Робинсона при описании растворимости стирола в сверхкритическом диоксиде углерода. / А.Т. Галимова (Тухватова), А. А. Сагдеев, Н.Н. Саримов, Ф.М. Гумеров // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №3. Ч1. - С. 30 - 38.

4. Пат. 2367609 ЯИ, МПК Б0И23/92. Способ извлечения молибдена из продуктов каталитического эпоксидирования олефинов органическими гидропероксидами / А.А. Сагдеев, Р.А. Каюмов, А.А. Петухов, Ф.М. Гумеров; заявитель и патентообладатель ООО «Суперкритические технологии». -№2007141338/15; заявл. 29.10.07; опубл. 20.09.09.

5. Пат. 2353152 ЯИ, МПК В0И38/68. Способ утилизации отхода процесса каталитического эпоксидирования олефинов / А.А. Сагдеев, Р.А. Каюмов, А.А. Петухов, Ф.М. Гумеров; заявитель и патентообладатель ООО «Металлокрит». - №2008112895/04; зявл. 25.03.08; опубл. 27.06.10.

© Р. А. Каюмов - асп. каф. теоретических основ теплотехники КГТУ, krustam@bk.ru); А. Т. Галимова - асп. той же кафедры; А. А. Сагдеев - канд. техн. наук, доц., зав. каф. техники и физики низких температур НХТИ КГТУ; Ф. М. Гумеров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических основ теплотехники КГТУ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.