Фундаментальные структурные закономерности, определяющие энергоэффективность технологий получения и выделения промышленно важных функциональных соединений

Отчет содержит 245 с., 1 ч., 64 рис., 42 табл., 206 источников, 3 приложения. Ключевые слова: энергоэффективность схем ректификации, многокомпонентные смеси, фазовая диаграмма, математическое моделирование, экстрактивная ректификация, сложные колонны, боковой отбор, тепловой насос, структурная оптимизация схем, автономные источники тока, датчики контроля, нанокомпозитные электроды. Решение проблем энергосбережения в технологиях органических продуктов связано с исследованиями свойств объектов на различных иерархических уровнях: от физико-химических и термодинамических свойств индивидуальных веществ и их смесей до структурной и параметрической оптимизации работы колонн, в том числе сложных, и их комплексов. На основе анализа структур фазовых диаграмм систем, содержащих до 6-8 компонентов, и данных вычислительного эксперимента разработаны рекомендации по выбору структур схем и энергоэффективных режимов разделения смесей, имеющих прикладное значение (производство метилизобутилкетона, смеси растворителей производства кремнийорганических эмалей, смеси тяжелокипящих компонентов). Разработаны новые подходы к расчету теплот испарения, получены массивы экспериментальных данных по плотностям бинарных разделяющих агентов, включающих ионные жидкости. Параметры уравнений, описывающих адекватно разные виды равновесий (жидкость-пар, жидкость-жидкость), позволяют с использованием метода математического моделирования исследовать возможности специальных методов разделения, выявлять режимы и наборы параметров работы ректификационных колонн, обеспечивающие наименьшие энергозатраты на разделение. Получены новые данные, указывающие на возможность существенного энергосбережения в комплексах сложных колонн экстрактивной ректификации за счет организации боковых отборов в системах с частично связанными тепловыми и материальными потоками, в том числе включающими тепловые насосы. Установлена связь энергозатрат с агрегатным состоянием бокового отбора при экстрактивной ректификации в процессе очистки бензола от тиофена, с величиной бокового отбора в процессах регенерации метанола и диэтиленгликоля из водных стоков газодобывающих предприятий. Альтернативные источники энергии на базе автономных источников тока позволяют осуществлять стабильное и бесперебойное энергоснабжение процессов и аппаратов химической технологии и, в частности, процессов ректификации, при аварийных и резервных режимах эксплуатации. Современные технологические методы и подходы к получению наноструктурированных электродных материалов дают возможность конструировать датчики контроля и автономные источники тока, в частности, топливные элементы с высокими функциональными характеристиками. Синтезированы полиметаллические наноструктурированные композиты с варьируемым составом на функциональных матрицах-носителях для конструирования электродов автономных источников тока. В результате установлен оптимальный алгоритм и метод синтеза полиметаллических нанокомпозитов. Получены данные влияния условий формирования наночастиц металлов на их размеры, форму и распределение по поверхности матрицы. Представлены результаты оценки наноструктурного статуса базовых элементов мембранно-электродных блоков микромощных источников энергии. Сформирована серия опытных образцов для практического использования при конструировании источников тока. Результаты НИР 1-го этапа отражены в 15 публикациях, включая: 7 статей – в журналах WoS, Scopus (в том числе 3 – Q2), 3 статьи – в журналах, включенных в перечень ВАК и РИНЦ, 2 статьи – в сборниках материалов конференций, 3 – тезисов докладов. Защищена одна диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук и две диссертации на соискание ученой степени кандидата химических и кандидата технических наук.