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

Проведен комплекс экспериментальных и расчетных исследований свойств компонентов и смесей, являющихся основой для решения задач синтеза энергоэффективных схем разделения сложных смесей. Экспериментально изучены плотности бинарных и трехкомпонентных смесей, образованных промышленными экстрактивными агентами при разных значениях температуры и атмосферном давлении. Построены 8 диаграмм изолиний плотности и 6 диаграмм изменения плотности для 3 трехкомпонентных систем. Впервые рассчитаны молярные энтальпии парообразования и построены соответствующие диаграммы изолиний для 4 трехкомпонентных систем органических растворителей при атмосферном давлении. Получены полные наборы параметров бинарного взаимодействия уравнений локальных составов, позволяющий описывать равновесие жидкость-пар с относительной ошибкой, не превышающей 3%. Сформулированы рекомендации по диапазону относительных ошибок описания фазового равновесия систем, содержащих близкие по свойствам компонентов. Исследована взаимосвязь между составом исходной бинарной (тройной) смеси ацетон – метанол (– вода /диметилсульфоксид) на параметры работы колонн комплекса экстрактивной (автоэкстрактивной ректификации). Показано, что присутствие растворителя (экстрактивного агента) в исходной смеси уменьшает его количество, необходимое для разделения смеси, флегмовые числа и общее энергопотребление процесса. Разработаны принципиальные технологические схемы регенерации растворителей 5.производства фармацевтических препаратов (бутанол – бутилацетат –метилизобутилкетон, ацетонитрил – метанол – бензол), а также разделения смеси производства циклогексанона (циклогексен – вода – циклогексанон – N- пирролидон), включающие комплекс экстрактивной ректификации. В вычислительном эксперименте определены статические параметры работы ректификационных колонн, обеспечивающие получение веществ товарного качества при минимальных энергозатратах. Определены оптимальные по критерию суммарных энергетических затрат в кипятильниках колонн параметры схем (трёхколонной и четырёколонной) разделения смеси диизопропиловый эфир – изопропиловый спирт – вода с этиленгликолем и глицерином. Установлено, что наименьшими энергетическими и капитальными затратами среди рассмотренных схем характеризуется трёхколонная схема разделения с глицерином. Определены оптимальные по критерию суммарных энергетических затрат в кипятильниках колонн параметры четырёх схем экстрактивной ректификации смеси бензол – циклогексан – толуол с N-метил-2-пирролидоном: традиционной схемы, состоящей из трёх двухотборных колонн, и трёх схем, включающих комплексы с частично связанными тепловыми и материальными потоками. Выявлено, что наиболее энергоэффективным технологическим решением является разделительный комплекс, состоящий из основной колонны и термически связанных с ней боковой колонны экстрактивной ректификации и исчерпывающей боковой секции.Исследованы динамические режимы работы двух схем (трёхколонной и четырёхколонной) разделения смеси диизопропиловый эфир – изопропиловый спирт – вода с глицерином, а также четырёх схем экстрактивной ректификации смеси бензол – циклогексан – толуол с N-метил-2-пирролидоном. Для каждой схемы разработаны эффективные автоматические системы управления и выполнен анализ устойчивости к внешним возмущающим воздействиям в виде изменения расхода и состава потока питания. Создана опытно-промышленная установка непрерывного высоковольтного микроплазменного перфорирования алюминиевых лент методом реплик с контролируемыми размерами нанопор в диапазоне от 20 до 500 нм. В результате 6.определены технологические параметры процесса формирования каталитически активных материалов и электродов для адекватного выбора оптимальных условий конструирования мембранно-электродных блоков автономных источников энергии и датчиков контроля. Осуществлено изолирование микробиома на поверхности сенсора, проведены исследования его субстратной специфичности и устойчивости к токсическим воздействиям. Установлено, что кулоновское притяжение анионного ПАВ способно создавать локальную концентрацию ионов аммония, достаточную для значительного сдвига pKa*. Установлено, что процесс переноса протона через мицеллярную границу раздела происходит в течение времени жизни возбужденного состояния, которое для депротонированной и протонированной форм акридина составляет 10 и 31 нс соответственно. Определены характеристики химико-технологического процесса контролируемого синтеза наноструктурированных никелевых и медных функциональных материалов при физико-химическом высоковольтном воздействии на алюминиевые матрицы. Исследованы функциональные свойства полученных модифицированных реплик на примере реакций окисления глюкозы и фруктозы (на меди) и метанола (на никеле).Проведены экспериментальные исследования водородно-воздушных и метанольных мембранно-электродных блоков топливных элементов на основе пористого никеля с наночастицами платины, палладия и рутения в зависимости от различных условий процесса. 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. Разработана серия образцов мембранно- электродных блоков. Представлены результаты оценки наноструктурного статуса базовых элементов мембранно-электродных блоков автономных источников энергии для практического использования для процессов и аппаратов химической технологии.