Phase equilibrium and critical states in reactive system containing n-butyl acetate

Abstract

Выпускная квалификационная работа посвящена изучению фазового равновесия жидкость-жидкость, растворимости и критическим явлениям в системе с реакцией синтеза н-бутилацетата, а именно уксусная кислота – н-бутанол – н-бутилацетат – вода при 55 °С и атмосферном давлении. Интерес к совмещенным реакционно-массообменным процессам, обусловленный как их практической значимостью для химической технологии, так и необходимостью решения новых фундаментальных проблем химической термодинамики, инициировал экспериментальные и теоретические исследования фазовых равновесий в системах с химическими реакциями. Исследования таких процессов в системах с реакциями синтеза сложных эфиров имеют большую практическую значимость, так как они востребованы во многих аспектах химической технологии. Например, в химической, косметической и пищевой промышленностях, а также в разработке и оптимизации процессов синтеза и очистки биотоплива. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, моделирования, обсуждения результатов, выводов, благодарностей, публикаций по результатам ВКР, списка литературы, в котором приведены 58 источников, и приложений. В обзоре научной литературы приведено описание ранее опубликованных исследований фазового равновесия и растворимости в системе уксусная кислота – н-бутанол – н-бутилацетат – вода и в ее тройных и бинарных подсистемах, описана теория критических явления в жидкофазных системах и методы моделирования фазового равновесия и критических составов. В экспериментальной части описаны методики экспериментального исследования фазового равновесия жидкость-жидкость, растворимости и критических явлений в системе уксусная кислота – н-бутанол – н-бутилацетат – вода и в ее тройных и бинарных подсистемах и представлены полученные результаты. В третьей главе приведены результаты моделирования фазового равновесия по уравнениям NRTL и UNIFAC. В обсуждении результатов приведено сопоставление экспериментальных данных о фазовом равновесии и растворимости, и сравнение их с литературными. Проведена корреляция экспериментальных результатов с расчетными. В результате наблюдалась хорошая согласованность данных, полученных двумя независимыми экспериментальными методами, отмечено влияние температуры на область гетерогенности и ход критической кривой и показана хорошая сходимость экспериментальных и расчетных данных.

Master’s thesis is devoted to the study of liquid-liquid equilibrium (LLE), solubility and critical phenomena in n-butyl acetate synthesis system: acetic acid - n-butanol - n-butyl acetate - water at 55 °C and atmospheric pressure. Interest in combined reaction-mass transfer processes initiated experimental and theoretical studies of phase equilibria in systems with chemical reactions, because of their practical importance for chemical technology and the need to solve new fundamental problems of chemical thermodynamics. Studies of such processes in esters synthesis systems are of great practical importance, since they are in demand in many aspects of chemical technology. For example, in the chemical, cosmetic and food industries, as well as in the development and optimization of processes for the synthesis and purification of biofuels. Master’s thesis consists of an introduction, 4 chapters, conclusions, acknowledgments, publications based on the results of the thesis, a list of references with 58 sources and appendixes. The first chapter contains a review of the scientific literature, which describes previously published studies of LLE and solubility in the acetic acid - n-butanol - n-butyl acetate - water system and in its ternary and binary subsystems, describes the theory of critical phenomena in liquid-phase systems and methods for modeling LLE and critical compositions. In the second chapter the methods of experimental study of LLE, solubility and critical phenomena in the acetic acid - n-butanol - n-butyl acetate - water system and in its ternary and binary subsystems are described, and the obtained results are presented. The third chapter presents the results of LLE modeling using the NRTL and UNIFAC equations. Chapter 4 is devoted to discussing the results of the experiment. In this discussion a comparison of the experimental data on LLE and solubility and their comparison with the literature data is presented. Correlation of experimental results with calculated ones is carried out. As a result, the data obtained by two independent experimental methods have a good agreement. The effect of temperature on the heterogenous area and the course of the critical curve was noted. Moreover, a good agreement of the experimental and calculated data was shown.