Исследование высокоэффективных и энергосберегающих сверхкритических флюидных экстракционных процессов, основанных на переходе к термодинамическому способу перемешивания рабочих сред, применительно к задаче переработки промышленных водных стоков

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-19-00117

НазваниеИсследование высокоэффективных и энергосберегающих сверхкритических флюидных экстракционных процессов, основанных на переходе к термодинамическому способу перемешивания рабочих сред, применительно к задаче переработки промышленных водных стоков

Руководитель Гумеров Фарид Мухамедович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения

Ключевые слова I-II типы фазового поведения бинарных систем, сверхкритическое флюидное (СКФ) состояние, природа СКФ растворителя, растворимость и псевдорастворимость, СКФ экстракция, теплофизические свойства, окисление в сверхкритической водной среде, энергоэффективность процессов, фенолсодержащий водный сток

Код ГРНТИ61.01.91

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на развитие таких приоритетных направлений науки, как: «Рациональное природопользование», а также «Энергоэффективность и энергосбережение». Цель проекта заключается в формировании научных основ тепло- и массообменных процессов, реализуемых с участием рабочих сред, находящихся в сверхкритическом флюидном состоянии, на примере СКФ экстракционного процесса и реакции окисления в сверхкритической водной среде, не уступающим лучшим мировым аналогам, а где-то и превосходящим по своим технико-экономическим и экологическим показателям. В 2019-2020 годах авторами проекта сформулированы предпосылки и начато обсуждение условий, обеспечивающих максимальную эффективность СКФ экстракционного процесса, имеющих место для систем «целевая компонента-экстрагент» I-II типа фазового поведения за пределами бинодали в области СКФ состояния. Эта область состояния отличается тем, что бинарная система в ней в условиях неограниченной смешиваемости компонентов не имеет границы раздела фаз и это является ключевым фактором, способствующим существенному повышению эффективности СКФ экстракционного процесса в сопоставлении, к примеру, с тем же СКФ экстракционным процессом, но реализуемым для систем V-VII типов фазового поведения, которые отличают относительно низкая смешиваемость компонентов, наличие границы раздела фаз в широкой области СКФ состояния бинарной системы и, как следствие, ограниченная эффективность экстракционного процесса. Экспериментальное подтверждение высказанным предположениям уже получено применительно к таким частным задачам, как процессы утилизации отработанных древесных железнодорожных шпал [В.Ф.Хайрутдинов, Ф.М. Гумеров, И.Ш.Хабриев, Р.Ф.Габитов, М.И.Фарахов, Ф.Р.Габитов, З.И. Зарипов. Утилизация древесных железнодорожных шпал с использованием сверхкритического флюидного экстракционного процесса // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 9, С. 4-10] и молибденсодержащего водного стока ПАО «Нижнекамскнефтехим» [Ф.М.Гумеров, В.Ф. Хайрутдинов, З.И.Зарипов. Дополнительное условие эффективности сверхкритического флюидного экстракционного процесса // ТОХТ. 2021. Т. 55. №3, С. 273-285]. В первом случае, благодаря переходу с V-VII типа фазового поведения системы «целевая компонента-экстрагент» на I-II тип фазового поведения, осуществленному посредством изменения физико-химической природы экстрагента, эффективность СКФ экстракционного процесса возросла в 4 раза, тогда как в рамках второй задачи та же самая эффективность для реализованных условий возросла в 7.8 раза! Итак, особенность осуществления экстракционного процесса в СКФ условиях для систем I-II типа фазового поведения заключается в том, что в этом случае СКФ состояние реализуется для бинарной системы в однофазной области без границы раздела фаз, которая (наличие границы раздела фаз) является главным методическим условием реализации широко известных и наиболее часто используемых статического и динамического методов исследования растворимости веществ в СКФ растворителях. То есть, нет границы раздела фаз, казалось бы, нет и растворимости. Однако, прототип динамического метода исследования растворимости в лице СКФ экстракционного процесса (абсолютный аналог в части технической реализации), механизм селективного извлечения которого основан именно на растворимости, демонстрирует результативное извлечение. То есть, метод исследования растворимости не работает, данных по растворимости в обсуждаемой области нет, но растворимость как таковая существует и обеспечивает даже существенно более высокую эффективность СКФ экстракционного процесса. В известном и используемом во всем мире американском справочнике [Gupta R.B., Shim J.-J. Solubility in supercritical carbon dioxide. CRC Press. Taylor & Francis Group, 2007. 909 P.] по растворимости веществ в сверхкритическом СО2 наряду с результатами для систем V-VII типа фазового поведения, для которых методические условия исследования растворимости легко и корректным образом выполняются, и, которые составляют 99% и более объема издания, приведен и ограниченный объем данных для систем I-II типа фазового поведения. Причем, последние получены лишь на основе характеристик для правой ветви бинодали, что заведомо относится к докритической области бинарной системы, не имея никакого отношения к СКФ состоянию рассматриваемой бинарной системы, которое внесено в заголовок самого издания. Речь идет, к примеру, о таких системах, приведенных в справочнике, как «СО2-н-октан», «СО2-декан», «СО2-этанол», «СО2-бутанол», «СО2-пропанол», «СО2-изопропанол», «СО2-1-гексанол», «СО2-3-гексанол», «СО2-1-деканол», «СО2-хлорбензол», «СО2-уксусная кислота» и др. В этой ситуации существует, но однозначно мала вероятность того, что авторы справочника не разобрались в вопросе. И более вероятной, все же, представляется то, что в условиях полного отсутствия данных по растворимости авторы справочника для ориентира выдали докритические характеристики, формально будучи правыми в том, что в представленных термодинамических условиях лишь диоксид углерода в однокомпонентном варианте действительно находится в сверхкритическом флюидном состоянии. Таким образом, данных по растворимости нет, а СКФ экстракционное извлечение, основанное на растворяющей способности экстрагента, существует, причем, обеспечивая повышенную эффективность. Факт повышенной эффективности экстракционного процесса, осуществляемого за пределами бинодали для систем I-II типов фазового поведения в нашей стране не обсуждался никогда, а в зарубежной литературе единственное упоминание, с которым столкнулись авторы предлагаемого проекта, датировано 1984 годом [Kazunari O., Takashi K. Verfahren zur herstellung eines extraktes. Patentschrift DE 34 24 614 C2. 1984]. И в этой ситуации выявление сути уже «псевдорастворимости» (в области, где по факту традиционная растворимость в рамках традиционных методов ее исследования отсутствует), устанавливаемой, к примеру, косвенным путем на основе реализации динамического процесса с экстракционным механизмом, является крайне актуальной, а результаты будут обладать абсолютной новизной. Анализ литературы по результатам исследования линий Вайдома (к примеру, M.Raju, D.T.Banuti, P.C.Ma, M.Ihme. Widom lines in binary mixtures of supercritical fluids // Scientific Reports. 2017. 7. 3027. P.1-10. DOI: 10.1038/s41598-017-03334-3), затрагивающих обсуждаемую в проекте область состояния, указывают на то, что фундаментальный аспект общей проблемы далек от полной исследованности, а растворимость и ее высоко эффективное приложение в лице СКФ экстракционного процесса не исследованы и не обсуждались вообще. Революционность идеи, даже в части лишь СКФ экстракционного процесса, заключается в том, что реализованные и, в том числе в промышленных вариантах, процессы для систем V типа фазового поведения по определению являются далеко не самыми эффективными, а значительная часть объема данных по растворимости, приведенная в отмеченном выше справочнике, даже язык не поворачивается сказать, на самом деле может оказаться нужной лишь для знакомства с перечнем систем, которые с точки зрения эффективности СКФ экстракционного процесса малоэффективны и уступают тем, в которых реализуются I-II типы фазового поведения. Однако, необходимо и отметить, что экстрагенты, обеспечивающие I-II типы фазового поведения, часто являются более высоко температурными (к примеру, пропан с Ткр=369.82К в сопоставлении с диоксидом углерода с Ткр=304.14К). Как следствие, в этом случае появляется необходимость поиска низкотемпературных (с более низким значением критической температуры) экстрагентов, отвечающих обсужденным требованиям и условиям. Прикладной аспект проекта направлен на решение технологической (в части ресурсо- и энергосбережения) и экологической проблем, имеющих место на ПАО «Казаньоргсинтез», где на фенольном производстве, ввиду отсутствия эффективной технологии, водный сток объемом от 200 до 3000 тонн в год, содержащий фенол – 5% масс., ацетон – 3% масс., соли - 15% масс. и воду – 77% масс., на протяжении длительного периода времени подвергается лишь термическому обезвреживанию. Наносится ущерб экологии и теряется ценное сырье для химической промышленности. Предлагаемая в проекте технология для утилизации стока предполагает сочетание на принципах энерготехнологической оптимизации высоко эффективного СКФ экстракционного процесса с подбором экстрагента, обеспечивающего I-II типы фазового поведения с извлекаемыми компонентами и процесса окисления неизвлеченных СКФ экстракцией углеводородных остатков стока в сверхкритической водной среде. При этом, использование второго этапа технологии в значительной степени будет зависеть от степени решенности исходной проблемы на первом экстракционном этапе. Таким образом, к проблемным, а соответственно и актуальным, и отвечающим требованиям научной новизны вопросам, предполагаемым к исследованию в предлагаемом проекте, можно отнести следующие: - исследование фазовых равновесий бинарных систем с участием подлежащих к извлечению компонент фенольного стока (фенол, ацетон) для выявления потенциальных растворителей (возможно этан, этилен, пропан и некоторые фреоны), обеспечивающих I-II типы фазового поведения и относительно мягкие температурные условия осуществления СКФ экстракционного процесса; - исследование «псевдорастворимости» фенола и ацетона в СКФ растворителях различной химической природы, формирующих I-II тип фазового поведения для систем «растворяемое-растворитель»; установление характера влияния природы растворителя, термодинамических условий (Т, Р), расхода растворителя, величины загрузки растворяемого вещества в условиях неограниченной смешиваемости и кинетики растворения с итоговой целью выявления и формулирования неисследованного ранее механизма «псевдорастворения»; - исследование характеристик экстракционного процесса для систем I-II типов фазового поведения, реализуемого в СКФ области состояния бинарной системы «целевая компонента-экстрагент» за пределами бинодали, как функции физико-химической природы экстрагента, термодинамических условий осуществления процесса, степени загрузки экстрактора и некоторых иных; - исследование теплофизических свойств (изобарная теплоемкость, теплопроводность, вязкость) промышленного водного стока и бинарных систем «целевая компонента-экстрагент» I-II типов фазового поведения в СКФ области состояния за пределами бинодали; - моделирование поведения равновесных характеристик, теплофизических свойств и кинетики экстракционных процессов; - исследование характеристик процесса окисления фенольного водного стока (исходного и после экстракционного извлечения с остаточным содержанием целевых компонент) в сверхкритических флюидных условиях водной среды, как функции концентрации стока, природы и концентрации окислителя и термодинамических условий осуществления процесса; исследование кинетики и механизма окисления и, в том числе с использованием квантово-химических методов анализа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Урядов В.Г., Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Мазанов С.В., Габитова А.Р. Численная характеристика структуры органической молекулы. Часть 25. Взаимосвязь некоторых физико-химических свойств 2-, 3-н-алканолов и 2-, 3-амино-н-алканов со структурно-массовым параметром БУТЛЕРОВСКИЕ СООБЩЕНИЯ, Т. 70. № 5.С. 1-13. (год публикации - 2022)
10.37952/ROI-jbc-01/22-70-5-1

2. Урядов В.Г., Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Мазанов С.В., Габитова А.Р. Численная характеристика структуры органической молекулы. Часть 26. Взаимосвязь критических параметров 2- и 3-амино-н-алканов со структурно-массовым параметром БУТЛЕРОВСКИЕ СООБЩЕНИЯ, Т. 71. № 7. С. 29-40. (год публикации - 2022)
10.37952/ROI-jbc-01/22-71-7-29

3. Сагдеев Д.И., Хайрутдинов В.Ф., Фарахов М., Аляев В.А., Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Минкин В.С., Абдулагатов И.М. Measurements of the Density and Viscosity of Heavy Oil and Water‑in‑Oil Emulsions Over a Wide Temperature Range International Journal of Thermophysics, International Journal of Thermophysics, 2023, 44:7, P. 1-46. (год публикации - 2023)
10.1007/s10765-022-03111-z

4. Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Мазанов С.В., Накипов Р.Р., Хабриев И.Ш., Ахметзянов Т.Р. , Хайрутдинов В.Ф., Аетов А.У., Усманов Р.А. НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СКФ ЭКСТРАКЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДНОГО СТОКА ПАО «КАЗАНЬОРГСИНТЕЗ» Сверхкритические флюиды - теория и практика (год публикации - 2022)

5. Хайрутдинов В.Ф., Хабриев И.Ш., Гумеров Ф.М., Ахметзянов Т.Р., Яруллин Л.Ю., Сабирова Л.Ю., Полищук И., Абдулагатов И.М. Measurements of Isothermal Vapor-Liquid Equilibrium and CP- PC-SAFT Phase Behavior Modeling of the Propane + Phenol and Tetracosane + Propane/n-Butane Mixtures Journal of Chemical & Engineering Data (год публикации - 2022)

6. Мазанов С.В., Фан К.М., Аетов А.У., Зарипов З.И., Старшинова В.Л., Каралин Э.А., Усманов Р.А., Гумеров Ф.М., Абдулагатов И.М. Heterogeneous Catalytic and Non-Catalytic Supercritical Water Oxidation of Organic Pollutants in Industrial Wastewaters Effect of Operational Parameters Symmetry, 15 (2). 340. P. 1-23 (год публикации - 2023)
10.3390/sym15020340

7. Мазанов С.В., Фан К.М., Аетов А.У., Усманов Р.А., Зарипов З.И., Шинкарев А.А., Каралин Э.А., Гумеров Ф.М. Окисление органических соединений в сверхкритических флюидных условиях в рамках задачи утилизации промышленных водных стоков ПАО "Нижнекамскнефтехим" И ПАО "Казаньоргсинтез" Экология и промышленность России, Т. 27. № 4. С. 10–16. (год публикации - 2023)
10.18412/1816-0395-2023-4-10-16

8. Гумеров Ф.М., Зарипов З.И., Мазанов С.В., Накипов Р.Р., Хабриев И.Ш., Ахметзянов Т.Р., Хайрутдинов В.Ф., Аетов А.У., Усманов Р.А. Some Characteristics of Thermodynamic Systems and Their Effect on the Efficiency of the Recovery of Valuable Components of Industrial Wastewater from PAO Kazanorgsintez by Supercritical Fluid Extraction Russian Journal of Physical Chemistry B, Vol. 17, No. 7, pp. 36–42 (год публикации - 2023)
10.1134/S1990793123070059

9. Зарипов З. И., Накипов Р. Р., Мазанов С. В.. Гумеров Ф. М. Heat Capacity of Phenol and Its Aqueous Solutions at High Temperatures and Pressures Russian Journal of Physical Chemistry A, Vol. 98, No. 2, pp. 22–29. (год публикации - 2024)

10. Аетов А.У., Мельник Ю.Д., Гаврилов Н.С. Исследование процесса утилизации сточных вод участка нейтрализации, пылеулавливания и газоочистки аффинажного производства ОАО «Красцветмет» с использованием сверхкритических флюидных сред Вестник технологического университета, Т.26. №4. C. 24-28. (год публикации - 2023)
10.55421/1998-7072_2023_26_4_24

11. Аетов А.У., Мельник Ю.Д., Гаврилов Н.С. Сверхкритическое водное окисление сточных вод процесса рекультивации земельного участка со свалкой отходов Вестник технологического университета, Т.26. №4. C. 33-37. (год публикации - 2023)
10.55421/1998-7072_2023_26_4_33

12. Фан К.М., Мазанов С.В., Накипов Р.Р., Зарипов З.И., Гумеров Ф.М. Фазовые равновесия бензилового спирта с диоксидом углерода и пропаном Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, Т. 79. № 1. С. 47-50. (год публикации - 2023)

13. Курдюков А. И., Гумеров Ф. М., Зарипов З. И., Габитова А. Р., Гарифзянова Г. Г., Чистов Ю. С. Препаративная спиновая химия. Часть 2. DFT исследование элементарных актов каскадного триплетного окисления уксусной кислоты и конкретизация механизма генерации гидроксидых и алкоксильных радикалов Бутлеровские сообщения, Т.75. №9. C.105-115 (год публикации - 2023)
10.37952/ROI-jbc-01/23-75-9-105

14. Фан К.М., Мазанов С.В.,Накипов Р.Р., Зарипов З.И., Усманов Р.А., Гумеров Ф.М. Фазовое поведение бинарных систем, включающих основные компоненты молибденсодержащего водного стока ПАО «Нижнекамскнефтехим» и потенциальный экстрагент, используемый в сверхкритическом флюидном состоянии ВЕСТНИК КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. А.Н. ТУПОЛЕВА, № 1. Т. 78. C. 31-37. (год публикации - 2022)

15. А.Р. Габитова, А.У. Аетов, З.И. Зарипов, Ф.М. Гумеров, Р.А. Усманов, С.В. Мазанов Моделирование и технико-экономический анализ сверхкритических флюидных методов переработки промышленного водного отхода ПАО «Казаньоргсинтез» применительно к модельному стоку Экология и промышленность России (год публикации - 2025)

16. Зарипов З.И., Накипов Р.Р., Мазанов С.В., Гумеров Ф.М. Experimental study of the phase equilibrium diagram of the binary mixture "freon R404A- acetone" E3S Web of Conferences (год публикации - 2025)

17. Зарипов З.И.,. Накипов Р.Р, Мазанов С.В., Гумеров Ф.М. Heat capacity of 1-ethyl-3- methylimidazolium thiocyanate at high temperatures and pressures E3S Web of Conferences (год публикации - 2025)

18. Зарипов З.И., Накипов Р.Р., Мазанов С.В., Гумеров Ф. М. Heat Capacity of Acetone and Its Aqueous Solutions at High Temperatures and Pressures Russian Journal of Physical Chemistry A, Vol. 98, No. 10, pp. 2256–2261. (год публикации - 2024)
10.1134/S0036024424701413

19. А.У. Аетов, С.В. Мазанов, Р.А. Усманов, А.Р. Габитова, Ф.М. Гумеров, Ю. А. Шаповалов, З.И. Зарипов, Р.З. Мусин Oxidation of Phenol and Acetone in a Model Water Flow in Continuous Mode at High Pressure The Eurasian Chemico-Technological Journal, Vol. 26 No. 1. 21-27 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.18321/ectj1562

20. Аетов А. У., Мазанов С. В., Усманов Р. А., Гумеров Ф. М. Утилизация фенольного модельного водного стока в непрерывном режиме в условиях суб- и сверхкритической воды 48. Современные технологии в области защиты окружающей среды и техносферной безопасности (16–17 апреля 2024 г., Казань). Материалы конференции., Минобрнауки России; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2024 / Материалы конференции. 2024. С. 25-28. (год публикации - 2024)

21. А.У. Аетов, Н.С. Гаврилов Моделирование и технико-экономическое обоснование технологии переработки промышленных отходов 45. Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология. VII Всероссийская студенческая научно-техническая конференция (28–30 мая 2024 г., г. Казань). Mатериалы конференции, Казань: ООО «Конверс» / материалы конференции. 2024. Стр. 221-225. (год публикации - 2024)

22. А.У. Аетов, Ф.М. Гумеров, Р.А. Усманов, С.В. Мазанов Окисление промышленного водного стока завода «Бисфенол А» ПАО «Казаньоргсинтез в периодическом режиме при высоком давлении Материалы XV Всероссийской школы-конференции молодых учёных имени В.В. Лунина «Сверхкритические флюидные технологии в решении экологических проблем» (г. Иваново, 01 – 03 июля 2024 года)., 46. Материалы XV Всероссийской школы-конференции молодых учёных имени В.В. Лунина «Сверхкритические флюидные технологии в решении экологических проблем». Стр. 37-40. (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Получены новые данные о фазовом равновесии системы «ацетон − фреон R404A». Показано, что СКФ экстракционное извлечение жидкофазных компонентов тех самых стоков целесообразно лишь для систем «целевая компонента-экстрагент» I−II типов фазового поведения. В СКФ области безграничного смешивания компонентов с присутствием критической опалесценции при температуре Т = 356.0 К (t = 82.85 оС) критическое давление составило Pc = 4.14 МПа. Установление критического значения давления, отнесенного к вершине бинодали, подкреплено фиксацией факта отсутствия границы раздела фаз в рамках рассмотрения фазового состояния этой бинарной системы с использованием оптической ячейки высокого давления. В соответствии с целью и задачами проекта с использованием экспериментальных установок получены новые данные по изобарной теплоемкости, теплопроводности и плотности смесей модельного промышленного водного стока с экстрагентами (СО2 и пропан/бутан) в диапазоне температур до 473,15 К и давлений до 30 МПа. Можно отметить области с экстремумами избыточной энтальпии при температурах и давлениях, характерными для чистых СО2 и пропан/бутана. Из результатов стоит отметить, максимальные значения составляют для смеси модельного промышленного водного стока с СО2 ≈14 кДж/(моль К) при давлении 9,8 МПа и температуре 323 К, для модельного промышленного водного стока с пропан/бутаном ≈ 15 кДж/(моль К) при давлении 4,9 МПа и температуре 413 К. Для данной мольной доли и температуры смеси становятся менее экзотермическими с ростом давления. В рамках проведенным экспериментальным исследованиям характеристик экстракционного процесса извлечения целевых компонент из промышленного водного стока, реализуемого в СКФ области состояния бинарных систем «целевая компонента-экстрагент», а именно извлечения фенола из промышленного водного стока, образующегося на заводе Бисфенол А ПАО «Казаньоргсинтез», с применением в качестве экстрагента сверхкритического СО2, при максимальном выходе m=0,526 г, максимальный выход экстракта в % относительно исходной массы ацетона составил ∆m = 50,1 % (∆m = (m/mац)*100%), а также полученного исполнителями свидетельства об ЭВМ [Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2023662299 «Расчет эффективности процесса окисления промышленного водного стока» / Аетов А.У., Гумеров Ф.М., Бронская В.В., Игнашина Т.В. / 2023. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54049094], была разработана программа, предназначенная для получения модели-прогнозирования эффективности экстракционного извлечения компонентов из промышленного водного стока СК-СО2. Были использованы следующие языки программирования: Си, Си++, Java. Программа может использоваться для расчета выхода экстракта в зависимости от давления и заполнения экстрактора, а функциональные возможности программы состоят в прогнозировании значений в процентном и массовом показателях эффективности экстракционного извлечения. В соответствии с целью и задачами проекта проведено исследование кинетики реакции СКВО исходного фенол содержащего стока ПАО «Казаньоргсинтез» с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя (избыток окислителя 1-5,5) в широком диапазоне параметров состояния Р (22,5МПа), Т (400-600 °C) в присутствии гетерогенного катализатора. Подбор гетерогенного катализатора (активный оксид алюминия марки АОА (ГОСТ 8136-85) в виде цилиндрических гранул) осуществлен на основе проведенного литературного обзора. Из результатов можно заключить, что окисляемость промышленного сток наблюдается во всем исследованном диапазоне температур, КИК и длительности процесса. Увеличение значений этих параметров (t, τ, КИК) приводит к уменьшению показателя ХПК. Значения ХПК ниже требуемых для технической воды 1000 мгО2/л достигаются уже на этапе значения параметров Т=500 ºС; τ=3 мин; КИК=2. Окисляемость органических соединений достигает уровня более 90 %. Оптимальный режим с точки зрения минимизации энергозатрат на проведение процесса соответствует параметрам t=500 ºС, Р=25.5 МПа, τ=3 мин, ХПК=885 мгО2/л. Проведено моделирование процесса СКВО в реакторе проточного типа с использованием программы ANSYS Fluent. В результате были получены поля давлений, температур, скоростей и вязкости. Впервые приведены результаты экспериментального исследования растворимости ацетона в диоксиде углерода (I-II тип фазового поведения), осуществленного по изолинии с критической концентрацией компонентов бинарной смеси за пределами бинодали с использованием динамического метода измерения. Выявлены диапазоны давлений, в которых растворимость проявляет в одном случае регулярное, а в другом сингулярное поведение. Впервые в асимптотической близости к критической точке по мере приближения к ней установлен факт аномального роста растворимости. Обсуждены предпосылки и условия набухания предполагаемой к извлечению компоненты, явившиеся основой для новых представлений о механизме сверхкритического флюидного экстракционного извлечения применительно к системам I-II типов фазового поведения. С применением программных пакетов Aspen Hysys и Aspen Process Economic Analyzer проведено моделирование процесса очистки водные отходов ПАО «Казаньоргсинтез» в процессе сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ). В качестве экстрагента выбраны: сверхкритические диоксид углерода (CO2), этан (C2H6) и этилен (C2H4). Моделирование и масштабирование обозначенных процессов проведено для стока, подаваемого с массовым расходом в 1000 кг/ч. Применительно к экстракционному процессу наименьшие капитальные затраты приходятся на случай использования в качестве экстрагента СО2. Общие эксплуатационные затраты того же случая с СО2. превосходят вариант с этиленом лишь по причине «отсутствия затрат» на собственный этилен. Эксплуатационные затраты на осуществление процесса окисления органических компонентов стока в случае кислорода воздуха в качестве окислителя на 40 % уступают варианту с перекисью водорода. За отчетный период опубликованы статьи: Зарипов З.И., Накипов Р.Р., Мазанов С.В., Гумеров Ф. М. Heat Capacity of Acetone and Its Aqueous Solutions at High Temperatures and Pressures Russian Journal of Physical Chemistry A (2024) https://link.springer.com/article/10.1134/S0036024424701413; А.У. Аетов, С.В. Мазанов, Р.А. Усманов, А.Р. Габитова, Ф.М. Гумеров, Ю. А. Шаповалов, З.И. Зарипов, Р.З. Мусин Oxidation of Phenol and Acetone in a Model Water Flow in Continuous Mode at High Pressure The Eurasian Chemico-Technological Journal (2024) https://ect-journal.kz/index.php/ectj/article/view/1562).

Публикации

Возможность практического использования результатов
-