Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии
Not a member yet
1367 research outputs found
Sort by
Применение схем неадиабатической экстрактивной ректификации с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов для разделения смеси ацетон-толуол-н-бутанол
Get PDFObjectives. The study aims to investigate the effectiveness of the use of various options for organizing the process of diabatic distillation in the separation of a mixture of acetone-toluene-n-butanol by extractive distillation using dimethylformamide as an entrainer in a scheme with preliminary separation of azeotropic components.Methods. As the main research method, mathematical modeling in the Aspen Plus V. 12 software package was used. As a model for describing vapor-liquid equilibrium, the local composition Non-Random Two Liquid equation model was used. Parametric optimization of diabatic schemes was carried out according to the criterion of reduced energy costs.Results. Based on the scheme for extractive distillation of an acetone-toluene-n-butanol mixture with preliminary separation of azeotropic components, five options for organizing diabatic distillation schemes were considered, both with and without use of a compressor to reach a required flows temperature.Conclusion. It is shown that the use of diabatic schemes in the extractive distillation of a acetone-toluene-n-butanol mixture with dimethylformamide makes it possible to diminish the reduced energy costs by 8.9-43.5%. Meanwhile the maximum reduction in energy consumption is achieved in a scheme where upper vapor flows of two other columns are used to heat the azeotropic components separating column.Цели. Исследование энергетической эффективности применения неадиабатической экстрактивной ректификации при разделении смеси ацетон-толуол-н-бутанол с диметилформамидом в качестве разделяющего агента в схеме с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов.Методы. В качестве основного метода исследования применялось математическое моделирование с использованием программного комплекса Aspen Plus V. 12. Моделирование парожидкостного равновесия производилось по уравнению локальных составов Non-Random Two Liquid. Параметрическая оптимизация неадиабатических схем проводилась по критерию приведенных энергетических затрат.Результаты. На основе схемы экстрактивной ректификации смеси ацетон-толуол-н-бутанол с предварительным отделением азеотропообразующих компанентов было рассмотрено пять вариантов организации схем неадиабатической ректификации, как с использованием компрессора для достижения необходимой температуры потоков, так и без него.Выводы. Показано, что применение неадиабатической экстрактивной ректификации в схеме разделения смеси ацетон-толуол-н-бутанол с диметилформамидом с предварительным отделением азеотропообразующих компонентов позволяет снизить приведенные энергетические затраты на 8.9-43.5%, при этом максимальное снижение энергозатрат достигается в схеме с использованием для обогрева колонны отделения азеотропообразующих компонентов верхних паровых потоков двух других колонн
Определение хлорсодержащих соединений в дезинфицирующих средствах с использованием ионообменной хроматографии
Get PDFObjectives. To develop a method for the determination of hypochlorite, chloride, chlorite, chlorate, and perchlorate ions in solution; to determine the limits of detection and quantitation for ClO−, Cl−, ClO2−, ClO3−, and ClO4− ions; to evaluate the applicability of the developed method and its suitability for disinfectant analysis.Methods. Ionic chromatography using a conductometric detection system in isocratic elution mode.Results. The method developed for chromatographic determination of chlorine-containing ions can be used to quantify the content of hypochlorite, chloride, chlorite, chlorate, and perchlorate ions. In isocratic elution mode at 7.5 mM NaOH and a flow rate of 0.4 mL/min, the content of chlorine-containing ions can be determined with high sensitivity. The presented method does not require the use of expensive equipment for the ultrasensitive analysis of the studied compounds.Conclusions. A novel method for the simultaneous determination of hypochlorite, chloride, chlorite, chlorate, and perchlorate ions in case of their combined presence is proposed. The technique can be used to carry out routine control of the content of these disinfectant components during use, increasing their effectiveness at the same time as managing associated toxicological risks.Цели. Разработать методику определения гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорати перхлорат-ионов при их совместном присутствии в дезинфицирующих средствах. Определить пределы обнаружения и пределы количественного определения ионов ClO−, Cl−, ClO2−, ClO3−, ClO4−. Провести расчеты валидационных параметров разработанной методики, а также оценить ее пригодность для анализа дезинфицирующих средств.Методы. Ионообменная хроматография с системой кондуктометрического детектирования в изократическом режиме элюирования.Результаты. Новая методика хроматографического определения хлорсодержащих ионов позволяет количественно оценить содержание гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорат- и перхлорат-ионов при их одновременном нахождении в модельном растворе и в дезинфицирующих средствах. Изократический режим элюирования 7.5 мМ NaOH при скорости движения потока 0.4 мл/мин позволяет с высокой чувствительностью определять ионы, содержащие атом хлора. Разработанная методика не требует использования дорогостоящего оборудования, необходимого для сверхчувствительного анализа исследуемых соединений.Выводы. Впервые предложена методика определения гипохлорит-, хлорид-, хлорит-, хлорат- и перхлорат-ионов при совместном присутствии. Ожидается, что разработанная методика позволит проводить рутинный контроль содержания этих компонентов в дезинфицирующих средствах при их практическом использовании, что приведет к повышению эффективности применения дезинфектантов на их основе и снижению возможных токсикологических рисков
Совмещенный процесс синтеза циклогексилциклогексанкарбоксилата из циклогексанола и CO, катализируемый системой Pd(OAc)2–PPh3–п-толуолсульфокислота
Get PDFObjectives. To study the possibility of combining acid-catalytic cyclohexanol dehydration and alkoxycarbonylation of the formed cyclohexene with cyclohexanol and carbon(II) oxide in a single reactor in order to achieve high yields of the target cyclohexyl cyclohexanecarboxylate product under mild conditions using the Pd(OAc)2–PPh3–p-toluenesulfonic acid catalytic system.Methods. The combined process took place in a toluene medium in a periodic steel reactor designed to operate at elevated pressure, equipped with a glass insert, a magnetic stirrer, and a sampler, as well as gas input and discharge devices. The reaction mass with the components of the catalytic system was placed in a glass reactor inside a steel autoclave. The reaction mass samples obtained during the combined process were analyzed by gas–liquid chromatography with a flame ionization detector.Results. The possibility of combining cyclohexanol dehydration catalyzed by p-toluenesulfonic acid monohydrate and formed cyclohexene alkoxycarbonylation with cyclohexanol and CO during catalysis by the Pd(OAc)2–PPh3–p-toluenesulfonic acid system in a single reactor was demonstrated. Under mild conditions (temperature 110°C; CO pressure 2.1 MPa), the target product yield reached 64.8% in 5 h. However, the combined process is complicated by the formation of a cyclohexanecarboxylic acid by-product formed as a result of the cyclohexyl cyclohexanecarboxylate hydrolysis and the cyclohexene hydroxycarbonylation.Conclusions. The reactions of intramolecular acid-catalytic cyclohexanol dehydration and formed cyclohexene alkoxycarbonylation catalyzed by the Pd(OAc)2–PPh3–p-toluenesulfonic acid system can be combined in a single reactor. p-Toluenesulfonic acid can simultaneously act as a catalyst for the cyclohexanol dehydration and a co-catalyst of the palladium–phosphine system of cyclohexene alkoxycarbonylation. The involvement of cyclohexene, representing a product of reversible cyclohexanol dehydration, in the alkoxycarbonylation reaction is a factor in shifting the dehydration reaction equilibrium towards the formation of cyclohexene. Cyclohexanecarboxylic acid is a by-product of the proposed combined process. A factor in the reduction of target product yield is water formed as a result of cyclohexanol dehydration due to the involvement of the latter in the hydrolysis reaction and the course of the cyclohexene hydroxycarbonylation.Цели. Изучение возможности совмещения в одном реакторе реакций кислотнокаталитической дегидратации циклогексанола и алкоксикарбонилирования образующегося циклогексена циклогексанолом и оксидом углерода (II). Установление возможности достижения высоких выходов целевого продукта – циклогексилциклогексанкарбоксилата – в мягких условиях при катализе системой Pd(OAc)2–PPh3–п-толуолсульфокислота.Методы. Совмещенный процесс изучался в среде толуола в периодическом стальном реакторе, рассчитанном на работу при повышенном давлении, снабженном стеклянной вставкой, магнитной мешалкой, пробоотборником, устройствами ввода и сброса газов. Реакционная масса с компонентами каталитической системы помещалась в стеклянный реактор внутри стального автоклава. Отбираемые в ходе совмещенного процесса пробы реакционной массы анализировали методом газо-жидкостной хроматографии с пламенно-ионизационным детектором.Результаты. Показана возможность совмещения в одном реакторе дегидратации циклогексанола, катализируемой моногидратом п-толуолсульфокислоты, и алкоксикарбонилирования образующегося циклогексена циклогексанолом и СО при катализе системой Pd(OAc)2–PPh3–п-толуолсульфокислота. В мягких условиях (температура 110 °С, давление СО 2.1 МПа) выход целевого продукта достигал 64.8% за 5 ч. Установлено, что совмещенный процесс осложняется образованием побочного продукта – циклогексанкарбоновой кислоты – в результате гидролиза циклогексилового эфира циклогексанкарбоновой кислоты и гидроксикарбонилирования циклогексена
Анализ наночастиц и наноматериалов методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
Get PDFObjectives. The main aim of this review is to summarize the existing knowledge on the use of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for the characterization of nanoparticles and nanomaterials.Results. XPS or electron spectroscopy for chemical analysis can provide information on the qualitative and quantitative composition, valence states of the elements of the samples under study, the chemical composition of the surface and interfaces that determine the properties of nanoparticles and nanostructured materials. The review describes the role of several different methods for the characterization of nanomaterials, highlights their advantages and limitations, and the possibilities of an effective combination. The main characteristics of XPS are described. Various examples of its use for the analysis of nanoparticles and nanomaterials are given in conjunction with additional methods to obtain complementary information about the object under study.Conclusions. XPS provides depth information comparable to the size of nanoparticles (up to 10 nm depth from the surface) and does not cause significant damage to the samples. Two disadvantages of XPS analysis are sample preparation requiring a dry solid form without contaminations and data interpretation. XPS provides information not only on the chemical identity, but also on the dielectric properties of nanomaterials, recording their charging/discharging behavior. Chemical information from the surface of nanoparticles analyzed by XPS can be used to estimate the thickness of nanoparticle coatings. XPS has a high selectivity, since the resolution of the method makes it possible to distinguish a characteristic set of lines in the photoelectron spectrum at kinetic energies determined by the photon energy and the corresponding binding energies in elements. The intensity of the lines depends on the concentration of the respective element. Obtaining a sufficiently complete picture of the properties of nanomaterials requires the use of a group of complementary instrumental methods of analysis.Цели. Основная цель данного обзора - обобщить существующие знания об использовании метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) для характеризации наночастиц и наноматериалов.Результаты. Метод РФЭС или электронной спектроскопии для химического анализа может предоставить информацию о качественном и количественном составе, валентных состояниях элементов исследуемых образцов, химическом составе поверхности и границ раздела, которые определяют свойства наночастиц и наноструктурных материалов. В обзоре описана роль нескольких различных методов для характеристики наноразмерных материалов, подчеркнуты их преимущества, ограничения и возможности эффективной комбинации. Описаны основные характеристики РФЭС. Приведены различные примеры ее использования для анализа наночастиц и наноматериалов в совокупности с дополнительными методами для получения комплементарной информации об изучаемом объекте.Выводы. РФЭС предоставляет информацию о глубине, сравнимой с размером наночастиц (до 10 нм глубины от поверхности), и не вызывает значительного повреждения образцов. Двумя недостатками анализа РФЭС являются подготовка образцов (требуется сухая твердая форма без загрязнения) и интерпретация данных. РФЭС предоставляет информацию не только о химической идентичности, но и о диэлектрических свойствах наноматериалов, регистрируя их поведение при зарядке/разрядке. Химическая информация с поверхности наночастиц, проанализированная с помощью РФЭС, может использоваться для оценки толщины покрытий наночастиц. РФЭС обладает высокой селективностью, поскольку разрешающая способность метода позволяет различить характерный набор линий в фотоэлектронном спектре при кинетических энергиях, определяемых энергией фотонов и соответствующими энергиями связи в элементах. Интенсивность линий зависит от концентрации соответствующего элемента. Получение достаточно полной картины свойств наноматериалов требует использования группы взаимодополняющих инструментальных методов анализа
Эмерджентные свойства магнитных ионов и наночастиц в мицеллярных растворах ПАВ: Использование для тонких технологий
Get PDFObjectives. To establish expected emergent (unexpected) properties of magnetic materials when obtained in aqueous micellar solutions of surfactants (aqueous quantum materials), and their use in fine technologies.Methods. Chemical synthesis of magnetic nanoparticles in aqueous micellar solutions of surfactants of various nature. Characterization of magnetic solutions and nanoparticles by magnetic measurements, spectroscopy, diffractometry, small-angle X-ray diffraction, scanning probe microscopy, and others.Results. The term “water quantum material” refers to materials (micellar solutions) whose properties are mainly determined by the nuclear quantum effect on macroscopic scales (emergent property). Micellar solutions exhibit phenomena and functionality not always consistent with the classical theory of micellization. The article presents in detail the experimental results that suggest the manifestation of the emergent properties of magnetic materials obtained in aqueous micellar solutions of surfactants. In particular, Gd3+ ions in an aqueous micellar solution of sodium dodecyl sulfate exhibit paramagnetic properties, possibly indicating their random arrangement in solution contrary to the classical theory of micellization with an ordered adsorption layer on micelles. Hybrid Pt–Gd nanoparticles are formed in a quantum material with cetylpyridinium chloride as a matrix, although Gd3+ ions must be repelled by CP+ ions on micelles. Nanosized powders of cobalt ferrite and nickel ferrite obtained in a micellar solution of sodium dodecyl sulfate have superparamagnetic properties, although the presence of their precursor ions in the adsorption layer in classical micelles should lead to ferromagnetic properties.Conclusions. The synthesis of nanoparticles in a quantum material opens up the possibility of reducing ions of different signs in one stage during the processing of metallurgy waste, in order to obtain nanoparticles of various metals and their composites. Magnetic nanoparticles obtained in a quantum surfactant material self-assemble on various substrates, enabling the creation of materials whose residual magnetization and coercive field can be controlled at room temperatures.Цели. Выявить предполагаемые эмерджентные (неожиданные) свойства магнитных материалов при их получении в водных мицеллярных растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) (водных квантовых материалах), которые можно использовать для тонких технологий.Методы. Химический синтез магнитных наночастиц в водных мицеллярных растворах ПАВ различной природы; характеризация магнитных растворов и наночастиц методами магнитных измерений, спектроскопии, дифрактометрии, малоугловой рентгеновской дифракции, сканирующей зондовой микроскопии и другими.Результаты. Термин «водный квантовый материал» относится к материалам (мицеллярным растворам), свойства которых в основном определяются ядерным квантовым эффектом в макроскопических масштабах (эмерджентное свойство). Мицеллярные растворы демонстрируют явления и функциональные возможности, не всегда соотносимые с классической теорией мицеллобразования. В статье подробно представлены экспериментальные результаты, которые позволяют предположить проявление эмерджентных свойств магнитных материалов, получаемых в водных мицеллярных растворах ПАВ. В частности, ионы гадолиния Gd3+ в водно-мицеллярном растворе додецилсульфата натрия проявляют парамагнитные свойства, что, возможно, указывает на их беспорядочное расположение в растворе вопреки классической теории мицеллообразования с адсорбционным упорядоченном слое на мицеллах. Гибридные наночастицы Gd–Pt образуются в квантовом материале с хлоридом цетилпиридиния в качестве матрицы, хотя ионы Gd3+ должны отталкиваться ионами цетилпиридиния ЦП+ на мицеллах. Наноразмерные порошоки феррита кобальта и феррита никеля, получаемые в мицеллярном растворе додецилсулфата натрия, обладают суперпарамагнитными свойствами, хотя присутствие их прекурсорных ионов в адсорбионном слое в классических мицеллах должно было бы привести к ферромагнитным свойствам.Выводы. Синтез наночастиц в квантовом материале открывает возможность восстановления ионов разных знаков за одну стадию при переработке отходов металлургии с целью получения наночастиц различных металлов и их композитов. Магнитные наночастицы, получаемые в квантовом материале ПАВ, самоорганизуются на различных подложках, что позволяет создавать материалы, остаточная намагниченность и коэрцитивное поле которых можно регулировать при комнатных температурах. Таким образом, показано, каким образом эмерджентные свойства квантовых материалов можно применять для тонких технологий
О некоторых этапах развития квантовой химии в России и на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина ИТХТ им. М.В. Ломоносова
Get PDFObjectives. To analyze the history of the development of quantum chemistry and software for quantum chemical calculations in Russia at the Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry of the M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies of RTU MIREA.Results. This work presents a historical overview of the development of quantum chemistry at the Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry from Academician Ya.K. Syrkin to Professor V.R. Flid. It provides a summary of the work with the participation of the author in 1980s–1990s. Quantum-chemical models used to describe some of the intercalation reactions in a bond are considered in comparison with the well-known Woodward–Hoffman and Fukui approaches. The work outlines fundamentals of studies on the design of bifunctional compounds.Conclusions. The physical significance of the exchange interaction constant is given a visual meaning: it establishes the change in spin density on the metals forming complexes of the type in question when passing from isolated cations in the composition of the complexes. The work provides recommendations to synthetic chemists regarding the selection of components in the synthesis of magnetic sublattices of bifunctional materials. It also examines the high level of scientific research carried out at the Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry and its relevance to the world science level. Цели. Проанализировать историю развития квантовой химии и программного обеспечения для квантово-химических расчетов в России и на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина Института тонких химических технологий (ИТХТ) им. М.В. Ломоносова РТУ МИРЭА.Результаты. Представлен исторический очерк развития квантовой химии в ИТХТ на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина от самого академика Я.К. Сыркина до профессора В.Р. Флида. Обобщены данные работ с участием автора, проводимые им на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина в 80-е и в начале 90-х годов ХХ века. Рассмотрены квантово-химические модели для описания некоторых реакций внедрения в связь в сопоставлении с известными подходами Вудворда–Гоффмана и Фукуи. Изложены основы работ по дизайну бифункциональных соединений.Выводы. Получено наглядное значение физического смысла константы обменного взаимодействия – она определяет изменение спиновой плотности на металлах, образующих комплексы рассмотренного типа, при переходе от изолированных катионов к ним же в составе комплексов. Даны рекомендации химикам-синтетикам по подбору компонент при проведении синтеза магнитных подрешеток бифункциональных материалов. Продемонстрирован высокий уровень научных исследований, выполняемых в ИТХТ на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина и их соответствие мировому уровню науки
Оценка энергетической эффективности схем неадиабатической ректификации смеси ацетон–толуол–н-бутанол с использованием экстрактивного агента в первой колонне
Get PDFObjectives. To investigate the effectiveness of various options for organizing the process of diabatic distillation in the separation of a mixture of acetone–toluene–n-butanol by extractive distillation (ED) with dimethylformamide as an entrainer in a scheme where an entrainer is used in the first column.Methods. Mathematical modeling in the Aspen Plus v. 12.1 software package was used as the primary research method. The local Non-Random Two Liquid composition equation was used as a model for describing vapor–liquid equilibrium. Parametric optimization of diabatic schemes was carried out according to the criterion of reduced energy costs.Results. Based on ED scheme for an acetone–toluene–n-butanol mixture with an entrainer in the first column, four options for organizing diabatic distillation schemes were considered, both with and without increasing the temperature of the flows due to compression.Conclusion. It is shown that the use of diabatic schemes in the ED of an acetone–toluene–n-butanol mixture with dimethylformamide can decrease energy consumption by 11–17%. While the maximum reduction in energy consumption is achieved in a scheme using a compressor, the efficiency of schemes without a compressor is slightly lower. Nevertheless, the technological design of the latter is much simpler.Цели. Исследовать эффективность применения различных вариантов организации процесса недиабатической ректификации при разделении смеси ацетон–толуол–н-бутанол экстрактивной ректификацией с диметилформамидом в схеме с использованием экстрактивного агента в первой колонне.Методы. Математическое моделирование проводилось в программном комплексе Aspen Plus v. 12.1. Для моделирования парожидкостного равновесия применяли уравнение локальных составов Non-Random Two Liquid. Параметрическая оптимизация неадеабатических схем проводилась по критерию приведенных энергетических затрат.Результаты. На основе схемы экстрактивной ректификации смеси ацетон–толуол–н-бутанол с использованием разделяющего агента в первой колонне было рассмотрено четыре варианта организации схем неадиабатической ректификации, как с применением повышения температуры потоков за счет сжатия в компрессоре, так и без него.Выводы. Показано, что применение неадиабатических схем в экстрактивной ректификации смеси ацетон–толуол–н-бутанол с диметилформамидом позволяет снизить приведенные энергетические затраты на 11–17%, при этом максимальное снижение энергозатрат достигается в схеме с использованием компрессора. Однако эффективность схем без компрессора ниже незначительно, но технологическое оформление таких решений существенно проще
Реализация фармацевтической разработки с применением многофакторного анализа многокритериальной оптимизации на примере этапа очистки гидросукцината олигогексаметиленгуанидина
Get PDFObjectives. The study set out to use mathematical modeling, in particular the method of multifactorial analysis of multicriteria optimization (MAMO), in the development of a pharmaceutical product.Methods. After carrying out experimental tests based on the proposed algorithmic sequence, the obtained data were interpreted using MAMO.Results. The possibility of using MAMO to solve the applied problem of purifying oligohexamethyleneguanidine hydrosuccinate (OHMG-HS), considered as a pharmaceutical precursor for the creation of medicines, was demonstrated.Conclusions. The expediency of using the proposed algorithm as a tool for pharmaceutical development is substantiated by identifying dependencies of the influence of purification conditions on the final content of admixtures in the target product.Цели. Данное исследование посвящено использованию математического моделирования, в частности метода многофакторного анализа многокритериальной оптимизации (МАМО), в фармацевтической разработке.Методы. В ходе исследования была предложена алгоритмическая последовательность эксперимента и проведены необходимые испытания. Полученные данные были интерпретированы при помощи МАМО.Результаты. Изучена возможность применения МАМО для решения прикладной проблемы очистки гидросукцината олигогексаметиленгуанидина (ОГМГ-ГС), рассматриваемого в качестве фармацевтической субстанции для создания лекарственных средств.Выводы. Были выявлены зависимости влияния условий очистки на конечное содержание примесей в целевом продукте и доказана целесообразность использования предложенного алгоритма в качестве инструмента фармацевтической разработки
Оценка влияния гидродинамической кавитационной обработки темных нефтепродуктов на выход фракций, выкипающих до 400 °С
Get PDFObjectives. The reduction of the anthropogenic burden on the environment is generally associated with the transition to alternative energy sources. However, some of these have only regional significance, while the effectiveness of others remains doubtful. On this point, innovative processes aimed at increasing the depth of oil refining may be equally important for reducing the carbon footprint. Wave-based technologies such as cavitation may also be included in these processes. Among the various methods for inducing such cavitation phenomena in oil refining, hydrodynamic approaches are especially promising. It has been shown that the treatment effectiveness increases with greater pressure or when augmenting the number of cavitation processing cycles. The aim of this work is to identify the factor (i.e., pressure gradient or number of treatment cycles) having the greatest influence on the change of the characteristics of the oil product.Methods. Cavitation phenomena were created by pumping dark oil products through a diffuser. The pressure gradient ranged from 20 to 50 MPa, while the number of cavitation processing cycles varied from 1 to 10. The influence of cavitation conditions on the change of fractional composition of petroleum products was analyzed. Target fractions are those having a boiling point up to 400°C.Results. It is shown that increased pressure generated in the diffuser leads to a linear increase in the yield of desired cuts. The dependence of the yield of these fractions on the number of processing cycles is described by the growth model with saturation. A proposed equation describes the influence of pressure and number of cycles on the yield of the fractions from initial boiling point temperature (TIBP) to 400°C following cavitation processing of dark oil products. Some of the coefficients of this equation have been associated with the physicochemical characteristics of the feedstock.Conclusions. An equation for predicting the maximum possible yield of the TJBP-400°C fraction as a result of cavitation processing under different conditions of the process is proposed according to the physicochemical characteristics of the feedstock. The prediction error did not exceed 12%. The equation analysis and comparison of energy consumption between different process regimes shows that a higher yield of the target product is achieved by increasing pressure gradient rather than the number of processing cycles.Цели. Снижение антропогенной нагрузки человечества на окружающую среду связывают с использованием альтернативных источников энергии. Однако часть из них имеет только региональное значение, а эффективность других дискуссионна. Для сокращения углеродного следа не меньший интерес представляют инновационные процессы, направленные на увеличение глубины переработки нефти. К числу таких процессов можно отнести и волновые технологии, частным случаем которых является кавитация. Кавитационные явления для нефтепереработки создают различными методами, наиболее перспективным из которых считаются гидродинамические. Установлено, что эффективность воздействия возрастает как при повышении давления при прокачке нефтепродукта, так и при увеличении количества актов воздействия. Цель данной работы - какой из двух факторов - градиент давлений или количество циклов воздействия - оказывает большее влияние на изменение характеристик нефтепродукта.Методы. Явление кавитации создавали, прокачивая темные нефтепродукты через диффузор. Давление варьировалось от 20 до 50 МПа, а количество актов воздействия - от 1 до 10. Анализировалось влияние условий кавитации на изменение фракционного состава нефтепродуктов. В качестве целевых рассматривались фракции, выкипающие до 400 °C.Результаты. Показано, что выход целевых фракций линейно увеличивается при повышении давления, возникающего в диффузоре. Зависимость выхода этих фракций от количества циклов обработки описывается моделью роста с насыщением. Предложено уравнение, описывающее влияние давления и количества циклов на выход фракции от температуры начала кипения (ТНК) до 400 °С после кавитационной обработки темных нефтепродуктов. Установлена связь некоторых из коэффициентов этого уравнения с физико-химическими характеристиками исходного сырья.Выводы. Предложено уравнение, позволяющее по физико-химическим характеристикам исходного сырья предсказать максимально возможный выход фракции ТНК-400 °С в результате кавитационной обработки при различных условиях ведения процесса. Ошибка прогнозирования не превышает 12%. Анализ полученного уравнения и сопоставление энергозатрат при различных режимах ведения процесса показывают, что больший выход целевого продукта достигается в результате увеличения давления, а не числа циклов обработки
Структура молекулы 2-нитро-2’-гидрокси-5’-метилазобензола: Теоретическое и спектральное исследование
Get PDFObjectives. 2-Hydroxy-nitroazobenzenes comprise reagents for the synthesis of heteroaromatic compounds, in the molecules of which the benzene and azole cycles are annulated. These reagents are widely used in the production of chemical products for various industries. In particular, 2-2’-hydroxy-5’-methylphenylbenzotriazole is used as an effective photo stabilizer for polystyrene and polyethylene. A promising method for its preparation is the liquid-phase catalytic hydrogenation of 2-nitro-2'-hydroxy-5'-methylazobenzene (2NAB). The aim of the present study was to establish the structure of 2NAB in solutions of different composition.Methods. Theoretical calculations were carried out within the framework of the density functional theory at a temperature of 298.15 K for the gas phase at B3LYP/6-311++G(d, p) and M06-2X/6-311++G(d, p) levels; for hexane, 2-propanol, toluene at B3LYP/6-311++G(d, p) level using the conductor-like polarizable continuum model. An experimental study to determine the probable isomeric structure of 2NAB in various solvents, including sodium hydroxide (NaOH) and acetic acid (CH3COOH) additives, was carried out using infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectroscopy.Results. The most probable structure of 2NAB isomers for the gas phase and a number of solvents was determined. Experimental and theoretical IR and UV spectra were obtained. The thermodynamic characteristics of the reaction of intramolecular proton transfer from –OH to –N=N– group in the gas phase were calculated.Conclusions. A comparison of the experimental and calculated results supports the conclusion that the cis-isomer should be considered most probable for the gas phase. For the studied solutions, a trans-isomer of 2NAB with hydrogen bonds formed between the hydroxyl group hydrogen and the β-nitrogen atom of the azo group of dye molecule should be considered as the most likely structure. In the studied individual and binary solvents, prototropic equilibrium is shifted towards the azo form of the dye, while intramolecular proton transfer is possible only in aqueous diethylamine and dimethylformamide solutions with additions of NaOH. Цели. 2-Гидроксинитроазобензолы – реагенты синтеза гетероароматических соединений, в молекулах которых аннелированы бензольный и азольный циклы, широко использующиеся при производстве химических продуктов для различных областей промышленности. В частности, 2-2’-гидрокси-5’-метилфенилбензотриазол используется в качестве эффективного фотостабилизатора полистирола и полиэтилена. Перспективным методом его получения является жидкофазная каталитическая гидрогенизация 2-нитро-2’-гидрокси-5’-метилазобензола (2НАБ). Целью нашей работы стало установление структуры 2НАБ в растворах различного состава.Методы. Теоретические расчеты проводились в рамках теории функционала плотности при температуре 298.15 К для газовой фазы на уровнях B3LYP/6-311++G(d, p) и M06-2X/6-311++G(d, p), для гексана, 2-пропанола, толуола на уровне B3LYP/6-311++G(d, p) с использованием континуальной модели сольватации. Экспериментальное изучение предполагаемого изомерного строения 2НАБ в различных растворителях, в том числе с добавками гидроксида натрия (NaOH) и уксусной кислоты (CH3COOH), проведено с помощью инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) спектроскопии.Результаты. Определена наиболее вероятная структура изомеров 2НАБ для газовой фазы и ряда растворителей. Получены экспериментальные и теоретические ИК-, УФ-спектры исследуемых веществ. Рассчитаны термодинамические характеристики реакции внутримолекулярного переноса протона от –ОН к –N=N– группе в газовой фазе.Выводы. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов позволило сделать заключение, что наиболее вероятным для газовой фазы следует считать цис-изомер, а для изученных растворов транс-изомер 2НАБ с водородными связями, образующимися между водородом гидроксигруппы и β-атомом азота азогруппы. В изученных индивидуальных и бинарных растворителях прототропное равновесие смещено в сторону азоформы красителя, а внутримолекулярный перенос протона возможен только в водных растворах диэтиламина и диметилформамила с добавками NaОН.