Глава 1. Новые подходы к идентификации каменноугольной смолы как физико-химической системы

комплексов, как азеотропы и полиазеотропы с участием изученных компонентов.

1.1.2. Межмолекулярные взаимодействия компонентов каменноугольной смолы и их энергетическая оценка

Автором экспериментально доказана химическая природа межмолекулярного взаимодействия между фенолами, пиридиновыми основаниями и ароматическими углеводородами. В то же время в сложной физико-мшмческой системе КУС существует целый ряд других надмолекулярных образований (олигомеры, ассоциаты, жидкие кристаллы и т.п.), размер и состав которых существенно влияют на энергетические характеристики их взаимодействия и, следовательно, на массо- и теплообмен при фракциони-рования КУС. Эта сторона энергетического взаимодействия может быть оценена с позиций физико-химической механики дисперсных систем, к которым в полной мере относится и КУС.

Благодаря работам З.И. Сюняева и его школы [44-51], в основу которых положены достижения школы академика П.А. Ребиндера по физико-ШМИЧсекой механике дисперсных структур [52-54], стало возможным изучение закономерностей образования пространственных структур в дисперсных системах, а также процессов деформации и разрушения таких структур в зависимости от физико-химических и механических факторов. Для физико-химической дисперсной системы КУС такие исследования были начаты в УХИНе [55-58].

Анализ выполненных исследований по энергетической оценке межкулярного взаимодействия в дисперсной системе КУС позволил сделать целый ряд не только прогностических, но и прагматических обобщений, использованных при формулировке новых подходов к идентификации КУС как физико-химической системы и в технологических исследованиях.

Первое. Отнесение КУС к дисперсным системам по существу a priori | 4| требует признания всех характерных свойств, которые присущи любой ареной системе [59-60].

Второе. Гетерогенность или многофазность КУС предполагает наличие поверхностей раздела - одного из наиболее характерного свойства дисперсных систем. Дисперсионная среда КУС представляет собой многокомпонентную смесь растворенных газообразных, жидких и твердых (при (при нормальных условиях) органических соединений. Как сплошная фаза она обусловливает жидкое состояние всей системы. Дисперсную фазу, распре-

-20-

-21-

Е. Т. КОВАЛЕВ. Научные основы и технология переработки высококипящих фракций каменноугольной смолы с получением полициклических углеводородов

деленную в дисперсионной среде, составляют многочисленные надмолекулярные структуры, возникшие в результате межмолекулярных взаимодействий углеводородов, а также капли воды, водные растворы солей, углеродистые и минеральные частицы (уголь, кокс) и олигомеры типа α₂-фракции и высококонденсированных образований типа первичной α₁-фракции.

Третье. Межмолекулярные взаимодействия в многокомпонентной дисперсной системе КУС приводят к образованию распределенных в дисперсионной среде сложных структурных единиц, представляющих собой надмолекулярные структуры, окруженные сольватной оболочкой, упрощенно - «шар в оболочке», где внутренний шар - это надмолекулярная структура с радиусом г, а наружный слой - сольватная оболочка, толщиной h [47, 61]. Компоненты дисперсной системы могут находиться в надмолекулярной структуре, сольватной оболочке или в свободном состоянии.

Четвертое. Сложные структурные единицы могут иметь различную толщину сольватной оболочки, прочность связей и их упорядоченность. Г.И. Фукс [62] приводит следующие источники их образования: углеводороды с высокой температурой плавления; компоненты с ограниченной растворимостью; ассоциаты; углеродистые и минеральные частицы; вода. Важно подчеркнуть, что ароматические углеводороды в силу довольно сильных межмолекулярных взаимодействий между собой могут являться ядрообразующими компонентами сложных структурных единиц [63], создавая (в зависимости от соотношения дисперсной фазы и дисперсионной среды) неструктурированные, мало структурированные и структурированные системы [44, 45].

Неструктурированные системы представляют собой смесь углеводородов, не склонных к межмолекулярным взаимодействиям с образованием надмолекулярных структур. Малоструктурированные системы характеризуются наличием надмолекулярных структур, не объединенных между собой. Их физико-химические свойства определяются качеством и соотношением объемов дисперсной фазы и дисперсионной среды. Структурированные системы имеют значительное количество высокомолекулярных соединений, склонных к взаимодействиям с образованием внутренней пространственной сетки.

Пятое. Если исходить из основной технологической задачи переработки КУС - ее фракционирования, то проблема сводится к тому, чтобы дисперсную систему КУС перевести по возможности в неструктурированную систему, т.е. и •экстремальное (активное) состояние, которое аналогично критическим явлениям в равновесных системах [64]. Этого можно добиться посредством различных внешних воздействий: изменением температуры, давления, физико-химических факторов, механических, магнитных и других