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

полей, а также в результате введения в систему различ­ных добавок. Действием добавок можно добиться как дезагрегирования СЛОЖНЫХ структурных единиц, так и их упорядочения [65], поскольку донники способны влиять как на соотношение объемов дисперсной фазы и дисперсионной среды, так и на межмолекулярное взаимодействие углеводородов. Это, в свою очередь, сказывается на энергетическом состоянии системы, т.е. на количестве энергии, которое необходимо подвести к системе для ее разделения, что, в конечном счете, определяет распределение компонентов по фракциям при ректификации, а также суммарный выход фракций и их качество.

Шестое. Изменение поверхностных свойств дисперсных систем, свя-занноe с изменениями поверхностной энергии, является основным фактором управления этими системами.

Известно [47, 66], что дисперсные системы при введении соответствующих добавок способны переходить в экстремальное (активное) состояние, причем различают два типа такого состояния:

I е экстремальное состояние реализуется при уменьшении радиуса надмолекулярной структуры (r → r_min) и повышении толщины сольватной оболочки (h → h_max).

11-е экстремальное состояние достигается при снижении толщины сольватной оболочки (h → h_min) и увеличении радиуса надмолекулярной структуры r → r_max). Технологические процессы переработки систем, находящихся в экстремальных состояниях, относятся к регулируемым процессам [67].

Если же имеют место другие сочетания предельных значений геометрических размеров сложных структурных единиц (например, r_min, h_min или r_max, h_max), то технологические процессы переработки таких систем являются неуправляемыми или слабоуправляемыми.

Между двумя экстремальными состояниями могут быть многочис-неиные промежуточные состояния, в которых отношение r/h непрерывно И (меняется.

Задача оптимального управления процессом ректификации сводится к обеспечению перехода системы в 1-ое экстремальное состояние [48,66-68] (далее - экстремальное состояние). Направление и величина внешнего воздействия должны обеспечить r/h → min (при r → r_min и h→h_max). Это обусловлено тем, что при минимальном радиусе надмолекулярных структур участие углеводородов в их образовании также будет минимальным, I остальная часть углеводородов будет переходить в сольватную оболочку или будет находиться в молекулярном состоянии. Понятно, что толщина сольватной оболочки будет зависеть от соотношения скоростей перехода компонентов в сольватную оболочку и в молекулярное состояние

-22-

-23-

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

Седьмое. При изменении состояния системы будет происходить из-менение ее энергетического состояния [69]:

(1.71)

где:

Э₁ и Э₂- удельная объемная энергия дисперсионной среды и сложной структурной единицы соответственно;

σ - поверхностное натяжение на границе надмолекулярной структуру и сольватной оболочки;

r - радиус надмолекулярной структуры.

Анализ этой формулы показывает, что при переходе в экстремальное состояние радиус надмолекулярной структуры будет уменьшаться при возрастании отношения Э₁/Э₂. В этом случае удельная объемная энергия] дисперсионной среды должна быть больше удельной объемной энергии сложной структурной единицы, что обеспечивается при переходе компонентов из состава сложной структурной единицы в дисперсионную среду, Такое состояние системы обеспечивает уменьшение в ней межмолекулярных взаимодействий и, как следствие, повышение четкости распределения, компонентов при последующей ректификации КУС.

Восьмое и последнее. При уменьшении радиуса надмолекулярной структуры должно происходить изменение парциального давления летуччих компонентов КУС. Это важно подчеркнуть, поскольку в теории ректификации КУС главное внимание традиционно уделялось изучению системы жидкость – пар, т.е. расчетам парциального давления летучих компонентов КУС в зависимости от ее состава и внешних условий [70-72]. В этих случаях всегда рассчитывают давление паров над плоской поверхностью при условии r → ∞. В тех случаях, когда r → О, т.е. радиус надмолекулярной структуры изменяется в коллоидно-дисперсных системах за счет внешних воздействий, следует использовать уравнение Томсона-Кельвина, устанавливающее соответствие между кривизной растущей поверхности и изменением давления внутри надмолекулярной структуры по сравнению с давлением над плоской поверхностью [73]:

(1.8)

где:

r - радиус надмолекулярной структуры;

R - универсальная газовая постоянная;

Т-темпeратура, К;

Т_∞ - давление паров над плоской поверхностью жидкости (r → ∞);